Vielleicht kann ich klarstellen, was ich mit der berühmten Wasserrad-Analogie erreichen will b>

vor 99 Jahren, Nehemiah Hawkins veröffentlicht, was meiner Meinung nach eine geringfügig bessere Analogie ist:

Abb. 38. - Hydrostatische Analogie des Potentialabfalls in einem Stromkreis.

Erläuterung des obigen Diagramms

• In diesem Diagramm eine Pumpe unten Mitte pumpt Wasser von rechts nach links.
• Das Wasser zirkuliert zurück zum Start durch das obere horizontale Rohr mit der Aufschrift ab
• Die Wasserhöhe in den vertikalen Säulen C, m ' , n ', o', D zeigt den Druck an den Punkten a,m,n,o,b
an. Der Druck fällt von a em ab > bis b aufgrund des Widerstands des schmalen Rückweges
• Die Druckdifferenz zwischen a und b ist proportional zu der Höhenunterschied zwischen C und D
Analyse

Hinweis

• Ein "Wasserteilchen" bei a hat eine höhere potentielle Energie als bei es erreicht b.

Es gibt einen Druckabfall über einer "Widerstands" -Röhre.

Spannung (elektrisches Potential) ist ungefähr analog zum Wasserdruck (hydrostatisches Potential).

Wenn Sie Wenn Sie ein kleines Loch an den Punkten a, m, n, o, b im Rohr öffnen und Ihren Finger gegen das Loch halten, können Sie spüren, dass der Druck an diesen Punkten unterschiedlich ist.

Das Potential an einem bestimmten Punkt ist die Menge an potentieller Energie eines "Teilchens" an diesem Punkt.

Es wäre hilfreich, wenn jemand klären könnte, auf welche greifbare, empirische Weise wir sehen oder messen könnten, dass Energie verbraucht wurde, indem ein Punkt auf der Schaltung vor dem Widerstand und ein Punkt auf der Schaltung nach dem Widerstand verglichen werden Widerstand. b>

1. Kaufen Sie einen 1/4-Watt-Widerstand mit 330 Ohm und eine 9-V-PP3-Batterie.
2. Platzieren Sie den Widerstand über den Batterieklemmen
3. Legen Sie Ihren Finger auf den Widerstand.
4. Warten Sie.
ol>

"Spannung" ist die Kraft, die durch das Ungleichgewicht der Ladung verursacht wird und bewirkt, dass der Druck für Elektronen von einem negativ geladenen Anschluss zu einem positiv geladenen Anschluss wandert.

Nein, Spannung ist keine Kraft. Die Spannung ist eine Differenz der potentiellen Energie pro Ladungseinheit. Genauer gesagt: Das elektrische Potential ist die potentielle Energie pro Ladungseinheit (genau wie $ gh $ die Energie des Gravitationspotentials pro Masseneinheit), und eine Spannung (auch bekannt als Spannungsdifferenz oder Spannungsabfall) ist eine Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Punkten / p>

Der tatsächliche Wert des elektrischen Potentials zu jedem Zeitpunkt hat keine physikalische Bedeutung. nur seine Differenz relativ zum elektrischen Potential an einem anderen Punkt, d. h. der Spannung, ist sinnvoll oder messbar. Dies bedeutet, dass die gesamte Idee der Spannung von Natur aus an eine Auswahl von zwei Punkten gebunden ist. Es gibt keine Messung, die Sie nur an einem einzigen Punkt durchführen können, die Ihnen etwas über Spannung oder elektrisches Potential aussagt. Wenn Sie jedoch zwei Punkte haben, können Sie die Spannung zwischen ihnen bestimmen, indem Sie eine Einheitsladung von einem Punkt zum anderen schieben und messen, wie viel Arbeit es kostet (oder gibt). Auf diese Weise können wir Spannungen in einem Stromkreis mit Widerstandselementen herstellen: Bewegen Sie eine Ladung durch den Stromkreis von einem Punkt zum anderen und sehen Sie, wie viel Energie eingespeist werden muss, um dorthin zu gelangen.

Der Grund dafür Energie zu verbrauchen ist grundsätzlich kompliziert und hat mit quantenmechanischen Effekten zu tun. Als grobes klassisches Modell könnte man jedoch sagen, dass die Elektronen Energie verlieren, wenn sie mit den Atomen und Molekülen des Widerstandsmaterials kollidieren, und dass Sie genug Energie dafür aufbringen müssen diese Verluste ausgleichen.

Die Spannung (Joule pro Coulomb) ist ein Maß für die elektrische potentielle Energie, die durch eine positive Testladung gewonnen wird, oder für die Arbeit, die beim Bewegen einer positiven Testladung von unendlich zu einem Punkt in einem positiven elektrischen Feld geleistet wird. Diese gewonnene Energie ist auf die konservative elektrostatische Kraft zwischen den Ladungen zurückzuführen. Wenn eine Ladung an Potential gewinnt, arbeitet sie natürlich gleich ihrer gewonnenen Energie, um ihre neutrale Position wiederherzustellen, nach dieser Definition unendlich.

Die Potentialdifferenz ist ein Maß für die Spannung zwischen zwei Punkten in einem elektrischen Feld. Die Potentialdifferenz ist das Potential relativ zu einem festen Punkt in einem elektrischen Feld anstelle von unendlich. Die Potentialdifferenz sollte nicht als Ladungsdifferenz zwischen zwei Klemmen verwechselt werden. Der Unterschied ist, was eine Spannung verursacht (Energie, die durch eine Testladung in einem elektrischen Feld gewonnen wird). Wenn es keinen Ladungsunterschied gibt, kann kein Feld hergestellt werden und daher gibt es kein Potential.

In einer Schaltung liefert eine Batterie den Potentialunterschied zwischen zwei Anschlüssen, indem sie gegen das elektrische Feld arbeitet geben Elektronen potentielle Energie. Sobald diese Ladungen diese potentielle Energie erhalten, arbeiten sie natürlich daran, ihre neutralen Positionen zu erreichen, indem sie diese potentielle Energie in kinetische Energie umwandeln, die den Strom durch den Stromkreis treibt. Da sich die Elektronen jedoch durch ein Medium bewegen, verlieren sie einen Teil dieser Energie als Wärme aufgrund der Kollision mit Atomen oder Molekülen. Ein Maß für den Energieverlust / -verbrauch zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis wird als Potentialabfall bezeichnet. Der Potentialabfall nimmt mit dem Widerstand zu.

Aufgrund des Energieerhaltungsgesetzes muss die Summe aller Spannungsabfälle der angelegten Spannung entsprechen, die im zweiten Gesetz von Kirchoff angegeben ist. Daher tritt ein größerer Spannungsabfall an einer Last in einer Schaltung auf, wenn der Gesamtwiderstand der Schaltung niedriger ist

Spannung ist ein elektrisches Potential (relativ zu einem beliebigen Wert, der als "Masse" bezeichnet wird).

