Электрический потенциал и скорость дрейфа электронов в цепи

Чему я научился с тех пор: (Скажи мне, если я ошибаюсь)

В цепях батареи обеспечивают разность электрических потенциалов (напряжение). Эта разница создает электрическое поле (над проводником или проводом), которое прикладывает силу к электронам. Это создает поток электронов по проводам, который называется током.

Другими словами, мы можем сказать, что батареи обеспечивают электроны потенциальной энергией, и эта энергия преобразуется в кинетическую энергию и течет по цепи, поэтому потенциальная энергия расходуется.

Я узнал также, что электрический потенциал электрона зависит от его положения в электрическом поле .

Взгляните на эту схему:введите описание изображения здесь

Вопрос 1: С точки а и точка б находятся в разных положениях в электрическом поле (созданном напряжением батареи). Почему они имеют одинаковый электрический потенциал? Почему нет падения напряжения?

Вопрос 2: Как я уже упоминал, потенциальная энергия электрона преобразуется в кинетическую энергию. Теперь, когда электроны проходят через резистор, почему происходит падение напряжения?

На Вопрос 2: я говорю, что падения напряжения нет, потому что, когда электроны текут в резисторе, в резисторе происходят некоторые столкновения, поэтому электроны теряют часть своей кинетической энергии, но из-за электрического поля электроны снова ускоряются и восстанавливают свою потерянную кинетическую энергию. , Так почему же происходит падение электрического потенциала или падение напряжения?

Вопрос 3: Мой последний вопрос о скорости дрейфа. Поскольку электроны находятся в электрическом поле, электрическое поле прикладывает к ним силу, поэтому они ускоряются ( Ф "=" м а ), значит их скорость дрейфа В д должно быть выше, следовательно, ток я также должно быть выше ( я "=" Н е В д А Вопрос е ).

Пожалуйста, я так запутался, и я не могу понять это.

Ответы (3)

А1. Идеальный проводник между a и b не имеет сопротивления. Разность потенциалов между точками — это работа, необходимая на единицу заряда для перемещения заряда между двумя точками. При отсутствии сопротивления не требуется никакой работы, чтобы преодолеть сопротивление. Подобно тому, как коробка на поверхности без трения может двигаться с постоянной скоростью без какой-либо силы и, следовательно, не требует механической работы. Так могут ли электроны двигаться с постоянной дрейфовой скоростью между точками нулевого сопротивления, не совершая электрической работы?

А2. Теперь представьте коробку на поверхности с трением. Чтобы ящик двигался с постоянной скоростью по поверхности, необходимо приложить постоянную силу, равную кинетической силе трения. Требуется работа, чтобы переместить ящик между двумя точками. Точно так же электрическая работа (напряжение, умноженное на перемещение заряда) требуется для перемещения заряда через сопротивление.

Хотя электроны ускоряются и замедляются в среднем, их скорость постоянна (скорость дрейфа). Но для их перемещения по-прежнему требуется работа, точно так же, как наш ящик движется с постоянной скоростью по поверхности с трением. Электрическая работа на единицу заряда представляет собой потерю потенциальной энергии в виде нагрева сопротивления. Так же, как работа по перемещению ящика приводит к нагреву от трения.

А4. Ответ A3 должен ответить на этот вопрос. Любая кинетическая энергия, полученная электронами, рассеивается в виде тепла в резисторе.

Надеюсь это поможет

Итак, электроны получают работу против сопротивления и теряют свой потенциал, а кинетическая энергия остается в среднем постоянной из-за ускорения и столкновений. Верно ли это?
Мохаммад, по сути, да, за исключением того, что я бы сказал, что электроны получают потенциальную энергию от батареи, а затем теряют ее, выполняя работу против сопротивления.
Eng.Bob D, еще один, пожалуйста. Когда цепь разомкнута, электроны на отрицательной клемме накапливаются и имеют нулевую скорость дрейфа, теперь, когда цепь замкнута, батарея обеспечивает электроны потенциальной энергией и ускоряет их (обеспечивает кинетическую энергию ) , Теперь, как долго батарея все еще ускоряет электроны?
Как только течет ток, электроны попеременно приобретают и теряют кинетическую энергию, поскольку они получают ее от электрического поля и теряют ее при столкновениях.
Приведу аналогию с гравитацией. Масса m имеет гравитационную потенциальную энергию mgh на высоте h над поверхностью земли. Если он падает, он теряет потенциальную энергию, но приобретает кинетическую энергию. Предположим, что на его пути было много объектов, сталкивающихся с It, так что каждый раз, когда он получал KE, он терял равное количество KE в столкновениях в виде тепла, так что его средняя скорость была постоянной. Конечным результатом является потеря PE за счет рассеивания тепла, как у нашего электрона в резисторе.
Я имел в виду вне резистора (в идеальном проводе), В идеальном проводе нет сопротивления, поэтому нет столкновений. Так как же электроны теряют свою кинетическую энергию (согласно вашему утверждению, что электроны ускоряются по цепи) ? > Извините за назойливость.
@MohammadAlshareef Прошу прощения, что не ответил раньше, но я только что увидел ваш комментарий. Для идеального провода (без сопротивления) электроны не потеряют своей кинетической энергии и продолжат ускоряться. Это как если бы электроны находились в вакууме с однородным и постоянным электрическим полем. Теоретически они будут испытывать постоянное ускорение, и их скорости будут увеличиваться до тех пор, пока они не начнут приближаться к скорости света, а затем вступит в силу специальная теория относительности. Надеюсь это поможет.

