Что вызывает изменение электрического поля на последовательных резисторах?

Так, например, если у нас есть более широкий и узкий провод одинаковой длины последовательно, поскольку v1A1=v2A2, в более узком проводе заряды будут двигаться с большей скоростью. Поскольку v пропорционально электрическому полю, это означает, что в узком проводе электрическое поле также будет больше. Таким образом, он будет иметь большее падение потенциала. Так что это довольно тривиально и напрямую связано с законом Ома. Мой вопрос в том, что именно «вызывает» это изменение электрического поля? Я уверен, что это довольно глупый вопрос, и, вероятно, лучший способ взглянуть на него — под другим углом, но я просто не вижу интуиции, стоящей за ним прямо сейчас.

В начале все это имеет одинаковое электрическое поле, но затем заряды начинают двигаться и искажать его. То, что вы описываете, является состоянием равновесия. Мы используем много расчетов равновесия в электронике.
Итак, как это происходит более подробно?
Это один из тех вопросов, которые звучат просто, но смоделировать их ужасно сложно! Замечу, что внутри проводника макроскопическое электрическое поле считается равным нулю - но это вызовет больше вопросов..
При приложении электрического поля наступает короткий момент, когда схема быстро создает заряды (как правило, они находятся на поверхностях). При изменении полей происходит постоянная модификация расположения зарядов с течением времени. Я обсуждал это в общих чертах здесь , здесь и здесь . Но вы должны прочитать хорошую, удобочитаемую книгу для студентов по физике: скажем, 4-е издание книги Чабая и Шервуда «Материя и взаимодействия».
Поскольку перераспределение заряда требует времени (они не могут быть мгновенными перераспределениями точно с нулевым временем), возникает задержка. К этому добавляется задержка, из-за которой изменяющиеся силы дальнодействующего электрического поля от этих мгновенно перестраивающих поверхностных зарядов затем «ощущаются» зарядами, движущимися в проводниках (в лучшем случае ограниченными скоростью света). Часть этой задержки можно легко смоделировать как ортогональную силу, которую мы называем магнитным полем.
Возьмите два (-) заряда в пустом вакууме, разделенные буквой «d». Между ними чувствуется сила. Один движется относительно другого, который мы принимаем за «неподвижный». Проходит время, прежде чем изменение положения движущегося заряда повлияет на другой заряд. Так что это не мгновенно. Если мы предположим, что электрическая сила является мгновенной (ньютоновской, а не эйнштейновской), то эта задержка из-за полевого эффекта порождает новую силу (которую мы можем сконструировать), называемую магнитным полем. Итак, электрические и магнитные поля Максвелла являются «классическими» или доэйнштейновскими. Полное рассмотрение всех деталей в твердом веществе довольно «сложно».

Ответы (2)

У вас есть выбор моделей.

Теория цепей скажет вам что, но не как и почему. Думайте о своем широком проводе как о нескольких тонких проводах, соединенных параллельно, предположим, что условия тока и напряжения одинаковы для каждого элементарного провода, и используйте формулы резистора, чтобы сложить их.

Теория дренажной трубы , также известная как гидравлическая аналогия, очень интуитивно понятна, но, конечно же, она касается совершенно другой системы, поэтому она не предлагает никаких «как» в том, что происходит с электричеством. Удивительно, как далеко вы можете продвинуть аналогию до того, как она сломается - с ее помощью можно «объяснить» потенциал, ток, силовое сопротивление, емкость, индуктивность, диоды, вы даже можете построить импульсный импульсный источник питания. Вам нужны только толстые и тонкие трубы, где расход и давление на них пропорциональны. Тонкая труба создаст больший перепад давления (также известный как потенциал) для того же расхода.

Модель Друде неточна, но вполне интуитивно понятна. Это работает для проводников и резисторов, но не заходите слишком далеко. Это классическая теория, поэтому она не описывает ничего, для понимания чего требуется квантовая механика, например зоны проводимости и запрещенные зоны. Он не говорит вам, как и почему что-либо, и это не очень хорошо для расчета того, сколько. Это не лучше, чем теория цепей для сложения параллельных сопротивлений.

Фундаментальная теория, которая вам нужна, — это квантовая электродинамика , хотя то, как фотоны движутся в цепях постоянного тока, мне не под силу. Возможно, вы бы спросили об этом в стеке физики. Интуитивно это не так, и, как и всякая физика, она расскажет вам, как рассчитать результаты, но не как и почему.

В контексте классической электродинамики это поверхностный заряд.

Сначала вы должны спросить себя: «Что заставляет электрическое поле следовать по пути и форме проводника?» Ну, это поверхностный заряд. Батарея создает электрическое поле рядом с собой, когда вы поместите проводник рядом с ней, не подключая его к батарее, свободный заряд в проводнике почувствует поле и изменит свое положение на поверхности проводника, чтобы создать электрический ток. поле внутри нуля. Это обычная электростатическая индукция.

