ถ้าวัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดบนเส้นลวดโดยไม่มีแรงต้านทานเป็นศูนย์

ฉันมีวงจรอนุกรม สมมติว่าแบตเตอรี่มีความแตกต่างที่เป็น10 Voltsไปได้

ที่จุดสองจุดของเส้นลวดก่อนที่กระแสจะกระทบตัวต้านทานใด ๆ ฉันแนบตัวอ่านโวลต์มิเตอร์ เนื่องจากไม่มีความต้านทานและสูตรของแรงดันคือV = IRนี่หมายความว่าแรงดันไฟฟ้าจะอ่านค่าเป็นศูนย์ระหว่างจุดสองจุดเหล่านี้หรือไม่?

แต่จะเป็นอย่างไร - เรารู้ว่ามี 10 โวลต์กระแสไหลผ่าน!

ตัวอย่างที่ครูของฉันให้คือไฟฟ้าเป็นเหมือนแม่น้ำไหล แรงดันไฟฟ้าคือแรงของน้ำไหล กองหินที่อยู่กลางแม่น้ำและนี่คือแนวต้าน แต่ถ้าคุณไม่กองหินและวัดที่สองจุดนั่นไม่ได้หมายความว่าไม่มีพลังงาน (อ่าน: แรงดันไฟฟ้า) ในการไหลของแม่น้ำ

บางคนช่วยอธิบายได้ไหม?

ดูเหมือนว่าคุณจะมีแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

แรงดันไฟฟ้าที่เรียกว่าถูกกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า มันไม่ได้อยู่ในตัวของมันเองไหลหรือถ่ายโอนพลังงาน

กระแสไฟฟ้า (ปกติวัดเป็นแอมแปร์) เป็นการวัดว่าประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ต่อหน่วยเวลาเท่าใด ปัจจุบันยังไม่ไหลของพลังงานในตัวเอง

การไหลเวียนของพลังงานที่เรียกว่าอำนาจ คุณต้องมีทั้งกระแส ( ) และแรงดัน ( ) พลังงานเท่ากับผลคูณของสองตัว:$I$$E$

มันช่วยในการคิดเกี่ยวกับสิ่งนี้ในแง่ของระบบกลไกแบบอะนาล็อกเนื่องจากเราสามารถสังเกตระบบกลไกโดยตรงกับความรู้สึกของเรา ระบบเครื่องจักรกลก็มีพลังเช่นกันซึ่งเท่ากับผลคูณของแรงและความเร็ว:

หากคุณมีกำลัง แต่ไม่มีความเร็วคุณไม่มีอำนาจ ตัวอย่างจะเป็นแถบยางยืดระหว่างสองสนับสนุนนิ่ง วงดนตรีกำลังออกแรงบังคับกับการสนับสนุน ความตึงเครียดนี้เป็นพลังงานศักย์ แต่ไม่มีอะไรเคลื่อนไหวและพลังงานที่ถูกเก็บไว้ในแถบที่ยืดออกจะถูกถ่ายโอนไปยังสิ่งอื่น

อย่างไรก็ตามหากวงดนตรีสามารถเคลื่อนย้ายการสนับสนุนตอนนี้เรามีความเร็ว ในขณะที่วงดนตรีเคลื่อนที่ที่รองรับพลังงานที่เก็บไว้ในแถบยืดจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ในการสนับสนุน อัตราการถ่ายโอนพลังงานนี้เกิดขึ้นคือกำลัง

แรงดันไฟฟ้าเป็นแรงที่เคลื่อนที่ประจุไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าคือความเร็วของประจุไฟฟ้า ความต้านทานเป็นวิธีที่ง่ายก็คือการย้ายการสนับสนุน

นี่คือระบบกลไกที่คล้ายคลึงกับวงจรของคุณมากขึ้น:

เรามีแหวนที่แข็งซึ่งติดอยู่กับมอเตอร์ที่ใช้กำลังในการหมุน ติดกับวงแหวนเรามีเบรคซึ่งต่อต้านการหมุนของวงแหวน เพื่อให้การเปรียบเทียบนี้ถูกต้องจะต้องเป็นเบรคที่ให้แรงตามสัดส่วนกับความเร็วของวงแหวนที่เคลื่อนที่ผ่านมัน ลองนึกภาพมันคู่กับแฟนเพื่อที่จะเปลี่ยนแหวนได้เร็วขึ้น, พัดลมผลัดเร็วขึ้น, การสร้างพลศาสตร์ลาก

หากมอเตอร์กำลังใช้แรงเบรกจะต้องใช้แรงเท่ากันในทิศทางตรงกันข้าม หากแรงของเบรคไม่เท่ากับมอเตอร์แล้ววงแหวนจะได้รับแรงสุทธิที่จะเร่งหรือชะลอความเร็วจนกระทั่งแรงเบรกเท่ากับและแหวนจะหมุนด้วยความเร็วคงที่ ดังนั้นหากแรงของมอเตอร์คงที่ความเร็วของวงแหวนจะเป็นหน้าที่ของความแข็งแรงของเบรค นี่คล้ายกับกฎของโอห์ม$1kN$

