энергии — Что именно относится к напряжению?
спросил
Изменено 1 год, 3 месяца назад
Просмотрено 431 раз
$\begingroup$
Учитывая, что заряд движется по проводу, электрическое поле совершает работу над зарядами. Работа, совершаемая электрическим полем, может иметь два результата: она может увеличить кинетическую энергию самих носителей заряда или может быть рассеяна в виде тепла или других форм энергии. Я понимаю, что разность потенциалов между двумя точками — это разница в значениях электрического потенциала, которая заставляет электроны двигаться. Однако это явно отличается от того, что мы можем измерить вольтметром в этих двух точках, поскольку мы не будем измерять разницу энергий для накопленной энергии, которая стала кинетической энергией для электронов.
Я понимаю, что при постоянном токе (кинетическая энергия электронов не меняется) показания вольтметра будут такими же, как разность потенциалов электрического поля между двумя точками. Для любой цепи постоянного тока время, необходимое для достижения скорости дрейфа/постоянства тока, незначительно, поэтому мы можем предположить, что вольтметр измеряет точную разность потенциалов.
Мои вопросы:
есть ли разница между разностью потенциалов и напряжением? Я думаю, что, возможно, разность потенциалов относится к фактической разнице потенциалов, а напряжение — это разность потенциалов за вычетом количества энергии, которая идет на увеличение кинетической энергии электронов на единицу заряда. Следовательно, напряжение будет тем, что мы измеряем вольтметром.
мой второй вопрос, как это будет работать для цепей переменного тока. Конечно, тогда, когда кинетическая энергия электронов продолжает изменяться, напряжения не будут отражать разность потенциалов?
Надеюсь, мой вопрос имеет какой-то смысл.
..
- энергия
- электростатика
- потенциальная энергия
- напряжение
- условности
1
$\begingroup$
Разность потенциалов и напряжение совпадают. Разность потенциалов является более полезным термином, потому что на самом деле вы можете говорить только о напряжении относительно другого потенциала — следовательно, о разнице потенциалов.
«Напряжение» в цепи переменного тока постоянно меняется, как и электрическое поле, ощущаемое электроном, и энергия электрона
$\endgroup$
$\begingroup$
Разность электрических потенциалов, часто обозначаемая как $V$, является синонимом напряжения. Вы можете спутать электрический потенциал с потенциальной энергией, которая имеет единицы измерения энергии.
Конкретно говоря, чтобы переместить частицу с зарядом $q$ из точки $a$ в точку $b$ с разностью потенциалов $V_{ab}$ между точками, нужно затратить энергию (т.е. потенциальная энергия между точками) определяется выражением $W_{ab} = q V_{ab}$.
В металлическом проводнике разность потенциалов между точками на куске провода, однако, не приводит к соответствующему увеличению кинетической энергии электронов. Это связано с тем, что при движении электроны постоянно сталкиваются с примесями решетки в проводнике. Кинетическая энергия, которую электроны получают между столкновениями от электрического поля, передается этим примесям и становится теплом. Вот почему ваш компьютер нагревается и нуждается в охлаждении для работы. 9T V(t)$, где $T$ — длина периода).
$\endgroup$
$\begingroup$
Добавление к предыдущим ответам.
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
электрических цепей — Измерение напряжения двух сторон батареи относительно земли
спросил
Изменено 1 год, 10 месяцев назад
Просмотрено 615 раз
$\begingroup$
Я знаю, что разность потенциалов или напряжение имеют значение, только если у нас есть эталон. Поэтому я взял свой эталон в качестве земли и попытался измерить напряжение батареи 1,5 В.
Сначала я измерил $$V(\text{минусовая сторона батареи}) — V(\text{земля})$$. Я измерил 0 В или около того.
Затем я измерил $$V(\text{плюсовая сторона батареи}) — V(\text{земля})$$ Я измерил так же, как и в первый раз.
Наконец, я получаю 0 В как напряжение батареи.
В чем проблема? Разве я не должен получить 1,5 В в результате?
редактировать: мой эталон — грязь, и да, я действительно воткнул эталонный зонд (черный) в грязь
- электрические цепи
- напряжение
- батареи
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Проблема в том, что ваш вольтметр не идеален. Обычно вольтметр работает так, что он состоит из очень высокого сопротивления (диапазон мОм) между выводами. Затем, вместо непосредственного измерения разности напряжений, он измеряет ток через этот путь и вычисляет напряжение по закону Ома $V=IR.$
Но для изменения напряжения изолированного объекта требуется совсем немного заряда. Батарея поддерживает разность напряжений между своими клеммами, но «абсолютное» напряжение клемм (относительно некоторой изолированной точки) можно изменить, добавив/удалив некоторый чистый заряд ко всей батарее.