Das heißt, wenn ich ein Elektron von der Erde nehme und es zu einem Punkt mit der Spannung $ V $ bewege erfordert, dass ich $ W = V e $ arbeite (hier ist $ e $ die Größe der Ladung auf dem Elektron), weil aufgrund des elektrischen Feldes eine Kraft $ \ vec {F} = q \ vec {E} $ vorhanden war , $ \ vec {E} $ entlang des Pfades und $ W = \ int \ vec {F} \ cdot d \ vec {s} $, wobei umgekehrt das Elektron von einem Punkt des Potentials $ V $ zu einem Punkt auf dem Potential von bewegt wird Der Boden erhält die gleiche Energiemenge zurück.

Dies entspricht genau der potenziellen Gravitationsenergie der Masse $ m $ relativ zu ihrer Position auf dem Boden. $ V $ ist analog zu $ ​​gh $ in der Einführungsmechanik (wobei die Arbeit zum Anheben der Masse $ W = mgh $ und die Kraft $ F_g = -mg \ hat {z} $ ist).

Zu beachten ist, dass $ V $ eine Eigenschaft einer bestimmten Position zu einem bestimmten Zeitpunkt ist. Wenn Sie sich zwei Punkte entlang einer Schaltung ansehen und feststellen, dass der eine "weiter entlang" ein geringeres Potenzial hat, können Sie sagen, dass das Potenzial "fallen gelassen" um $ V_1 - V_2 $ zwischen den Punkten 1 und 2.

Das ist die ganze Bedeutung von "Spannungsabfall", erklärt aber nicht die mikroskopische Physik, die für die Änderung verantwortlich ist. Wie bei vielen anderen Dingen in der Physik ist es einfacher, die Physik in den Griff zu bekommen, wenn Sie nur zustimmen, die Bedeutung der Symbole und des Wortschatzes zu akzeptieren, bevor Sie beginnen. Wenn Sie verstehen, dass es ausgereift ist, wird klar sein, dass Definitionen intern konsistent und nützlich für die Durchführung von Berechnungen sind.

Ich bin kein Physiker, sondern ein einfacher Ingenieurstudent, und ich glaube, Ihre Verwirrung hat mich auch verwirrt. Das ist großartig, weil ich selbst nach Antworten gesucht habe. Dies ist nur meine persönliche Vermutung (obwohl sie in gewisser Weise begründet ist), aber sie macht für mich sehr viel Sinn, und ich hoffe, dass sie auch für Sie Sinn macht.

Nehmen Sie mit, wenn dies eine lange Zeit ist Antwort.

Zunächst einmal, wenn wir über den Unterschied in der Elektronenmenge kurz vor und kurz nach einem Widerstand sprechen, haben Sie Recht: Es gibt grundsätzlich keinen Unterschied in der Anzahl der Elektronen. Wir wissen das, weil alle Elektronen (Strom), die hereinkommen, gleich der Anzahl der Elektronen (Strom) sein müssen, die herauskommen. Dies ist eines von Kirchoffs Gesetzen. Darüber hinaus wissen wir, dass Materie nicht einfach verschwindet und auch nicht in Energie umgewandelt wird.

Natürlich sagt uns das zweite von Kirchoffs Gesetzen, dass die Summe aller Spannungen in einem Stromkreis muss Null sein (in einer einfachen Schaltung ist die Anfangsspannung von der Batterie abzüglich aller Spannungsabfälle von allen Widerständen Null). Das sagt uns, dass in diesen Widerständen bereits etwas passieren muss, das nichts mit der Batterie zu tun hat. Das ist also ein guter Anfang.

Dann sollten wir auch verstehen, dass Strom und Spannung nicht dasselbe sind. Das heißt, wenn Sie bereits einen fließenden Strom haben, hat dieser Strom keine eigene Spannung. Möglicherweise benötigen Sie eine Spannung, um den Stromfluss zu beschleunigen, aber sobald er bereits fließt, besteht der Strom aus dem Springen eines Elektrons über Ionen, und jedes Elektron ist nur ein einzelner Punkt - es hat keine Spannung, weil es nur ein Punkt ist . Noch wichtiger ist, dass der Strom gleichmäßig fließt, sodass beim Fließen keine Spannung erzeugt wird. Ob kurz vor oder kurz nach dem Widerstand, der Strom ist dort gleich und es wird keine Spannung erzeugt.

Hier ist eine Zeichnung, die ich für Sie gemacht habe:

Ich habe es so gezeichnet, wie es wirklich ist, gegen die Konvention. Beachten Sie, dass die Verteilung der Elektronen trotz einer bereits vorhandenen Spannungsdifferenz zwischen den beiden Batterien gleichmäßig ist. Wenn Sie also versuchen, eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem vierten Elektron zu ermitteln, erhalten Sie eine Spannungsdifferenz von Null, auch wenn sie fließen , da ihre Verteilung weiterhin gleichmäßig ist. Ich denke, dies entspricht der Messung der Spannung an einem Draht ohne Widerstand.

Da ich denke, dass dies bei der Analyse der Vorgänge am Widerstand hilfreich sein wird, möchte ich darauf hinweisen, dass die Batterie ist die anfängliche Spannungsquelle. Es ist so gemacht, dass ein Ende viel elektronegativer ist als das andere und dass ein Pol eine große Elektronenversorgung hat, während das andere ein großes Defizit aufweist. Wenn Sie also die beiden Enden miteinander verbinden, fließen die Elektronen vom weniger elektronegativen Ende (mit mehr Elektronen) zum elektronegativeren Ende (mit weniger Elektronen). Dabei gleicht sich der Elektronendifferenz von Pol zu Pol aus. Darüber hinaus führen die chemischen Reaktionen in der Batterie dazu, dass die Pole (Anode für Negativ, Kathode für Positiv) sowohl Kathode als auch Anode abbauen - es sei denn, es handelt sich um eine wiederaufladbare Batterie. In diesem Fall ist diese Reaktion reversibel.

Aber das zeigt nicht ganz, warum an der Last ein Spannungsabfall auftritt. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Polen besteht, sollte dann nicht die gesamte Spannungsdifferenz im gesamten Stromkreis bestehen? Die Antwort scheint ja zu sein ... aber nur, wenn keine Last vorhanden ist.

Wir müssen also zurückgehen und fragen, was ein Spannungsabfall ist und woher er kommt. P. >

Ich denke, Ihre Frage ist wirklich, was passiert mit der Energie auf molekularer Ebene? Es verschwindet nicht einfach. Was bedeutet es, wenn die Spannung abfällt? Wenn die gleiche Menge an Elektronen in den Widerstand eintritt und ihn dann verlässt, bleibt ihre Energie dann nicht gleich?