Q1 :Поскольку точка a и точка b находятся в разных положениях в электрическом поле

Точки (идеального) провода, соединяющие a и b, представляют собой эквипотенциальную «поверхность», т. е. внутри идеального провода нет электрического поля. Таким образом, точки a и b фактически находятся «в одной и той же точке» в электрическом поле.

Q2: Как я уже упоминал, потенциальная энергия электрона преобразуется в кинетическую энергию. Теперь, когда электроны проходят через резистор, почему происходит падение напряжения?

На резисторе возникает падение напряжения (разность потенциалов), потому что плотность заряда на одном выводе отличается от плотности заряда на другом выводе. Это должно быть так, потому что иначе поток заряда в резистор не был бы равен потоку заряда из резистора.

Q3: Мой последний вопрос о скорости дрейфа. Поскольку электроны находятся в электрическом поле, электрическое поле прикладывает к ним силу, поэтому они ускоряются (F = ma).

Верно, но также верно и то, что они сталкиваются с решеткой материала резистора, теряя часть KE. Вот почему резистор нагревается, когда через него проходит ток.

Я говорю, что падения напряжения нет, потому что, когда поток электронов в резисторе

Но эмпирически падение напряжения происходит независимо от того, что вы говорите .

В резисторе происходят некоторые столкновения, поэтому электроны теряют часть своей кинетической энергии, но из-за электрического поля электроны снова ускоряются и восстанавливают свою потерянную кинетическую энергию. Так почему же происходит падение электрического потенциала или падение напряжения?

Правильно, электроны покидают резистор с той же кинетической энергией (в среднем), с которой они входят. Но почему вы (1) признаете существование электрического поля через резистор, но (2) спрашиваете, почему существует разность потенциалов?

Разве разность потенциалов не определяется линейным интегралом электрического поля через резистор?

А Вы (1) признаете существование электрического поля через (2) вопрос, почему существует разность потенциалов? Я имею в виду, что есть напряжение из-за батареи, и есть электрическое поле из-за батареи, но я не понимаю, почему происходит падение напряжения из-за резистора. Б : Не могли бы вы объяснить, почему существует потенциальное падение? Я знаю, что есть потенциальное падение, НО ПОЧЕМУ? где, почему и как электроны теряют электрический потенциал? Пожалуйста, включите фотографии, если можете.
@MohammadAlshareef, боюсь, я не понимаю, почему ты этого не видишь. Поскольку вы согласны с тем, что через резистор существует электрическое поле, отсюда следует, что через резистор существует разность потенциалов. Вы даже утверждаете в своем вопросе, что должна быть разность потенциалов в разных точках электрического поля, поэтому я, честно говоря, в недоумении, почему вы считаете, что должна быть разность потенциалов между концами идеального провода (через который нет электрического поля), но нет разности потенциалов между концами резистора (через который возникает электрическое поле).
Ха-ха, я думаю, ты рассердился, Просто я глупый. Да, я считаю, что есть разница потенциалов, но я спрашиваю, почему? точно так же я верю, что вода падает с высоты, но почему? из-за гравитации.

Хорошо, я постараюсь пролить свет на ваши вопросы. Однако я не знаю, какие вещи знаете вы, поэтому постараюсь дать простые ответы.

Q1: Поскольку точка a и точка b находятся в разных положениях в электрическом поле (созданном напряжением батареи), почему они имеют одинаковый электрический потенциал, почему нет падения напряжения?

Причина в том, что мы считаем их идеальными проводами . Это означает, что они являются идеальными проводниками с нулевым сопротивлением.

Если бы это были настоящие провода, падение напряжения было бы крошечным. Вы можете рассчитать его значение:

В "=" я ⋅ р .

Но так как их сопротивление равно 0, то и падение напряжения равно 0. Поэтому работать с идеальными проводами хорошо.

На самом деле это означает, что не имеет значения, какой длины провод, поэтому вы можете использовать более длинные провода, более короткие провода или сгибать их и т. д. Это не повлияет на схему (пока они идеальны).

Тем не менее, когда вы настраиваете настоящую цепь, это настоящие провода, поэтому чем они длиннее, тем больше на них падает напряжение. Используйте короткие провода.

С настоящими проводами сложнее иметь дело. Вот почему мы обычно моделируем настоящие провода как идеальные провода + сопротивление, и это дополнительное сопротивление объясняет потери реального провода.

Q2: Как я уже упоминал, потенциальная энергия электрона преобразуется в кинетическую энергию. Теперь, когда электроны проходят через резистор, почему происходит падение напряжения?

Так вот, если аккумулятор вставляет разность напряжений, а провода ее не роняют, то падение должно происходить на резисторе.

В вопросе 2: я говорю, что падения напряжения нет, потому что, когда электроны текут в резисторе, в резисторе происходят некоторые столкновения, поэтому электроны теряют часть своей кинетической энергии, но из-за электрического поля электроны снова ускоряются и восстанавливают свою потерянную кинетическую энергию. энергия, Так почему же происходит падение электрического потенциала или падение напряжения?

Вы правы: кинетическая энергия не возникает из-за столкновений, поэтому сопротивления нагреваются.

Это не означает, что не может быть падения напряжения. Есть.

Грубо говоря, потенциальная энергия становится кинетической энергией. Но из-за столкновений вместо того, чтобы сильно ускоряться, они замедляются, пока не достигнут «установившейся» скорости, определяющей однородный поток. Это произведение равновесия между ускоряющей силой и столкновениями.

Убедитесь, что это также согласуется с сохранением массы и заряда: не может выйти больше, чем входит.

Это также отвечает на ваш Вопрос 3 , Я думаю. Надеюсь, это помогло. Вы можете сказать мне что-нибудь в комментариях.

Электрический потенциал и скорость дрейфа электронов в цепи
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v