Как резистор «знает», чтобы увеличить разность потенциалов на его концах?

В моей книге говорится, что ток должен быть постоянным в простой последовательной электрической цепи, состоящей из проводов, ячейки и нескольких резисторов, и, следовательно, резисторы имеют более высокую разность потенциалов на них, чем остальная часть провода с более низким сопротивлением.

Откуда схема «знает», что она должна поддерживать постоянный ток? Откуда он знает, что должен увеличить разность потенциалов на нем? Я знаю, что разность потенциалов в цепи — это энергия, рассеиваемая на сопротивлении, и чем больше сопротивление, тем больше разность потенциалов из-за закона Ома. Но почему ток не просто течет через резистор, испытывает такую ​​же разность потенциалов, как и любые другие две точки в цепи с более низким сопротивлением, а это означает, что через нее будет протекать меньший ток?

@JunSeo-He Я думаю, что ячейка - это источник напряжения. Я говорю о простой электрической последовательной цепи.
@JunSeo, ты неправильно понял, я спрашиваю, откуда сопротивление знает, что между его концами должно быть более высокое напряжение, чем у провода, к которому оно подключено (провод) имеет более низкое напряжение из-за меньшего сопротивления. Пожалуйста, перечитайте мой вопрос еще раз, я знаю, что ток в общей цепи падает из-за эквивалентных сопротивлений и прочего.
Откуда свеча «знает», что загорится, если поднести к ней спичку? Как яйцо «узнает», что оно готово, если положить его на горячую сковороду? Откуда камень «знает», что он упадет на землю, если его отпустить? Ни одна из этих вещей не является результатом сознательного решения.
Откуда водопад знает, что уровень воды ниже?
Откуда ваш кран «знает», что он льет тот же объем воды, что и поступает в него из водопровода?
Резистор ничего не «знает» о напряжении, т.е. об электрической энергии. Сопротивление R является физическим свойством элементов и минеральных соединений, а закон Ома вводит в заблуждение в этом отношении, например, 1 E=IXR, если вы предполагаете, что I постоянна, поскольку R -> бесконечность V должна стремиться к бесконечности 2 I=E/R, но уравнение 2 состояния, когда R приближается к бесконечности, я приближаюсь к нулю, поэтому нельзя предполагать, что я постоянен. Вам не нужно ничего знать о законе Максвелла (которые представляют собой связанные дифференциальные уравнения физики на уровне колледжа)) чтобы понять ЗАКОН Ома = простая алгебра средней школы

Ответы (5)

а) «Как схема «узнает», что она должна поддерживать постоянный ток?»

Если бы ток (скорость потока заряда) не был одинаковым по всей цепи, то электрический заряд накапливался бы в какой-то точке или точках. Это не могло продолжаться долго, потому что накопленный заряд (скажем, отрицательный) предотвратил бы (путем отталкивания) дальнейшее присоединение заряда к куче. Через очень короткое время после замыкания цепи ток будет одинаковым по всей цепи, поэтому заряд, поступающий в сегмент проводника в секунду, будет таким же, как и заряд, покидающий его.

Этот установившийся ток будет определяться pd, обеспечиваемым источником питания, и сопротивлением цепи. [Вы, кажется, довольны этим.]

(b) «Как [схема] узнает, что она должна увеличить разность потенциалов на [компоненте с более высоким сопротивлением]?

На мой взгляд, это достаточно глубокий вопрос – если вы не хотите, чтобы вам просто сказали, что В "=" я р . Я полагаю, что ответ примерно такой... Когда я говорил в (а) о накоплении заряда, я не говорил, что геморроидальные узлы исчезли, а только то, что они самоограничиваются. Я думаю, что (поверхностные) заряды на проводнике ответственны за разные pds в разных компонентах. Но мы находимся на территории, на которую отваживаются немногие, и меньше всего авторы учебников.

Несмотря на антропоморфную формулировку, я думаю, что вопросы типа "Откуда объект Х знает, что делать?" может быть стимулирующим. Другой мой любимый вопрос: «Откуда вес, свисающий с точки линейки, сбалансированной на точке опоры, знает, как далеко находится другой груз?»
На мой взгляд, если мы признаем, что неодушевленные объекты могут выполнять вычисления и расчеты (если вы читаете это, велика вероятность, что вы уже принимаете это), я не думаю, что скачок далек от признания того, что они могут «знать», как делать вещи «правильно». «Хочу» (как, скажем, динамические системы хотят быть в состоянии с наименьшей энергией) хуже, но у меня все еще нет серьезных проблем с этим. Пока это (явно или неявно) понимается, что это антропоморфизм.
@PhilipWood Я согласен с вашим комментарием. Однако можно сойти с ума, если спросить, как вода находит самую низкую точку. Тенденция Вселенной следить за тем, чтобы все в ней ненавидело энергию и желало бы свести ее к минимуму, — это урок, который необходимо усвоить. В конце концов, это стрела времени и энтропии.
Это похоже на то, как вода в контейнере «знает», что ее уровень везде одинаков. Это просто самая стабильная конфигурация.
@StianYttervik Да, дело не столько в том, что вселенная ненавидит энергию. Дело в том, что энтропия имеет тенденцию к увеличению, и существует больше способов распределения энергии в окружающей среде (большом резервуаре), чем в нашем маленьком кувшине с водой. Так что, по крайней мере, при низкой температуре (для kT << энергии волнистости воды) наша система сбрасывает любую доступную энергию в резервуар.
@WaterMolecule Это вещи во вселенной, которые ненавидят энергию. Мне нравится это упрощение, оно работает практически в любой ситуации — как будет развиваться будущее? вещи попытаются свести к минимуму свою энергию, если смогут. Будь то электрическое, гравитационное, кинетическое или химическое. То, что соответствующий термодинамический атрибут называется энтропией, — это просто номенклатура.
@StianYttervik «вещи попытаются минимизировать свою энергию, если смогут», и таким образом родилась гамильтонова механика?
@StianYttervik Энтропия — это не то же самое, что энергия. Масса-Энергия является сохраняющейся величиной, как и множество других величин; между тем, энтропия кажется теоретико-информационной и не сохраняется. Стрела времени кажется почти полностью энтропийной; эта энтропическая стрелка часто заставляет Энергию постепенно «распространяться» (например, Тепло). Уравнения энергии в физике симметричны во времени; Уравнения энтропии - нет. Так что я не понимаю ваших претензий. Вполне вероятно, что вы понимаете физику лучше меня, что вы пытаетесь сказать?
Формулировка «тогда электрический заряд накапливался бы в какой-то точке или точках» хороша, но автор пишет об электрическом заряде, который люди не видят, и поэтому его трудно понять. Представьте себе длинный водный канал, в данном случае круговой, где вода течет за счет насоса (источника), на участках одинаковой ширины скорость воды одинакова. Более широкий канал, более медленный поток, более узкий канал, более быстрый поток. Как водопад (вертикальный отрезок канала) «узнает» обеспечить разность потенциалов? Это водопад, в его природе заложена разница больше, чем горизонтальный сегмент/канал.
@Barmar, PhilipWood, для механических систем способ, которым система «знает», где достичь равновесия, заключается просто в том, что в любом неравновесном положении есть чистая сила (и / или чистый момент), которая толкает систему к равновесию (и как именно то, что происходит, это динамика). Как вы знаете.

