ความหมายทางกายภาพของศักย์ไฟฟ้าความต่างศักย์และแรงดันไฟฟ้าคืออะไร?

jimyy 10/16/2014. 4 answers, 4.670 views
potential definition voltage

เมื่อกระแสไฟฟ้าคล้ายคลึงกับคนที่เดินผ่านถนน: electrons เป็นคน current คือจำนวนคน resistance เป็นอุปสรรคในการเดินทาง

แต่ ศักยภาพทางไฟฟ้า ในตัวอย่างนี้มีอะไรบ้าง?

อะไรคือความหมายทางกายภาพของความแตกต่างของศักยภาพ 2 V? และสิ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงในการไหลของอิเล็กตรอนเมื่อมีศักยภาพเป็น 1 หรือ 2 V?

4 Answers


Alfred Centauri 10/16/2014.

ฉันจะให้การถ่ายทำนี้แม้ว่าฉันจะไม่แน่ใจว่านี่จะชี้แจงหรือระงับปัญหานี้หรือไม่

electrons are people,

ตกลง

current is the number of people,

ไม่ได้นี่ไม่ใช่การเปรียบเทียบที่ถูกต้อง ปัจจุบัน flow และคน (อิเล็กตรอน) ปัจจุบันคือการไหลของคน (อิเล็กตรอน) และ amount กระแสคือ number (Coulombs) ของคน (อิเล็กตรอน) ผ่านจุดคงที่บนถนน (ตัวนำ) ต่อวินาที

resistance is the barriers on the way.

ตกลง

ควรระลึกไว้เสมอว่า electrons repel each other ดังนั้นเพื่อปรับปรุงการเปรียบเทียบนี้เราจำเป็นต้องมีคนที่คัดค้านซึ่งกันและกัน

เพื่อให้ง่ายนี้ให้มีคนเดินไฟล์เดียวและถือว่าคนที่ติดอยู่กับฤดูใบไม้ผลิที่แนบมากับคนในด้านหน้าและยังแนบมากับฤดูใบไม้ผลิที่แนบมากับคนที่อยู่ด้านหลัง

ดังนั้นถ้าทุกคนห่างกันอย่างเท่า ๆ กันและเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอไม่มีแรงสุทธิต่อบุคคลใดคนหนึ่ง

However ถ้ามีความต้านทาน (อุปสรรคแรงเสียดทาน ฯลฯ ) คนอาจจะชะลอตัวลงเนื่องจากมีผลกระทบกับกำแพงแล้วรู้สึกแรงจากฤดูใบไม้ผลิที่ถูกบีบอัดโดยบุคคลที่อยู่เบื้องหลังและฤดูใบไม้ผลิที่ขยายโดยบุคคลใน ด้านหน้า

ไม่ยากที่จะเห็นการอนุมานจากเรื่องนี้ว่าในขณะที่คนเดินลงไปตามถนนสปริงจะถูกบีบอัดระหว่างคนที่จุดเริ่มต้นของถนนมากกว่าที่ปลายถนน

นั่นหมายความว่าความ density ของคนมีมากขึ้น คนที่อยู่ใกล้กันมากขึ้นในตอนต้นว่าตอนท้าย

ดังนั้น energy มีศักยภาพที่เก็บไว้ในสปริงจะมีขนาดใหญ่กว่าเมื่อถึงจุดสิ้นสุดที่ผู้คน enter มากกว่าตอนท้ายที่คน exit นี้ต้องเป็นกรณีตั้งแต่พลังงานจะหายไปอุปสรรคและแรงเสียดทานเป็นคนเดินลงถนน

โปรดจำไว้ว่าการ flow ของคนจะ steady แม้ว่าความหนาแน่นของผู้คนจะแตกต่างกันไปจากจุดเริ่มต้นที่เล็กกว่าในตอนท้ายของถนน

ในทำนองเดียวกันเมื่อมีกระแสคงที่ผ่านตัวต้านทานความหนาแน่น charge จะมากกว่าปลายอีกด้านหนึ่งที่แม้ว่า flow ผ่านตัวต้านทานจะคงที่

นี่คือความแตกต่างของค่าความหนาแน่นที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์) ข้ามตัวต้านทาน


Steeven 10/16/2014.