Erstens wissen wir, dass das Voltmeter bei gleichen Energien anzeigt, dass keine Spannung anliegt. Wir wissen auch, dass es keinen Unterschied zwischen den beiden Punkten gibt, wenn ihre Energien gleich sind. Und schließlich, wenn ihre Energien gleich sind, wissen wir, dass keine Energie verloren gegangen ist und daher keine Arbeit aus dem System genommen wurde.

Aber wir kennen diese Arbeit wurde aus dem System genommen, und wir können sehen, dass das Voltmeter uns einen Messwert gibt. Wenn jedoch die Anzahl der Elektronen über den Widerstand gleich ist, muss Energie verloren gehen. Aber woher kommt diese Energie?

Wir kehren zu der Spannung zurück - es ist die Energiemenge pro Ladungseinheit. Eine Ladungseinheit ist das Elektron. Die Spannung ist also nur das Maß dafür, wie viel Energie jedes Elektron trägt. Es gibt zwei getrennte Energien im Elektron - seine Ruheenergie und seine Impulsenergie. Seine Ruheenergie ist konstant, seine Impulsenergie jedoch definitiv nicht.

Ein Elektron trägt Energie durch sein Orbital und seine Hülle. Das heißt, je mehr Energie ein Elektron hat, desto höher geht es in seine Hülle. Ich denke, das liegt daran, dass es mehr kinetische Energie hat und sich daher tendenziell schneller bewegt. Wenn Sie sich schneller bewegen, nimmt es ein größeres Volumen ein. Damit der Kern das Elektron halten kann, muss mehr gezogen werden, um es an Ort und Stelle zu halten. Ich stelle mir vor, es ist wie die Umlaufbahn eines Planeten um die Sonne, wo breitere Umlaufbahnen mehr Gesamtenergie im System bedeuten. Die Orbitale werden (ich vermute, aber ziemlich sicher) durch die diskrete Natur der Energie verursacht - Photonen sind die irreduzibelste Energieform, sodass ein Elektron nur in diskreten Mengen zwischen Orbitalen springen kann.

Innerhalb der Batterie spüren die Elektronen also eine Potentialdifferenz zwischen den verschiedenen Polen der Batterie. Diese Potentialdifferenz überträgt dem Elektron Energie, wodurch es auf ein höheres Orbital springt. Es wandert dann durch die Atome im Draht, bis es den Widerstand erreicht

Im Widerstand wird dem Elektron Energie entzogen. Das Elektron springt zu einem kleineren Orbital und setzt dabei ein Photon frei. Diese Freisetzung eines Photons bedeutet, dass es Energie abgegeben hat. Das Photon, das Energie hat, wird in Arbeit und Abfall umgewandelt.

Die Elektronen, die jetzt ein kleineres Orbital einnehmen, verlassen den Widerstand mit weniger Energie. Weil ihre Energie kleiner ist, fällt ihre Spannung ab. Ich denke, dies ist der Grund, warum es als Spannungsabfall bezeichnet wird.

Diese Antwort wirft jedoch die Frage auf: Wie erkennt ein Voltmeter diesen Spannungsabfall, wenn kommt es in den Orbitalschalen eines Atoms vor? Und die Antwort ist interessant: nicht. Zumindest nicht direkt.

Nach dem, was ich lesen kann, messen Voltmeter die Auslenkung eines Zeigers gegen eine Feder. Der Zeiger wird wiederum durch die Abstoßungskräfte der Elektronen auf ein Schwenkrad im Voltmeter bewegt. Und die Abstoßungskräfte sind natürlich direkt proportional zur Energiemenge in den Elektronen. Da wir die Energiegleichungen kennen, ist dies alles kalibriert. Was das Voltmeter tatsächlich misst, ist nicht die Spannung selbst, sondern die Kraft, die die Spannungsdifferenz auf den Zeiger des Voltmeters ausübt.

Mehr kann ich zur Funktionsweise des Voltmeters nicht sagen. Ich bin mir ehrlich gesagt nicht so sicher, ob das stimmt, aber ich weiß, dass der sich bewegende Strom mit einer bestimmten Spannung auf irgendeine Weise funktionieren muss, wie ich gerade gesagt habe.

Wenn das Elektron zur Kathode zurückkehrt (weil wir an die tatsächlichen Elektronen denken, die sich bewegen, anstatt an die herkömmlichen Elektronenlöcher, die sich bewegen), ist seine Spannung nicht Null, sondern entspricht der Energie pro Elektron in der Kathode. Das Kirchoffsche Gesetz besagt, dass bei jeder Last die Spannungsdifferenz aufgrund des Spannungsabfalls abnimmt. Da die Elektronen immer noch Energie in der Kathode haben, bedeutet dies nicht, dass die Spannung dort Null ist (was dazu führt, dass Elektronen keine Energie haben, was intuitiv dazu führt, dass sie keinen Impuls haben, was nicht wahr sein kann). Es bedeutet nur, dass die Energie, wenn das Elektron zurückkommt, jetzt die gleiche ist wie die Energie an der Kathode, so dass es keinen Potentialunterschied mehr gibt und die Reise des Elektrons stoppt.

Wenn ich welche gemacht habe eklatante Fehler hier (und ich bin sicher, da ich das meiste davon errate und versuche, einen Sinn für das zu finden, was ich weiß), zögern Sie nicht, mich zu bearbeiten. Und wenn ich etwas falsch erklärt habe, geben Sie bitte in einem Kommentar an, wo, damit ich und alle anderen sehen können, wo es falsch ist und warum. Vielen Dank!

BEARBEITEN: Mir ist klar, dass ich hier auf zwei Arten Spannung verwendet habe: die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten und die Energie pro Ladungseinheit. Für eine Definition müssen zwei Punkte definiert werden, für einen nur ein Punkt.

Ich denke, wir können dies in Einklang bringen, indem wir uns vorstellen, dass überall dieselbe Spannung anliegt. Jedes Elektron hat genau die gleiche Energiemenge. In einem solchen Fall gibt es keine Spannungsdifferenz. Es gibt keine Potentialdifferenz, was bedeutet, dass es keinen Gradienten gibt, der bewirkt, dass sich die Elektronen bewegen.

Ich denke, ich sage, Spannung kann eine Punktgröße sein, während die Potentialdifferenz oder Spannungsdifferenz erfordert die Definition von zwei Punkten. Dies steht sicherlich im Einklang mit den Definitionen von Spannung (und wie ich mich in der Klasse erinnere, ist Spannung an sich ein Skalar, daher muss sie nur selbst definiert werden, nicht ein anderer Punkt; der Gradient oder die Differenz erfordert einen anderen Punkt) / p>

Ich denke, was Sie erreichen, ist eine Frage über die Energie, die mit den Elektronenhüllenzuständen eines Materials vor einem Widerstand und nach einem Widerstand verbunden ist. In diesem Sinne kann man also an die relative Ionisation in zwei verschiedenen Materialien denken. In diesem Zusammenhang sollten gute Gedankenexperimente die Funktionsweise einer Batterie und anschließend die Funktionsweise eines Transistors berücksichtigen.