Рассмотрим цилиндрический проводник сигма проводимости разного сечения. При подключении проводника к аккумулятору заряд изменит свою конфигурацию, чтобы поле внутри проводника соответствовало местному закону Ома j = сигма Е. Если решить уравнение Максвелла, добавив в уравнение непрерывности и щепотку закона Ома в его локальной форме вы обнаружите, что плотность заряда в системе будет зависеть от градиентов проводимости и проницаемости:

плотность заряда зависит от градиентов в сигма и эпсилон

Это означает, что вокруг цилиндра будут кольца заряда, которые будут формировать поле, следуя за проводником, и будут заряды на разрывах в сечении, чтобы поле «концентрировалось» или «разбавлялось» в зависимости от поперечного сечения.

В этой газете есть красивые картинки


Напряжение и поверхностные заряды: то , что
Вильгельм Вебер уже знал 150 лет назад

Это резистор из материала разной сигмы

резистор из другого материала

в этом случае другое поле вызвано поверхностным зарядом на границе раздела материалов.

разная сигма вызывает поверхностные заряды на границе раздела

(картинка из той же газеты выше).

В случае резистора, сделанного из того же материала, но другого сечения, у вас будет поверхностный заряд на поверхности, необходимой для изменения диаметра сечения. Эти заряды будут направлять линии поля внутрь меньшей секции. Sigma та же самая, но и j, и E будут расти. Когда вы интегрируете поле вдоль пути, вы обнаружите более высокую разность потенциалов.

Вот несколько ссылок, которые могут вас заинтересовать:

WGV Rosser
Что заставляет электрический ток «течь»
American Journal of Physics, vol. 31 нет. 11 ноября 1963 г.

Брюс А. Шервуд, Рут В. Чабай
Унифицированное рассмотрение электростатики и схем
Американский журнал физики
(вы можете найти его бесплатно в Интернете с помощью поиска Google. Кроме того, Чабай и Шервуд написали вводный учебник, который объясняет именно то, что вы хотите знать) .

Ян М. Сефтон
Понимание электричества и цепей: чего не говорят вам учебники
(Школа физики Сиднейского университета)
Семинар для учителей естественных наук, 2002 г.

и если вы хотите перейти к следующему рычагу, кто лучше, чем Джексон?

Джон Д. Джексон
Поверхностные заряды на проводах и резисторах цепи играют три разные роли
American Journal of Physics 64 (7), июль 1996 г.

Вам нравятся симуляторы?

Райнер Мюллер
Полуколичественный анализ поверхностных зарядов в цепях постоянного тока
Am. Дж. Физ. 80 (9), сентябрь 2012 г.
Американская ассоциация учителей физики

и не забудем бумагу Ефименко и его масличные демонстрации

Олег Ефименко
Демонстрация электрических полей проводников с током
American Journal of Physics 30, 19 (1962)
doi: 10.1119/1.1941887

(форматирование на этом сайте отстой!)

Спасибо всем, я не думал, что это так много, и я получу так много ответов. Я постараюсь понять их, лол.
Статьи из американского журнала физики не доступны бесплатно.
@Sredni Vashtar, не могли бы вы также объяснить, что произойдет, если мы подключим только один кусок провода только к одному концу батареи, скажем, к клемме + ve, Если бы на его поверхности был какой-то чистый положительный заряд, чтобы нейтрализовать электрическое поле из-за к батарее, то это будет означать, что положительный электрод батареи накопил часть своих электронов, поэтому он должен изменить разность потенциалов батареи, но во всех учебниках говорится, что батарея не накапливает заряды, почему они так говорят? нет никаких доказательств этому, точно так же, почему конденсатор всегда несет равные и противоположные заряды,,,,какие доказательства?
@ArunBhardwaj батарея смещает заряды на своих полюсах благодаря своим внутренним химическим реакциям. В разомкнутой цепи существует равновесие и количество зарядов дальше не идет. Если к положительному полюсу прикрепить кусок проводника, заряд, накопившийся на полюсе, быстро перераспределится по всей поверхности таким образом, что внутреннее электрическое поле станет равным нулю. Только когда вы замыкаете цепь на нагрузке, ток будет течь - в том числе благодаря внутренним реакциям в самой батарее.
@SredniVashtar Я все еще не совсем вас понял, я имею в виду, если батарея накопила некоторый отрицательный заряд, то она должна изменить свою общую разность потенциалов, верно ?? но во всех учебниках говорится, что разность потенциалов батареи всегда сохраняется из-за химических реакций, но в этом случае, как химические реакции могут поддерживать разность потенциалов, чистый отрицательный заряд все равно будет влиять на разность потенциалов батареи, поскольку химические реакции не могут нейтрализовать эти обвинения
@SredniVashtar также, если разность потенциалов батареи всегда сохраняется, то что на самом деле подразумевается под внутренним сопротивлением, например, в физическом выражении? Если есть внутреннее сопротивление, это означает, что здесь также будет накапливаться некоторый чистый заряд, например это происходит на проводах ... и изменит разность потенциалов батареи, но как это происходит внутри батареи, я не могу понять?
Что вызывает изменение электрического поля на последовательных резисторах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v