But what is potential in this example?

ในการเทียบเคียงระหว่างคนในถนน electric potential เป็นร้านค้าที่มียอดขายในปลายด้านหนึ่งของถนนหรืออาจเป็นอุบัติเหตุหรือสิ่งอื่นที่น่าสนใจ คนมีแนวโน้มที่จะก้าวไปสู่จุดสิ้นสุดที่น่าสนใจ (มีศักยภาพน้อยกว่า) และห่างจากจุดสิ้นสุดที่น่าสนใจอื่น ๆ และไม่น่าสนใจ (มีศักยภาพสูงกว่า) เช่นเดียวกับความปรารถนาของหินที่จะล้มลงและไม่ขึ้นเพราะจุด up และ down มี potential ที่แตกต่างกัน

อะไรคือความหมายทางกายภาพของความแตกต่างของศักยภาพ 2 V?

หน่วย Volts คือ Joules/Coulomb , $ [\ mathrm {V}] = [\ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {C}}] โปรดทราบว่า $ \ mathrm {C} $ เป็น charge ดังนั้นเรากำลังพูดถึงพลังงานต่อค่าใช้จ่าย และมีศักยภาพสูงขึ้นจะมีพลังงานต่อการชาร์จเพิ่มขึ้น

ตอนนี้กลับไปที่การเปรียบเทียบแบบตัวต่อตัว ถ้าเกิดอุบัติเหตุขึ้นเรื่อย ๆ คนก็เริ่มเคลื่อนไปทางนั้นเพราะมันน่าสนใจมาก (มีศักยภาพน้อยกว่า) บางทีพวกเขาอาจวิ่งไปถึงที่นั่นอย่างรวดเร็ว เมื่อเข้าใกล้พวกเขาจะช้าลงพวกเขาจะเคลื่อนไหวช้าลงเนื่องจากพวกเขาอยู่ที่นั่นในเร็ว ๆ นี้และพวกเขาก็สามารถมองเห็นได้มากขึ้นเรื่อย ๆ

ถ้าคุณเป็นเจ้าหน้าที่ตำรวจหรือเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัยของร้านค้าหรือใครก็ตามที่ถือคนอื่น ๆ อยู่ห่างจากที่น่าสนใจมากขึ้นพวกเขาต้องการย้ายมากขึ้น - ยิ่งผลักดันหรือยิ่งวิ่ง และนี่เป็นเรื่องยากที่จะกอดพวกเขาไว้

ถ้าคุณใกล้กับจุดที่น่าสนใจมากขึ้นบนท้องถนนผู้คนสามารถมองเห็นสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นและผลักดันให้น้อยลง

เช่นเดียวกับคอนเสิร์ตร็อคถ้าลำโพงไม่ดีคนที่อยู่ไกลออกไปจะผลักดันให้กลุ่มเข้ามาใกล้ เมื่อพวกเขาเข้ามาใกล้พวกเขาจะได้ยินเสียงเพลงได้ดีขึ้นและพวกเขาค่อยๆหยุดยั้ง

มันเหมือนกับพลังงานที่พวกเขาพยายามจะขยับตัวลดลงและลดลงเมื่อใกล้เข้ามา พลังงานต่อคน (ความหมาย energy per charge ) จะลดลงเนื่องจากมีค่าต่ำกว่า

ที่ทำให้ความรู้สึก?

และสิ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงในการไหลของอิเล็กตรอนเมื่อมีศักยภาพเป็น 1 หรือ 2 V?