In einer Batterie (wie Sie wahrscheinlich bereits wissen) die potenzielle Energie wird chemisch gespeichert und es ist die Wechselwirkung zweier Materialien, wenn es eine Ionenbrücke gibt, die es ermöglicht, dass die Reaktion stattfindet und Energie abgibt. Das wichtigste Stück ist natürlich die Brücke, die den Kreislauf vervollständigt und einen Ionenfluss ermöglicht. In jedem Fall stehen dem System höhere Entropiezustände (energetisch günstiger) zur Verfügung, und der Stromfluss kann als Reaktion auf das Erreichen der energetisch günstigeren Bedingungen angesehen werden. Man kann also verstehen, dass ein Spannungsabfall nicht nur eine Änderung der Energie, sondern auch eine Änderung der Entropie beinhaltet.

Das zweite Beispiel, der Transistor, eine der Schichten, ist dotiert, so dass es natürlich ist Vorspannung in der Verteilung der Elektronen. Diese Vorspannung kann als Widerstand gegen den Stromfluss verwendet werden, und in den meisten Fällen werden Transistoren als Schalter verwendet, und durch Ändern der Spannung im "Gate" kann der Stromfluss gesteuert werden. Dies ist wiederum eine Änderung der Verteilung der Elektronen in den "Schalen" der relevanten Ionen.

Ein Spannungsabfall wird dann als Änderung der Ladung oder Ionisierung über einen Widerstand angesehen. Es ist eine direkte Steuerung der Ionisation, die den Fluss ermöglicht.

Dies zeigt, dass eine der sichersten Möglichkeiten, um festzustellen, ob ein Schaltungsdesign fehlerhaft ist, darin besteht, in den Diagrammen nach Fällen zu suchen, in denen es solche gibt fehlende Gründe. Es fließt kein Strom, wenn keine Masse vorhanden ist, die einen energetisch günstigeren Zustand in der Schaltung verursachen würde.

Wenn dies hilfreich ist, kann ich erweitern, aber ich denke, einige von uns haben Schwierigkeiten zu verstehen, wonach Sie suchen.

Update:

Die Frage scheint nun zu sein, ob man einen Unterschied zwischen zwei Punkten über dem Widerstand erkennen kann, außer wenn man ein Voltmeter verwendet. Was können Sie mir über den Unterschied zwischen diesen beiden Punkten sagen?

Es hilft, ein wenig über Energie, Leistung, Spannung, Strom und Ladung zu verstehen.

In seiner einfachsten mathematischen Definition: Energie ist das Produkt von Kraft und Zeit.

$$ E = Pt $$ span>

wobei Zeit tatsächlich ein Intervall ist so dass

$$ E = P (t_2 - t_1) $$ span>

Die Leistung wird am einfachsten definiert als:

$$ P = \ dfrac {QV} {(t_2 - t_1)} $$ span>

Wobei $ Q $ span> ist Ladung und $ V $ span> ist Spannung

Ladung ist eigentlich sehr gut definiert als

Abstrakter ist eine Ladung ein Generator für eine kontinuierliche Symmetrie des untersuchten physikalischen Systems. Wenn ein physikalisches System eine Symmetrie aufweist, impliziert der Satz von Noether die Existenz eines konservierten Stroms. Das, was im Strom "fließt", ist die "Ladung", die Ladung ist der Generator der (lokalen) Symmetriegruppe. Diese Ladung wird manchmal als Noether-Ladung bezeichnet.

So ist beispielsweise die elektrische Ladung der Generator der U (1) -Symmetrie des Elektromagnetismus. Der konservierte Strom ist der elektrische Strom.

Bei lokalen dynamischen Symmetrien ist jeder Ladung ein Messfeld zugeordnet. Wenn es quantisiert wird, wird das Eichfeld zu einem Eichboson. Die Ladungen der Theorie "strahlen" das Eichfeld aus. So ist beispielsweise das Messfeld des Elektromagnetismus das elektromagnetische Feld; und das Eichboson ist das Photon

Manchmal wird das Wort "Ladung" als Synonym für "Generator" verwendet, wenn auf den Generator der Symmetrie Bezug genommen wird. Genauer gesagt, wenn die Symmetriegruppe eine Lie-Gruppe ist, dann werden die Ladungen so verstanden, dass sie dem Wurzelsystem der Lie-Gruppe entsprechen; die Diskretion des Wurzelsystems, die für die Quantisierung der Ladung verantwortlich ist.

Es sollte hinzugefügt werden, dass die Ladung in der realen Welt quantisiert wird und Elektronen eine grundlegende Ladungseinheit tragen. Es sind jedoch nicht unbedingt Elektronen, die fließen, wenn wir über eine Schaltung sprechen, sondern es ist die abstraktere konservierte Ladungsmenge, die fließt. Die Elektronen können sich in der Schaltung bewegen, aber die physikalische Entfernung, die sie bewegen, ist sehr gering. Die Ladung bewegt sich, und da die Ladung an sich praktisch masselos ist, kann sie sich in der Schaltung sehr schnell bewegen, ist jedoch immer noch grundlegend quantisiert.

Rückblick auf die Leistungsgleichung:

$$ P = \ dfrac {QV} {(t_2 - t_1)} $$ span>

Das kann man seit Energie sehen ist das Produkt von Leistung und Zeit, kann man Energie als einfaches Produkt von Ladung und Spannung ableiten.

$$ E = QV $$ span>

Die Energiedifferenz zwischen zwei Punkten ist also

$$ E_2 - E_1 = (QV) _2 - (QV) _1 $$

Die Ladung bleibt jedoch erhalten, was bedeutet, dass die Anzahl der Grundladungen, die mit einem zwischen zwei Punkten fließenden Strom verbunden sind, zu Beginn und am Ende des Flusses gleich sein muss. Daher können wir annehmen, dass $ Q $ span> konstant ist und wir haben:

$$ E_2 - E_1 = Q (V_2 - V_1) $$ span>

Dies zeigt uns, dass die Energieänderung zwischen zwei Punkten direkt proportional zur Spannungsänderung (oder zum Spannungsabfall) zwischen den beiden Punkten ist. Hier sehen wir die Ähnlichkeit dieser Gleichung mit der Gleichung für die potentielle Energie im Gravitationsfeld. Wenn wir das Gewicht definieren als:

$$ \ text {Gewicht} = F_g = mg $$ span>

wobei $ m $ span> ist Masse und $ g $ span> ist die Erdbeschleunigung, dann die Energieänderung zwischen zwei Punkten in einem Gravitationsfeld ist:

$$ E_2 - E_1 = F_g (h_2 - h_1) $$ span>

wobei $ h $ span> ist height.

Hier sollte die Ähnlichkeit der beiden Gleichungen offensichtlich sein.