มีกองกำลังอื่นทำอะไรบนวงแหวน? เนื่องจากเรากำลังพิจารณาระบบในอุดมคติที่ไม่มีแรงเสียดทานจึงไม่มีเลย หากคุณใส่มาตรวัดความเครียดที่จุด A และ B คุณจะต้องวัดความแตกต่างระหว่างพวกเขา กำลังถูกบีบอัด B เมื่อมอเตอร์ผลักวงแหวนไปที่เบรคเพื่อต่อต้านความต้านทานและ A กำลังถูกยืดออกเมื่อมอเตอร์ดูดมันออกจากเบรค

แต่ความแตกต่างระหว่าง B และ C คืออะไร? ไม่มีเลย หากไม่ชัดเจนโดยสังหรณ์ให้พิจารณาว่าคุณต้องตัดช่องว่างในแหวนแล้วใส่มือของคุณเพื่อที่เครื่องนี้จะสามารถชนได้ มีจุดที่คุณต้องการทำเช่นนี้หรือไม่? ไม่มือของคุณจะถูกทุบอย่างเท่าเทียมกันไม่ว่าคุณจะทำที่ด้านซ้ายของแหวน

แรงที่วัดโดยมาตรวัดความเครียดนั้นคล้ายคลึงกับแรงดัน เราสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ นั่นเป็นเหตุผลที่โวลต์มิเตอร์ของคุณมีโพรบสองตัว ทุกครั้งที่คุณใส่สายตะกั่วสีดำจะถูกกำหนดเป็น "0V" ดังนั้นสถานการณ์ที่คุณนำเสนอในคำถามของคุณเป็นเหมือนการวัดความแตกต่างระหว่าง B และ C: มันเป็นศูนย์

ดูเหมือนว่าจะแปลกเล็กน้อยเพราะเรารู้ว่ามีแรงบีบอัดที่ด้านข้างของวงแหวน ดูเหมือนว่ามันจะดีสำหรับบางสิ่ง แต่ให้พิจารณาสิ่งนี้: น้ำหนักของก๊าซทั้งหมดในชั้นบรรยากาศของโลกส่งผลให้เกิดความกดดันที่ระดับน้ำทะเลประมาณ 15 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว นี่หมายความว่าเราสามารถสร้างเครื่องจักรที่ใช้พลังงานเพียงเพราะมันเผชิญกับแรงกดดันนี้หรือไม่? ไม่เพื่อที่จะทำงานกับความดันบรรยากาศนี้เราต้องการความแตกต่างของความดัน เราไม่สามารถทำให้อากาศเคลื่อนที่ได้ พิจารณาคำจำกัดความของพลังอำนาจอีกครั้งและมันควรจะชัดเจนว่านี่เป็นความจริงได้อย่างไร

โวลต์มิเตอร์และคุณครูของคุณทั้งคู่ถูกต้อง แต่น้ำที่มีความคล้ายคลึงของกระแสไฟฟ้าสามารถไปได้ไกล ข้อเสียเปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งก็คือไม่เหมือนกับแรงดันน้ำ แรงดันไฟฟ้าสัมพันธ์กันเสมอระหว่างสองจุด

ไม่มีสิ่งเช่น "10 โวลต์ของกระแสไหลไปรอบ ๆ " แรงดันคือแรงที่ผลักประจุเพื่อสร้างกระแส กระแสคือประจุที่ไหลอย่างแท้จริง มันค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะมีแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีกระแสและกระแสที่ไม่มีแรงดัน (หรือไม่สามารถวัดได้)

การเปรียบเทียบแม่น้ำของครูของคุณยังคงใช้งานได้จริงในกรณีนี้หากคุณใช้อย่างถูกต้อง แรงดันคือแรงดันในแม่น้ำที่ดันน้ำ ในแม่น้ำคุณจะเห็นความกดดันนี้เป็นระดับความสูงของผิวน้ำ เมื่อคุณกองหินในแม่น้ำพื้นผิวของแม่น้ำจะสูงกว่าหินมากกว่าด้านล่าง นั่นจะปรากฏเป็นความแตกต่างของแรงกดดันหากคุณวัดด้วยเกจวัดความดันสัมพัทธ์ระหว่างด้านบนและด้านล่างของหิน

ลวดนั้นเหมือนแม่น้ำที่ไม่มีก้อนหิน ความดัน ณ จุดหนึ่งและไม่กี่ฟุตเหนือน้ำก็ยังคงเหมือนเดิม นั่นคือสิ่งที่โวลต์มิเตอร์ของคุณแสดงให้คุณเห็น ความแตกต่างอย่างหนึ่งระหว่างแม่น้ำที่แท้จริงกับลวดทองแดงก็คือลวดทองแดงนั้นเป็นแม่น้ำในอุดมคติที่ต่างไปจากเดิมมาก ลวดไม่ใช่หิน (ไม่ใช่ตัวต้านทาน) ที่แรงดันไฟฟ้าน้อยมากที่สร้างขึ้นสำหรับการไหล จริงๆแล้วมีความต่างศักย์เล็กน้อยระหว่างสองจุดบนเส้นลวด แต่เส้นลวดนั้นเป็นตัวนำที่ดีที่ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้านี้มีขนาดเล็กเกินไปสำหรับการวัดมัลติมิเตอร์ธรรมดา หากคุณเปลี่ยนสายไฟสั้น ๆ เป็นเส้นลวดสักสองสามเมตรจากนั้นวัดค่าด้วยว่ามัลติมิเตอร์ของคุณอาจแสดงแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก

มีกระแส 10 โวลต์ไหลผ่าน!

