Strom wird überall gebraucht, und das war für die allermeisten Menschen "immer". Aber über die Natur dieses Phänomens dachten kaum viele nach. Unter den grundlegenden elektrischen Begriffen sind "Potenzialdifferenz" und "Spannung im Stromkreis" trotz ihrer scheinbaren Einfachheit am schwierigsten zu verstehen.
Inhalt
- Potenzialkonzept
- Hydraulisches Modell
- Schaltungsmessungen
Potenzialkonzept
Damit die Elektronen durch den Stromkreis wandern, wird Energie benötigt, die in der Lage sind, sie entlang eines Stromkreises in Bewegung zu setzen. Im Fall von statischer Elektrizität ist dies beispielsweise die Kraft, die durch ein Ungleichgewicht der elektrischen Ladung in Objekten erzeugt wird.
Schulerfahrung mit dem Reiben eines Ebenholzstäbchens auf Wolle zeigt die Bildung von überschüssigen Elektronen in Ebenholz (negative Ladung) und ein Mangel an Elektronen in Wolle (positive Ladung) mit Aufwand an mechanischer Energie für Reiben.
Zwischen isolierten Elektroden manifestiert sich dieses Ungleichgewicht nur in der Anziehung elektrifizierter Objekte zueinander. Wenn sie durch einen Leiter verbunden sind, gehen die Elektronen von Ebonit zu Wolle und gleichen das Defizit aus.
Dies ist der elektrische Strom im Stromkreis, und der Elektrifizierungsgrad von Körpern ist die GrößePotenzial genannt. Um das Verständnis der sogenannten Spannung zu vereinfachen, können Sie diesen Wert als Potentialdifferenz zwischen Objekten betrachten.
Hydraulisches Modell
Das Verfahren zum Erhalten von Ladungen in Materialien, die aneinander gerieben werden, ähnelt dem Befüllen eines Wassertanks in einer Höhe von einem freien Tank. Im Vergleich zum Spiegel eines Freibades kann der darüber liegende Wassertank als Energiespeicher betrachtet werden. Gravitationskräfte verleihen Wasser in einer Höhe das Potenzial, den Tank zu entleeren, wenn er drucklos ist. Wenn die beschriebenen Tanks durch ein Rohr verbunden sind, strömt das Wasser unter dem Einfluss der Schwerkraft darin, wodurch die durch die Voreinspritzung angesammelte Energie nach oben freigesetzt wird.
Wie eine unbewegliche Flüssigkeit in einem hohen Reservoir ist die in geriebenen Gegenständen gespeicherte Energie Potential genannt - es hat die Fähigkeit (Potenzial), durch die Bewegung von Elektronen entlang des Weges realisiert zu werden Dirigent.
Im Fall von statischer Elektrizität kann die sogenannte Spannung wie folgt ausgedrückt werden: Sie ist die Arbeitseinheit, die erforderlich ist, um eine Ladungseinheit von einem Ort zum anderen zu bewegen und eine Kraft zu überwinden, die versucht, die Potenziale im Gleichgewicht zu halten.
Ein Maß für die potentielle Energie (die erforderliche Arbeit) pro Ladungseinheit, um sie entlang eines Leiters zu bewegen, ist So sieht eine Beschreibung der Spannung als Definition für elektrische Ketten.
Die Liste der physikalischen Größen, die das Phänomen Stress beschreiben:
- Potenzialdifferenz - gemessen in Volt (V);
- elektrische Ladung - Coulomb (C);
- Arbeite daran, die Ladung zu bewegen - Joule (J).
Bei Stromkreisen mit galvanischer Stromversorgung, Wechselspannungsnetzen oder elektrostatischen Phänomenen gibt es keinen Unterschied in der Messung der elektrischen Spannung. In allen Fällen wird der Indikator als Potentialdifferenz betrachtet und in Volt bestimmt. Die Maßeinheit kann wie folgt dargestellt werden: 1V = 1J / 1C. Ein Spannungsmessgerät wird als Voltmeter bezeichnet.
Schaltungsmessungen
Die Energie im externen Kreislauf wird durch eine Quelle erzeugt, die als Pumpe fungiert (analog zu Wasserreservoirs). Sie wird zwangsweise durch das Wirken eines elektrischen Feldes im inneren Stromkreis infolge der Umwandlung chemischer Reaktionen in galvanischen Zellen oder mechanischer Energie in Generatoren bereitgestellt.
In externen Stromkreisen erfolgt die Ladungsbewegung auf natürliche Weise zwischen den Potentialen und wird von Energieverlusten begleitet, um diese Bewegung zu gewährleisten.
Dabei muss die Konstantstromversorgung kontinuierlich die notwendige Energie liefern, um die Differenz zu halten Potenziale an den beiden Enden des externen Kreislaufs, wodurch ein hoher elektrischer Druck entsteht (analog zu hydraulischen Beispiel).
Während die Ladung durch die äußere Schleife wandert, kollidiert sie mit verschiedenen Schaltungselementen, von denen jedes eine Energieumwandlungsvorrichtung ist. Dies können Glühbirnen, Motoren, Heizelemente sein. Beispielsweise wird bei einer Glühlampe die Energie des elektrischen Potentials in Licht und Wärmestrahlung umgewandelt. Somit tritt ein potentieller Verlust auf, dh er ist vor und nach der Last (Lampe) unterschiedlich. Der Verlust von elektrischem Potenzial beim Durchgang durch die Elemente der Schaltung wird als Spannungsabfall bezeichnet. Dies ist einer der wichtigsten Indikatoren zur Überwachung des Betriebs von Geräten in einem Stromkreis.
Die Liste der Grundgesetze und Formeln der elektrischen Spannung, die das Phänomen in Schaltkreisen beschreiben, sieht wie folgt aus:
- Die Formel zur Berechnung der Spannung: U = A / q, wobei q die Ladung (C) ist, A die Arbeit der Ladungsübertragung (J).
- Ohmsches Gesetz: U = IR, wobei I der Strom im Stromkreis ist, R der Widerstand des Leiters, an dessen Enden die Spannung gemessen wird.
- Potentialdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Schaltungselementen: U = U1 + U2 + U3 +… + Un.
Es ist wichtig, das zu verstehen Spannung kann in keiner Weise ein Maß für Strom sein. Potentialdifferenz und elektrischer Strom sind zwei fast unzusammenhängende Phänomene. Theoretisch ist es möglich, durch Kurzschließen im Vakuum einen spannungsfreien Strom zu erzeugen, und ein gewöhnlicher geladener Kondensator kann als Gegenbeispiel dienen. Die Annahme, dass Strom Spannung hat, ist ein weit verbreiteter Irrtum. Es lohnt sich, daran zu denken, die Physik der beschriebenen Phänomene zu verstehen.