Klassisch die Ladungseinheiten ( Coulomb - C) werden als Produkt der Kapazitätseinheit (Farad - F) und der Spannungseinheiten (V) angegeben.

$$ 1C = 1F \ mal 1V $$ span>

Wobei die Kapazität einfach eine Proportionalitätskonstante ist, die Ladung und Spannung in Beziehung setzt, was in der zeitlich variierenden Gleichung deutlicher wird:

$$ i (t) = C \ dfrac {dv (t)} {dt} = Cv '(t) $$ span>

Die emittierte Energie (oder äquivalente Arbeit) durch einen Resist oder im Laufe der Zeit ist:

$$ W = E = \ int_ {t_1} ^ {t_2} i (t) v (t) dt $$ span>

Ersetzen wir haben

$$ W = E = \ int_ {t_1} ^ {t_2} Cv '(t) v (t) dt $$ span>

Wie wir oben gezeigt haben, ist die Spannung analog zur Höhe (oder Position), also $ v '(t) $ span> wäre analog zur Geschwindigkeit (zeitlich variierende Position).

Wenn wir das Integral für mechanische Arbeit betrachten (wobei Kraft und Geschwindigkeit (s '(t)) in einer Dimension liegen):

$$ W = E = \ int_ {t_1} ^ {t_2} F (t) s '(t) dt $$ span>

Man könnte die elektrische Version neu gruppieren als:

$$ W = E = \ int_ {t_1} ^ {t_2} Cv (t) v '(t) dt $$ span>

Dies deutet darauf hin, dass die Menge $ Cv (t) $ span> analog zur Kraft ist (aber keine Kraft, da Kraft ein mechanischer Begriff ist und die Einheiten hier unterschiedlich sind wird die Beziehung hier gezeigt, damit eine Analogie verstanden werden kann). Gebühr kann auch geschrieben werden als

$$ Q (t) = Cv (t) $$ span>

Unser Integral wird also

$$ W = E = \ int_ {t_1} ^ {t_2} Q (t) v '(t) dt $$ span>

Eine erneute Aufladung kann als Konstante betrachtet werden, da sie beibehalten werden muss, sodass wir schreiben können:

$$ W = E = Q \ int_ {t_1} ^ {t_2} v '(t) dt $$ span>

und seit

$$ v (t) + const = \ int_ {t_1} ^ {t_2} v '(t) dt $$ span>

Wir können schreiben

$$ W = E = Q [v (t_2) - v (t_1)] $$ span>

Wir stellen also wieder fest, dass Arbeit oder Energie proportional sind zu einer Spannungsänderung in Bezug auf eine Variable, wobei die Proportionalitätskonstante die Ladung ist.

Dies ist in der Definition der Energie als Elektronenvolt verankert, wobei

Historisch gesehen wurde das Elektronenvolt aufgrund seiner Nützlichkeit in den Wissenschaften über elektrostatische Teilchenbeschleuniger als Standardmaßeinheit entwickelt, weil ein Teilchen mit Ladung q hat nach Durchlaufen des Potentials V eine Energie E = qV; Wenn q in ganzzahligen Einheiten der Elementarladung und der Klemmenvorspannung in Volt angegeben wird, erhält man eine Energie in eV.

Der Sinn all dieser Punkte besteht darin, Folgendes zu veranschaulichen:

1. Spannung ist keine Kraft, sondern ein Potential analog zur Höhe im Agravitationsfeld.
2. In Analogie wäre Ladung die Analogie zu, wenn Spannung ein Potential ist Kraft, aber es ist keine "Kraft", wie sie in der Physik verwendet wird, da dies ein mechanisch definierter Begriff ist und der Masse mal der Beschleunigung entspricht.
3. Ladung wird quantisiert und es ist auch eine konservierte Größe.
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Wir können also eine Spannungsänderung leicht mit einer Energieänderung in Beziehung setzen. Wenn also ein Spannungsabfall an einem Widerstand auftritt, ändert sich die Energie. Für den Widerstand wird diese Energie normalerweise als Wärme abgegeben.

Wenn sich die Spannung nicht ändert, ändert sich auch die Energie nicht. In einer Schaltung ist also die im Draht vor dem Widerstand enthaltene Energie größer als die im Draht nach dem Widerstand enthaltene Energie. Dies spiegelt sich wiederum in einer Änderung der Konfigurationen wider, auf die die Elektronen im Draht zugreifen können.

Ich hoffe, dies hilft. Lassen Sie mich wissen, wenn wir weiter expandieren müssen.

Betrachten Sie einen Stromkreis mit nur einer Batterie und einer Drahtschleife. Der Draht hat idealerweise einen Widerstand von Null, dh die Spannung zwischen zwei beliebigen Punkten auf dem Draht ist Null! $ V = IR = I \ times0 = 0 $ $ ^ 1 $

Betrachten Sie nun die von Ihnen erwähnte Schaltung (d. H. Mit einem Widerstand). Der Widerstand führt zu einer Verringerung des Stromflusses - gemäß dem Ohmschen Gesetz, das Sie so gut kennen. Was bedeutet das? Nun, die Spannung am Widerstand muss gleich der der Quelle sein. Das heißt, $ | V _ {\ textrm {Widerstand}} | = IR = | V _ {\ textrm {Batterie}} | $. Beachten Sie, dass im Idealfall kein Spannungsabfall vorliegt, wenn Sie die Spannung an einem beliebigen Drahtsegment abtasten (wie zuvor).

Warum wird dies als Spannungsabfall bezeichnet? Die Summe aller Spannungen in einer Schleife muss ergeben Null. Technisch gesehen hätten wir also $ V _ {\ textrm {Batterie}} + V _ {\ textrm {Widerstand}} = 0 $. (Siehe Kirchhoffs Schaltungsgesetze, insbesondere Kirchhoffs Spannungsgesetz)

Wenn man von „Spannungsabfällen“ spricht, kann man einfach sagen, dass die Energie aus der Quellbatterie irgendwohin fließt - wie Sie bereits bei „Energiefreisetzung“ betont haben. In komplizierteren Schaltkreisen können Sie also die Spannungsabfälle zwischen den verschiedenen Komponenten verfolgen.

Bearbeiten: Weiteres Beispiel. Betrachten Sie nun eine Schaltung mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen. Der Spannungsabfall an beiden muss insgesamt wie zuvor beschrieben sein, aber der Spannungsabfall an jedem einzelnen Widerstand wird mit seinem Wert gewichtet.

$$ V _ {\ textrm {Batterie}} = I (R_1 + R_2) $$

Spannungsabfälle:

$$ V_1 = IR_1 $$

$$ V_2 = IR_2 $$

_{$ ^ 1 $ In realen Schaltkreisen haben Drähte einen sehr geringen Widerstand.}

sub>

Der "Abfall" ergibt sich aus der Analogie, dass Strom der Wasserfluss ist und jeder Höhenunterschied, der den Wasserfluss bewirkt, ein Abfall = eine Spannungsdifferenz ist.