Измерение напряжения между изолированными проводниками в основном является областью статического электричества. Существуют электростатические вольтметры, которые могут измерять напряжения, не требуя токов, которые изменят измерения. Однако статическое электричество обычно включает в себя сотни/тысячи вольт, поэтому такой вольтметр может не регистрировать ничтожное напряжение вашей батареи. Я подозреваю, что найти компоненты, достаточно хорошие для проведения вашего эксперимента, как указано, будет сложно.
(Дополнение, основанное на ответе Дейла: если соединение между вашим вольтметром и землей через землю также плохое, то фактически ваша «земля» — это еще один «маленький проводник», состоящий из кусочка земли вокруг вашего провода.
$\endgroup$
5
$\begingroup$
Я знаю, что разность потенциалов или напряжение имеют значение, только если у нас есть ссылка.
Это потенциал, который имеет смысл, только если у нас есть ссылка. Потенциальная разница не требует ссылки. Напряжение аккумулятора 1,5 В – это разность потенциалов между клеммами аккумулятора.
Таким образом, если под «землей» вы подразумеваете, что вы физически подключаете один из проводов вашего вольтметра к земле или какой-либо заземленной металлической детали, а другой — к клемме аккумулятора, вы не измерите 1,5 вольта, потому что другой терминал открыт (изолирован). Чтобы измерить напряжение батареи, вам необходимо подключить провода вольтметра к клеммам батареи.
Надеюсь, это поможет.
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Есть несколько проблем с вашим измерением.
Во-первых, просто воткнуть маленький щуп вольтметра в грязь недостаточно, чтобы «заземлить» или «заземлить» вашу цепь. Обычно заземляющий стержень имеет длину около 2 м и должен быть надежно вбит в землю, а если почва сухая или каменистая, вам может потребоваться использовать несколько стержней. Это довольно утомительно, но вам нужна довольно большая площадь контакта, чтобы получить хорошее электрическое соединение с землей.
Во-вторых, нужно измерить напряжения в той же цепи. Вы измерили 0 В в одной цепи, а затем 0 В в другой цепи. Разница не имеет смысла. Правильный способ выполнить это измерение — использовать два вольтметра и измерять оба одновременно.
В-третьих, признайте, что вольтметр имеет конечное сопротивление.
Обычно он очень большой по сравнению со стандартными схемами, поэтому его подключение лишь немного меняет схему. Но когда остальная часть вашей цепи представляет собой разомкнутую цепь, сам вольтметр становится цепью с низким импедансом. Затем вольтметр существенно изменяет схему.
$\endgroup$
7
$\begingroup$
Вы начинаете с батареи и земли.
Разность потенциалов между клеммами аккумулятора зафиксирована на уровне $1,5\,\rm V$ на ее клеммах.
Не измеряя показания, спросите себя, какова разность потенциалов между каждой из клемм и землей?
Вскоре вы должны прийти к выводу, что при данной информации она неопределенна и, например, отрицательная клемма может иметь потенциал $-1\,\rm V$ относительно земли, а положительная клемма может быть при потенциал $+0,5\,\rm V$ относительно земли или $\pm 0,75\,\rm V$ или любая другая комбинация потенциалов, если разность потенциалов между двумя клеммами id $1,5\,\rm V $.
Все это предполагает, что земля является эквипотенциальной поверхностью.
Так что же происходит, когда вы подключаете вольтметр от отрицательной клеммы к земле?
Если существует разность потенциалов между отрицательной клеммой и землей и учитывая, что вольтметр является проводником, заряды будут течь до тех пор, пока разность потенциалов между отрицательной клеммой и землей не станет равной нулю, после чего ток больше не течет, и показание вольтметра становится равным нуль.
Тогда можно предположить, что потенциал плюсовой клеммы относительно земли равен $+1,5\,\rm V$.
О, значит, если я поставлю другой вольтметр между плюсом и землей, я должен получить на втором вольтметре показания $+1,5\,\rm V$?
Нет, это не так, потому что теперь у вас есть цепь серии , состоящая из двух вольтметров, аккумулятора и земли, и вольтметры измеряют напряжение на своих клеммах.
Если бы заземление, аккумулятор и соединительные провода не имели сопротивления, а вольтметры были одного типа, то каждый вольтметр показал бы показание $0,75\,\rm V$.