$ 1 $ หรือ $ 2 \ mathrm {V} $ เป็นเพียงแค่วัดว่าศักยภาพของคุณอยู่ที่จุดใดบนท้องถนน หากสถานการณ์ปกติ (ถนนที่ทุกจุดก่อนที่อุบัติเหตุจะเกิดขึ้น) คือ $ 0 \ mathrm {V} $ แล้วเมื่ออุบัติเหตุเกิดขึ้นทันทีคุณมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นซึ่งจะเริ่ม dragging คนไปในทิศทางนั้น

หากอุบัติเหตุสองครั้งเกิดขึ้นในเวลาเดียวกันที่จุดต่างๆบนถนนอาจเกี่ยวข้องกับนักขี่จักรยานที่ตก ($ 1 \ mathrm {V} $) และอีกคนหนึ่งเกี่ยวข้องกับรถบรรทุกขนาดใหญ่ที่มีถังไนโตรเจนเหลวระเบิดขณะที่รถจับ ไฟไหม้และคนกำลังกรีดร้อง ($ 2 \ mathrm {V} $, จุดที่เป็นที่น่าสนใจมากขึ้น)

พวกเขา not สนใจเท่ากันดังนั้นความแตกต่างในศักยภาพ $ 2 \ mathrm {V} -1 \ mathrm {V} = 1 \ mathrm {V} $ เป็นสิ่งที่น่าสนใจเกิดขึ้น ถ้าอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นไม่ได้เกิดขึ้นแล้วการไหลของคนจะทวีความรุนแรงมากขึ้นและเร็วขึ้น แต่เนื่องจากเหตุการณ์สองเหตุการณ์เกิดขึ้นผู้คนไม่แน่ใจว่าต้องการไปที่ไหน พวกเขาทำแม้ว่าจะเห็นว่าอุบัติเหตุใหญ่เป็นที่น่าสนใจมากขึ้น

ถ้า two ถังของไนโตรเจนเหลวพัดขึ้นในเวลาเดียวกันที่จุดที่แตกต่างกัน (ความหมายสองจุดที่มีศักยภาพเดียวกัน) แล้วบางคนยากจนที่เกิดขึ้นจะอยู่ตรงกลางเขาจึงสับสนว่าเขาไม่ทราบว่าจะไปที่ไหน ไป! ดังนั้นเขาเพียงแค่ยืนอยู่ที่นั่นและเปลี่ยนความคิดของเขาซ้ำแล้วซ้ำอีกและไม่เคยย้ายที่ใดก็ได้!

การเปรียบเทียบนี้ดูเหมือนจะเป็นสังคมของคนที่ไม่เด็ดขาด


solid 10/16/2014.

ตั้งแต่คำถามของคุณเป็นชนิดของภาพฉันจะพยายามติดกับนี้และหลีกเลี่ยงคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ / ทางกายภาพลึก

electrons are people

โอเคกับที่

current is the number of people

ไม่นี่เป็นความผิดพลาด ที่จริงปัจจุบันเป็นกรณีนี้จำนวนคนข้ามเส้นบนถนนต่อครั้ง เช่นเดียวกับ Steeven ที่กล่าวมาแล้วในข้อคิดเห็นที่ 2 Ampere (สมมุติว่า 1 A เป็น 1 คนที่ให้ความเรียบง่าย) หมายความว่าคนอีก 2 คนข้ามเส้นจากซ้ายไปขวากว่าทาง จำนวนคนที่ข้ามถนนบนถนนในทิศทางไม่ได้เป็นตัวแทนของ 2 Ampere

resistance is the barriers on the way.

ฉันโอเคกับที่

But what is potential in this example?

ฉันค่อนข้างจะเปรียบเทียบกับศักยภาพที่ชัดเจน: พื้นที่ที่เป็นเนินเขา ศักย์ไฟฟ้ามีความคล้ายคลึงกับศักยภาพของแรงโน้มถ่วง ดังนั้นในตัวอย่างคนนั้นศักยภาพทางไฟฟ้าเป็นถนนที่ตกต่ำ สำหรับคน (อิเล็กตรอน) ตกต่ำไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานพวกเขาสูญเสียพลังงานที่อาจเกิดขึ้น คนที่อยู่ในระดับเดียวกันที่ถนนกำลังได้รับและสูญเสียอะไร คนที่ต้องขึ้นเนินต้องใช้พลังงานเพื่อให้ได้พลังงานที่มีศักยภาพ (สำหรับอิเล็กตรอนนี่อาจเป็นสนามแม่เหล็กที่ช่วยเร่งอิเล็กตรอน) คำอธิบายนี้เกี่ยวกับศักยภาพทางไฟฟ้าที่คำถามต่อไปของคุณสามารถตอบได้ง่าย

อะไรคือความหมายทางกายภาพของความแตกต่างของศักยภาพ 2 V?