Der Spannungsabfall ist also nur ein Unterschied in Spannung über eine Komponente, die einen Strom fließen lässt.

Ich vertraue darauf, dass Sie die Wikipedia-Seiten zu Spannung und Spannungsabfällen gelesen haben.

Jedenfalls ist dies nicht besonders streng, aber es ist hilft bei der Intuition. Ein Widerstand versucht, wie der Name schon sagt, dem durch ihn fließenden Strom zu widerstehen. Was das wirklich bedeutet, ist, dass das Material weniger " freie" Elektronen enthält, um den Stromfluss zu unterstützen. Wenn die Elektronen fest an das Atom gebunden sind, neigen sie dazu, sich nicht bewegen zu wollen, sodass der Stromfluss widerstandsfähiger ist.

Eine Spannungsdifferenz ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkte auf der Schaltung, und der Strom fließt in eine Richtung, in der die Potentialdifferenz minimiert werden kann. Wenn also Strom durch einen Widerstand fließt ( Hinweis: In einer Schaltung wird normalerweise angenommen, dass die Drähte einen Widerstand von Null haben ), fällt es ihm schwer, über den Widerstand zu fließen, aber es gibt immer noch eine Energie, die "in" den Widerstand fließt. Und wir alle wissen, dass Energie um jeden Preis eingespart werden muss.

Was also effektiv passiert, ist, dass ein Teil dieser Energie verloren geht, wenn der Strom über den Widerstand fließt, entweder weil er Energie verbraucht hat, um zu versuchen, ihn zu bekommen diese fest gebundenen Elektronen verlassen ihre Atome oder in Form von Wärme. Dies bedeutet, dass auf der anderen Seite des Widerstands etwas Energie verloren gegangen ist, was wirklich bedeutet, dass die Spannung an diesem Punkt niedriger ist als an dem Punkt vor dem Widerstand. Aufgrund des Energieverlusts muss das Elektron weniger mit einem geringeren Potential zur Seite gelangen.

Spannung ist nur eine Art, über Energie pro Ladungseinheit zu sprechen. Was ein Teig garantiert, ist, dass die vom negativen Anschluss eintretende Ladung in ihrer potentiellen Energie (durch einen elektrochemischen Prozess) auf eine bestimmte höhere Energie am positiven Anschluss angehoben wird.

Was bedeutet es, Ladungsenergie zu geben? Es ist das gleiche wie zu sagen, dass eine Bowlingkugel in Ruhe in einer Höhe von 10 Fuß mehr Energie hat als in Ruhe auf dem Boden. Eine Batterie drückt die vom Minuspol eingehende Ladung gegen die elektrische Kraft und gibt diesen Ladungen Energie. Die angegebene Energie ist proportional zur Ladungsmenge. Das Sprechen über Spannung ist also nur eine bequeme Möglichkeit, über eine Batterie in Bezug auf eine Größe zu sprechen: wie viel Energie sie pro Ladeeinheit liefert.

Der Grund, warum eine Batterie dies tun kann, ist die chemische Reaktion auf innerhalb. In einer Batterie zeigt das elektrische Feld entgegengesetzt zur Richtung des positiven Stroms. Wenn es nur dieses E-Feld allein gäbe, wäre eine Strombewegung von den negativen zu den positiven Anschlüssen nicht möglich, aber die chemische Reaktion erlaubt es.

Umgekehrt ist ein Widerstand ein Objekt, dessen elektrisches Feld zeigt entlang der Stromrichtung, so dass Ströme, die durch den Widerstand fließen, elektrische Energie verlieren.

Hier ist eine Analogie für Sie: Eine Batterie ist eine Rolltreppe. Wenn Sie einen Ball auf die Basis einer Rolltreppe legen, erreicht der Ball aufgrund des Einflusses der Rolltreppe ein höheres Gravitationspotential, obwohl die Schwerkraft immer nach unten zeigt. Beachten Sie, dass die Rolltreppe dies kann, da sie Energie aus einer anderen Quelle liefert - in diesem Fall wird sie mit Strom versorgt - und nicht aus dem Gravitationsfeld. Auf diese Weise kann es gegen die Schwerkraft arbeiten.

Ein Widerstand hingegen ist wie ein Weg vom obersten Stockwerk zur Basis der Rolltreppe.

Batterien erzeugen keinen Unterschied in der Anzahl der Ladungsträger an den beiden Anschlüssen. Ebenso können Sie einer Rolltreppe eine konstante Anzahl von Objekten zuführen, ohne dass sich die Anzahl der Objekte zwischen dem obersten und dem Erdgeschoss unterscheidet. Der Strom solcher Objekte wird als konstant angenommen.

Aus diesem Grund gibt es keinen grundlegenden Unterschied zwischen der an einer Batterie gemessenen Spannung und der an einem Widerstand gemessenen Spannung. Beide messen die elektrische Energie pro Ladungseinheit, die durch das Messgerät fließt. Ja, Ladungen fließen durch ein Voltmeter. Ein Voltmeter misst das Potential an zwei Punkten nicht so stark wie die Änderung der Energie pro Ladungseinheit vom Eingang zum Ausgang des Voltmeters. In diesem Sinne ändert das Hinzufügen eines Voltmeters zu einer Schaltung die Schaltung grundlegend - es gibt keinen strengen Hinweis auf die ursprüngliche Schaltung -, aber Sie können den Fehler in Induktionen quantifizieren. Im Allgemeinen können Sie ein Voltmeter nur dann zuverlässig verwenden, wenn es einen viel größeren Widerstand aufweist als das, was Sie messen möchten.

Ich habe nicht alle Antworten gelesen, also hilft dies hoffentlich dem OP oder jedem, der ein wenig darüber stolpert. Ich denke, ein Beispiel kann helfen, zu verstehen, was vor sich geht, und Aufschluss darüber geben, was die eigentliche Frage ist, wie ich sie sehe.

Betrachten Sie dieselbe Situation, jedoch mit Schwerkraft. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Masse in Höhe h. Bewegen Sie nun diese Masse von Hand auf eine Höhe von 0. Sie hat immer noch die gleiche Geschwindigkeit wie zuvor, aber jetzt hat sie weniger Energie. Dieser Energieverlust liegt in Form von potentieller Energie vor. Wo ist es hin? Ihr Körper hat an der Masse gearbeitet und sich wahrscheinlich erwärmt. Was ist anders an der Masse vor und nach dem Bewegen? Nichts wirklich physisch Offensichtliches, außer in Bezug auf Ihren REFERENZPUNKT. In gewissem Sinne ist das OP also richtig, es gibt keinen physikalischen Unterschied, wenn Sie das Elektron vorher und nachher betrachten.