แรงดันไม่ได้ "ไหล" มันเป็นตัวชี้วัดที่มีศักยภาพ electrovoltaic และอื่น ๆ มีอยู่เพียงข้ามสองจุด

มันเหมือนกับการพยายามวัดความสูงของภูเขา ไม่มีสิ่งใดในฐานะ "ความสูงสัมบูรณ์" มีเพียงความสูงเทียบกับอย่างอื่นเช่นที่ราบรอบ ๆ ระดับน้ำทะเล ฯลฯ

สิ่งที่เกี่ยวกับแรงดันคือต้องทำการวัดเทียบกับบางสิ่งเสมอ ในคำอื่น ๆ เมตรวัดแรงดันที่แตกต่างกันไม่ได้แรงดันไฟฟ้าแต่ละระดับ ในสถานการณ์ที่เหมาะสมมิเตอร์ในตัวอย่างของคุณจะอ่านค่าเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตามลวดนั้นมีความต้านทานเล็กน้อยดังนั้นจะมีการอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กมากหากคุณมีมิเตอร์ที่มีความแม่นยำระดับไมโครโวลต์

การออกไปสัมผัสเล็กน้อยด้วยคำอธิบายความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระดับแรงดันไฟฟ้าจะไม่ทำร้ายคน มันเป็นความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่ทำร้ายผู้คน นี่คือวิธีที่ช่างสามารถทำงานกับสายแรงดันไฟฟ้า 500,000 เส้นโดยไม่ต้องทอด พวกเขานำระดับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 500 KV ดังนั้นความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งร่างกายจึงเป็นศูนย์

นี่คือตัวอย่างหนึ่งในอาจารย์ฟิสิกส์ของฉันบอกให้เราช่วยทำความเข้าใจแนวคิดนี้ ลองนึกภาพคุณอยู่ด้านบนของอาคาร Empire State ความสูงนั้นไม่เป็นอันตรายต่อคุณ อย่างไรก็ตามถ้าคุณจะกระโดดความแตกต่างของความสูงจะฆ่าคุณ นี่คือแนวคิดเดียวกันกับแรงดันไฟฟ้า

อันที่จริงมีแรงดันไฟฟ้าตกระหว่างจุดสองจุดใด ๆ ตามเส้นลวด - แต่มันจะมีขนาดเล็กเพราะความต้านทานของเส้นลวดนั้นมีขนาดเล็ก

ตัวอย่าง : หากความต้านทานของลวดระหว่างสองง่ามมีขนาดเล็กมาก (พูด 1/1000 โอห์ม) และกระแส 1 แอมป์กำลังไหลจะมีแรงดันตกที่ 1/1000 th ของโวลต์ (0.001V) ระหว่าง ง่ามของโวลต์มิเตอร์ของคุณ

หากโวลต์มิเตอร์ของคุณถูกตั้งค่าเป็นช่วง 10V คุณจะไม่เห็นแรงดันตกและมิเตอร์จะอ่านค่าเป็นศูนย์

หากคุณสามารถหาโวลต์มิเตอร์เพื่อวัดค่าลงไปที่ช่วง mV หรือแม้กระทั่งช่วง uV คุณจะเห็นว่าเมื่อคุณขยับง่ามของมิเตอร์ไปตามสายไฟคุณจะได้รับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าตราบใดที่กระแสไหลผ่านวงจร

หากไม่มีกระแสไหล (เช่นวงจรขาด) คุณจะไม่ได้รับแรงดันไฟฟ้านี้

นี่เป็นเพราะโวลต์มิเตอร์กำลังวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสองโพรบ เนื่องจากไม่มีองค์ประกอบวงจรเช่นตัวต้านทานที่อยู่ระหว่างขาของคุณเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าความต่างศักย์เป็นศูนย์และคุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้าอ่านค่าเป็นศูนย์ ในแง่ของการเปรียบเทียบแม่น้ำของคุณเนื่องจากไม่มีหิน (ตัวต้านทาน AKA) ปริมาณของน้ำและความเร็วของน้ำที่ไหลระหว่างโพรบของคุณจะเท่ากัน

หากวัดแรงดันไฟฟ้าแรงดันจะเป็นสิ่งที่วัดได้ตามคำจำกัดความ หากคุณเรียกมันว่าศูนย์โดยยึดตามเหตุผลอื่นเช่นความต้านทานและระยะห่างของเส้นลวดและปริมาณการไหลของกระแสแล้วนั่นไม่ได้คำนึงถึงการวัดอีกต่อไป