เป็นเพียงการไล่ระดับสีของถนนที่เป็นเนิน ถ้าชนิดของ steepish คุณมีแรงดันสูงและถ้ามันแบนคุณก็มีแรงดันไฟฟ้าเล็ก ๆ

และสิ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงในการไหลของอิเล็กตรอนเมื่อมีศักยภาพเป็น 1 หรือ 2 V?

จำคำอธิบายของฉันในปัจจุบันได้หรือไม่? การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 1 V ถึง 2 V (ทำให้ถนนสูงชันมากขึ้น) มีผลต่ออิเล็กตรอนที่อิเล็กตรอนต่อครั้งข้ามเส้นจากซ้ายไปขวากว่าก่อน คุณสามารถจินตนาการผลกระทบนี้ได้เช่นถนนที่สูงชันจนคนเริ่มเลื่อนลง (ไม่ใช่ทุกคน แต่มากขึ้นเรื่อย ๆ ) หากต้องการหรือไม่

ฉันหวังว่าสมการนี้จะอธิบายไม่ตรงกับความต้องการของคุณ

แก้ไข: เพื่อ Rob Jeffries, ฉันลาดเทเขียนความคิดเห็นเพราะฉันไม่ได้มีชื่อเสียง 50 ดังนั้นฉันถูกบังคับให้ตอบด้วยวิธีนี้ ฉันไม่เห็นด้วยกับคุณว่าการเปรียบเทียบนี้ลดลงเนื่องจากถนนที่ราบ

อิเล็กตรอนในตัวนำสามารถเคลื่อนไปรอบ ๆ ได้โดยไม่ต้องใช้สนามไฟฟ้าใด ๆ ตราบเท่าที่ไม่มีการวางแนวที่ต้องการ (และคนในโลกที่มีเพียงถนนที่ว่างเปล่าไม่มีทิศทางที่ต้องการ) ไม่มีกระแสอย่างน้อยไม่มีกระแสในปัจจุบัน ไม่เพียง แต่ไม่กระจุยมันได้อย่างสมบูรณ์เหมาะกับการเปรียบเทียบ ลองจินตนาการถึงถนนที่ตกต่ำกว่าที่สมบูรณ์แบบและไม่ต้องตกต่ำอีกครั้ง คนได้รับความเร็วบิตแรกตกต่ำและในโลกที่สมบูรณ์แบบกับถนนเดียวที่ไม่มีการสูญเสีย (แรงเสียดทานหรือสิ่งที่เคย) พวกเขาให้โมเมนตัมและความเร็วในบิตแบน พวกเขาเดินและเดินเร็วขึ้นเมื่อถึงจุดตกต่ำอีกครั้ง และนี่คุณมีคำอธิบายอิเล็กตรอนสำหรับอิเล็กตรอนแบบลอยตัว


Prasanna Chaturvedi 07/03/2017.

ในความคิดของฉันศักยภาพไฟฟ้าสถิตที่จุดในสนามไฟฟ้าใด ๆ สามารถดูเป็น

สมมติว่าประจุบวกทำให้สนามไฟฟ้า

ในฟิลด์ดังกล่าวหากมีค่าใช้จ่ายในการทดสอบบวกหรือลบ

สมมติว่าค่าทดสอบเป็นบวก

ค่าใช้จ่ายในการทดสอบบวกนี้จะมีแนวโน้มที่จะย้ายออกจากค่าแหล่งที่มาเนื่องจากแรงขับไล่

และถ้ามันไม่ขยับ แน่นอนมันควรจะมีพลังงานเพียงพอพร้อมกับมันเพื่อตอบโต้แรงผลักดันนี้มิฉะนั้นจะได้ย้ายออกไป

ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าที่จุดใด ๆ ในสนามไฟฟ้าอาจถูกกำหนดเป็นพลังงานที่จำเป็นต้องมีการเก็บประจุไฟฟ้าของหน่วยเพื่อให้อยู่ในตำแหน่งที่ต่อต้านแรงเนื่องจาก E อยู่

Related questions

Hot questions

Language

Popular Tags