Das heißt jedoch nicht, dass es keinen Unterschied gibt. Das OP muss sich daran erinnern, dass Potentiale KEINE BEDEUTUNG für sich haben, womit ich meine, dass die Bedeutung nur in Beziehung zu zwei Punkten steht (ein Unterschied). Sie können den Unterschied im Elektron also nur erkennen, indem Sie zwei Punkte überprüfen und feststellen, dass es einen Unterschied gibt, weshalb ein Voltmeter zwei Sonden gleichzeitig verwendet. Dies wäre, anstatt eine Sonde zu verwenden, die das Elektron vor dem Widerstand überprüft, entfernt und dann nach dem Widerstand berührt und sieht, was Sie als unterschiedlich ansehen.

Betrachten Sie nun dieselbe Situation ohne Widerstand (my Hand in der Schwerkraft, Widerstand im Stromkreis.) Wenn es in einem Feld wäre, wäre das Elektron schneller geworden. Was das Elektron davon abhält, schneller zu werden, ist der Widerstand im Stromkreis. Anstatt zu beschleunigen, wird die Energie auf Wärme übertragen.

Das erste, was Sie beachten müssen, ist, dass Sie das Wort Spannung niemals verwenden dürfen, es sei denn, Sie sind sich sicher, dass Sie und Ihr Publikum sich der Tatsache bewusst sind, dass es sich um eine Abkürzung für „Spannungsdifferenz“ handelt oder dass Sie „Spannungsabfall“ verwendet haben. .
Ich würde es vorziehen, den Begriff "Potentialdifferenz" zu verwenden.

All dies hat mit Energie und einer Art von Energie zu tun, über die ein System verfügt, um Arbeiten ausführen zu können, die als potenzielle Energie bezeichnet werden.

Der Wasserkreislauf ist ein sehr gutes Analogon zu einem Stromkreis, aber ich möchte ihn auf folgende Weise ein wenig ändern.

In Diagramm 1 gibt es hier keine Reibung und $ A $ und $ B $ sind „Pumpen“ mit eingebauten Abgriffen.
Alle Wasserhähne sind offen, aber keine der Pumpen funktioniert.
Was passiert als nächstes? - Nichts, da sich das System in seinem niedrigsten Energiezustand befindet.
Bedeutet das, dass das Wasser keine potentielle Gravitationsenergie hat, dh keine Arbeit leisten kann.
Nein. Sie können sagen, dass es ein potentielles Gravitationsenergie hat, da es funktionieren könnte, wenn es auf die Tischplatte fällt, die sich unter dem Gerät befindet. In diesem Fall ist dies jedoch nicht zulässig.

Schließen Sie den Tipp $ B $ und lassen Sie das an der Pumpe $ A $ angebrachte Gewicht fallen.
Was geschieht? - In Diagramm 2 steigt der Wasserstand in Rohr $ a $ und der Wasserstand in Rohr $ c $ sinkt

Pump $ A $ arbeitet am Wasser.
Wie macht es das? - An der Welle der Pumpe ist ein Gewicht angebracht, und das Gewicht sinkt.
Was bringt das Wasser zum Fließen? - Das fallende Gewicht verliert die potentielle Energie der Schwerkraft und die Pumpe arbeitet auf dem Wasser.
Das Wasser in der Röhre $ a $ gewinnt Energie des Gravitationspotentials und das Wasser in der Röhre $ c $ verliert Energie des Gravitationspotentials.
Es hat eine Umwandlung der potentiellen Gravitationsenergie des Gewichts in die potentielle Gravitationsenergie des Wassers gegeben, und es gibt einen Nettogewinn in der potentiellen Gravitationsenergie des Wassers.

Wenn der Unterschied im Wasserstand zwischen den Rohren $ a $ und $ c $ einen bestimmten Wert erreicht, stoppt die Pumpe und tippt auf $ A $.
Tippen Sie auf $ B $ ist jetzt geöffnet.
Das Wasser fließt durch die Pumpe $ B $ von Rohr $ a $ zu Rohr $ c $ und erhöht das an Pumpe $ B $ angebrachte Gewicht, bis der Wasserstand in Rohr $ a $ und Rohr $ c $ gleich ist.
Pumpe $ B $ hat Arbeit geleistet und die Energie des Gravitationspotentials des Wassers wurde in das Gravitationspotential des Gewichts umgewandelt.

In Diagramm 3 wurde eine dritte Pumpe hinzugefügt und auf $ C $ getippt.
Alle Wasserhähne sind geöffnet, wobei die Pumpe $ A $ einen konstanten Unterschied im Wasserstand zwischen Rohr $ a $ und Rohr $ c $ beibehält.
Pumpe $ A $ arbeitet kontinuierlich und das Nettoergebnis ist die Erhöhung des Gravitationspotentials des Wassers von Rohr $ c $ zu Rohr $ a $ und die Abnahme der Energie des Gravitationspotentials des fallenden Gewichts.
Die Pumpe $ B $ arbeitet kontinuierlich und das Nettoergebnis ist die Erhöhung der Gravitationspotentialenergie des daran angebrachten fallenden Gewichts und die Abnahme des Gravitationspotentials des Wassers, das von Rohr $ a $ in Rohr $ b $ fließt. Die Pumpe $ C $ arbeitet kontinuierlich und das Nettoergebnis ist die Erhöhung der Gravitationspotentialenergie des daran angebrachten fallenden Gewichts und die Abnahme des Gravitationspotentials des Wassers, das von Rohr $ b $ in Rohr $ c $ fließt.

Das Wesentliche Ihrer Frage ist: „Was ist anders am Wasser in der Röhre $ a $ und am Wasser in der Röhre $ b $?“
Die Antwort lautet: „Das Wasser in der Röhre $ a $ kann mehr Arbeit leisten als das Wasser in der Röhre $ b $.“
Das Wasser in der Röhre $ a $ hebt die an der Pumpe $ b $ und der Pumpe $ c $ angebrachten Gewichte an, während das Wasser in der Röhre $ b $ nur das an der Pumpe $ C $ angebrachte Gewicht anhebt.

Nun, um all dies in elektrische Begriffe zu übersetzen.
Um es einfacher zu machen, gehe einfach davon aus, dass in meinem Stromkreis die mobilen Ladungsträger positiv sind, da ich es einfacher finde, positive Ladungen zu visualisieren, die einen (potentiellen) Hügel hinunterfallen wollen, als Elektronen, die einen (potentiellen) Hügel hinaufklettern wollen.

In Diagramm 4 Pumpe $ A $ ist Batterie $ A $ und Pumpen $ B $ und $ C $ sind Motoren $ B $ und $ C $.
Die Batterie ist ein Gerät, das die elektrische potentielle Energie der mobilen Ladungsträger erhöht, wenn sie sich von Knoten $ c $ zu Knoten $ a $ bewegen (Erhöhung des Wasserstandes).
Dies ist auf eine chemische Reaktion in der Batterie und eine Abnahme der chemischen potentiellen Energie (das fallende Gewicht) zurückzuführen

Motoren $ B $ und $ C $ sind Geräte, die auf Kosten einer Verringerung der elektrischen potentiellen Energie der durch sie hindurchtretenden mobilen Ladungsträger Gewichte heben.