Я полагаю, что вы задали заглавный вопрос наоборот и игнорируете определение сопротивления. Сначала рассмотрим сопротивление.

Сопротивление простого резистора представляет собой отношение поглощения энергии на заряд к скорости потока заряда, т. е. разность потенциалов/ток. Но вы это знаете. Концептуальная разница, однако, заключается в том, что резистор ничего не «знает». Он поглощает энергию, и чем быстрее вы проталкиваете через него заряд, тем больше энергии на один заряд он потребляет. Кроме того, резисторы не могут потреблять больше энергии, чем вводит в поле исходная ячейка.

Теперь вопрос, который вы зададите позже, лучше, но схема тоже не «знает». Это просто вопрос того, как работает физическая вселенная. Равные токи через каждый последовательный резистор обусловлены сохранением заряда из-за калибровочной инвариантности электромагнитного поля , которое управляет цепью. В основном, уравнение непрерывности заряда,

∂ р ∂ т + ∇ ⋅ Дж → "=" 0 ,
говорит нам, что если нет накопления заряда (изменение во времени плотности заряда, р ) пространственная производная плотности тока должна быть равна 0. Поскольку резисторы не накапливают заряд, ток через последовательные резисторы должен быть одинаковым. Вы можете разработать уравнение неразрывности из уравнений Максвелла.

Когда напряжение в цепи изменяется, это изменение распространяется по цепи. В течение очень короткого промежутка времени напряжения и токи будут колебаться, и ток может даже различаться вдоль проводника. Но быстро напряжения и токи найдут равновесие в соответствии с различными параметрами цепи (такими как сопротивления и напряжения источников питания). При этом выполняются законы электричества (законы Кирхгофа и Ома).

Вы имеете в виду эффекты линии передачи. Такие вещи, как отражения, колебания, звон и скачки напряжения, которые возникают всякий раз, когда в цепи происходят изменения/переходные процессы. Это включает в себя такие вещи, как подключение питания к цепи устойчивого состояния постоянного тока.

Эти сигналы нестационарного состояния, отражающиеся между компонентами схемы, фактически представляют собой различные части схемы, взаимодействующие друг с другом для достижения равновесия.

Откуда схема «знает», что она должна поддерживать постоянный ток?

Когда в учебниках физики говорится о том, как работает электричество, они, как правило, говорят о том, как работает стационарное электричество, хотя часто это предположение прямо не указывается. Все компоненты реальной электроники имеют некоторую емкость, поэтому при изменении напряжения будет разница в токе, но эта разница будет длиться миллисекунды. Как только равновесие будет достигнуто, ток будет одинаковым во всей цепи, потому что в противном случае возникнет накопление заряда.

Помните, что ток в одном бите схемы равен току в следующем бите. Если от резистора исходит меньший ток, то часть цепи после резистора должна будет иметь меньший ток (если только он ранее не накапливал заряд, который разряжается). Одной из аналогий электричества является вода. Количество воды, протекающей через один участок трубы, должно быть равно расходу через следующий. Вы не можете заставить воду появиться из ниоткуда.

Откуда он знает, что должен увеличить разность потенциалов на нем? [...] и чем больше сопротивление, тем больше разность потенциалов по закону Ома

Вы можете записать закон Ома как В "=" я р , но это несколько вводит в заблуждение, так как напряжение не вызвано сопротивлением или током. Ток обусловлен напряжением, а сопротивление определяет его величину. Вы формулируете это так, как будто большее сопротивление вызывает большее напряжение. Это не так. Резистор не увеличивает разность потенциалов на нем, он реагирует на разность потенциалов, которую создает ЭДС. Запись закона Ома в виде я "=" В / р во многих отношениях менее вводящая в заблуждение форма, поскольку она лучше представляет причинно-следственную связь. Например, в цепи, управляемой батареей, батарея обеспечивает разность напряжений. Это приводит к тому, что на резисторе возникает разность напряжений, и чем выше сопротивление, тем меньше ток течет. Вы не можете уменьшить напряжение, уменьшив ток.

Как резистор «знает», чтобы увеличить разность потенциалов на его концах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v