Anstatt immer den Begriff "Änderung der potentiellen Energie zwischen zwei Punkten" zu verwenden, ist es einfacher, den Begriff "Änderung der potentiellen Energie zwischen zwei Punkten pro Ladungseinheit" und noch einfacher "Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten" zu verwenden. oder "Potentialdifferenz" oder Ihr Begriff "Spannungsabfall".

Wenn Sie also einen Spannungsabfall an einer Komponente haben, bedeutet dies, dass der Arbeitsaufwand, den die mobilen Ladungsträger beim Verlassen des Bauteils leisten können, im Vergleich zu dem Arbeitsaufwand, den der mobile Ladungsträger zuvor leisten kann, verringert (abfällt) Eingabe der Komponente.

Der Arbeitsaufwand (Joule, J), der durch Einheitsladung (1 Coulomb, 1C) mobiler Ladungsträger zwischen zwei Punkten, die Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Punkten, geleistet werden kann, wird in Joule pro Coulomb gemessen Volt.

Diagramm 5 ist eine einfache Schaltung.
Der Spannungsabfall am 3 $ \ Omega $ -Widerstand beträgt 3V.
Beginnend am Knoten $ a $ und endend am Knoten $ c $ 1 Coulomb mobiler Ladungsträger erzeugen 5 Joule Wärme, während sie, wenn sie am Knoten $ b $ beginnen und den Knoten $ c $ erreichen, nur 2 Joule Wärme erzeugt hätten.
Ein Coulomb der Kapazität mobiler Ladungsträger zur Ausführung von Arbeiten ist von 5 Joule am Knoten $ a $ auf 2 Joule am Knoten $ b $ gesunken, was einem Abfall von 3 Joule pro Coulomb entspricht, was einem Spannungsabfall von 3 Volt entspricht.

Ich glaube, dass ein einfaches Beispiel der beste Weg ist, um Ihre Frage zu beantworten.

Beginnen wir mit einer 10v-Spannungsquelle (Batterie, Netzteil, Generator usw. - der Typ spielt keine Rolle). Anschließend schließen Sie 10, 1 Ohm, Widerstände in Reihe über die Versorgung an. Mit dieser Anordnung wissen wir, dass durch jeden Widerstand ein Strom von 1 Ampere fließt, so dass der -Spannungsabfall über jeden Widerstand 1v ist.
Wenn Sie jetzt Ihr Voltmeter nehmen und eine Leitung unten am unteren Widerstand (Nr. 10) und die andere Leitung oben am oberen Widerstand (Nr. 1) platzieren, werden 10 V angezeigt. Sie nehmen jetzt die obere Leitung und bewegen sie an den Punkt unter dem ersten Widerstand. Sie zeigt jetzt 9 V an. Wenn Sie diesen Vorgang fortsetzen, lesen Sie 8V, 7V ... 1V, 0V. Wie zu sehen ist, hat each-Widerstand einen reduction in der Spannung equal zum voltage drop darüber verursacht.
Es ist zu beachten, dass jeder Widerstand 1 W verbraucht, was insgesamt 10 W ergibt, was der gleichen Leistung entspricht, die die Versorgung liefert.

Wenn wir jetzt die Widerstände durch nur einen (10 Ohm) ersetzen, obwohl wir keinen Zugang mehr zu den Zwischenpunkten haben, ist die Situation dieselbe. Die Spannungsabfälle treten im Inneren des Widerstands proportional zu seiner Länge auf (unter der Annahme einer linearen Verteilung). Wenn der Widerstand 10 cm lang ist, würde jeder cm drop 1v.
Die Tatsache, dass ein Widerstand eine -Reduzierung der Spannung verursacht, proportional zu dem durch ihn fließenden Strom, ist der Grund, warum er als -Spannungsabfall (über den Widerstand) bezeichnet wird.

Bevor wir die Spannung erklären, müssen wir wissen, was ein Coulomb ist.Stellen Sie sich das Coulomb als nichts anderes als eine Gruppe von Elektronen vor;ungefähr 6,24 * 10 ^ 18 von ihnen.

Spannung ist die Energie in Joule pro Coulomb.Dies sagt uns die Gleichung $ V = \ frac {E} {Q} $ span>, dass das Verhältnis von Energie zu Ladung Spannung ist.Nun würde der Spannungsabfall besser als "Änderung der Energie pro Coulomb", $ \ Delta V = \ frac {\ Delta E} {Q} $ span> im Kontext von beschriebenBei einem Widerstand wird die Anzahl der Joule angegeben, die jedes Coulomb von Elektronen dem Widerstand gegeben hat, während dies im Zusammenhang mit einer EMF an einer Stromquelle erfolgt.Die "Änderung der Energie pro Coulomb" gibt an, wie viele Joule die Batterie / Zelle jedem Coulomb gegeben hat.

oyvey Ich kann Ihre Verwirrung verstehen. Ich bin nur ein Student, aber ich kann versuchen, die Verwirrung mit einer Analogie zu beseitigen.

Betrachten Sie zwei Spielplätze (die zwei negativen Anschlüsse von zwei verschiedenen Batterien 2V und 3V) .Kinder auf dem ersten Spielplatz (2V) sind schwach und faul. Wenn sie gebeten werden, durch einen Pfad zu laufen, ist die Anzahl der Kinder (Elektronen), die einen Punkt im Pfad passieren, geringer. Kinder auf dem zweiten Spielplatz (3V) sind stark und aktiv. Wenn wir gebeten werden, einen Pfad zu durchlaufen, werden wir mehr Kinder sehen, die einen Punkt im Pfad passieren als im vorherigen Fall, weil sie stark und aktiv sind.

Dies erklärt meiner Meinung nach sehr gut Ohms Gesetz, dass Strom direkt proportional zur Spannung ist und hoffentlich auch Ihre Verwirrung beseitigt.

Wenn die Batterie eingeschaltet wird, breitet sich eine Welle innerhalb des Stromkreises aus, um den Strom des Systems zu bestimmen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom innerhalb des Stromkreises inhomogen (dieser verschwindet jedoch fast mit Lichtgeschwindigkeit).Nehmen wir an, dass an diese Schaltung auch Widerstände mit unterschiedlichem spezifischen Widerstand angeschlossen sind.Die Elektronen in der Schaltung sind Teil desselben Systems. Wenn man also langsamer wird, verlangsamt sich auch der Rest.Der "Spannungsabfall" wirkt sich an dieser Stelle gleichzeitig auf das gesamte System aus.Der Potentialverlust wird beim ersten Einschalten berechnet und somit der Strom ermittelt. Der Grund, warum dieser Spannungsabfall gleich dem V der Batterie ist, liegt darin, dass alles gemäß dieser Welle berechnet wird, die von der Batterie gestartet wird.