Почему напряжение описывается как потенциальная энергия на заряд?

Напряжение часто называют электродвижущей силой, поскольку оно вызывает поток заряда. Однако он описывается в терминах джоулей на кулон или потенциальной энергии на заряд.

Вопрос: Как потенциальная энергия, связанная с зарядом, способствует его влиянию на поток заряда?

Высокое напряжение или высокая электродвижущая сила вызывают большой ток. Таким образом, это означает, что заряд с высоким PE вызовет большой ток. Мне кажется, это не имеет смысла. Почему потенциальная энергия влияет на ток?

Я знаю объяснение градиента PE, но для меня это не имеет смысла. В большинстве случаев диффузии есть объяснение, почему это происходит: частицы диффундируют от высокой концентрации к низкой ИЗ-ЗА случайного движения частиц. Вещи падают с высокого на низкий гравитационный PE ИЗ-ЗА силы гравитации.

Вопрос: Заряд перемещается от высокого PE к низкому в цепи, но почему? Что является движущей силой?

Ответы (5)

На самом деле напряжение – это разность потенциальной энергии на единицу заряда. В частности, напряжение между двумя точками A и B представляет собой разницу между тем, сколько PE будет иметь единица заряда в точке A, и сколько PE будет иметь единица заряда в точке B. Важно всегда помнить о двух моментах, говоря о напряжении: так как технически бессмысленно говорить о напряжении в одной точке.

Теперь вы, вероятно, знаете, что разница в потенциальной энергии на единицу заряда между двумя точками связана с градиентом потенциальной энергии на единицу заряда между этими точками.

В Б − В А ≡ Δ В Б А "=" ∫ А Б ∇ → В ( Икс → ) ⋅ г Икс →
где В потенциальная энергия на единицу заряда (также известная как «электрический потенциал»), Δ В — напряжение, а интеграл — линейный интеграл вдоль пути от А до В. Итак, градиент В здесь физически то же самое , что и электрическое поле. И, как вы, наверное, знаете, когда заряд помещается в электрическое поле, поле заставляет его испытывать силу. Эта сила именно − д ∇ → В ( Икс → ) .

Учитывая путь, если разница Δ В Б А велик, то где-то на пути будет большой градиент, следовательно, большое электрическое поле, которое вызывает большую силу, толкающую заряженные частицы из точки А в точку В, что, в свою очередь, заставляет частицы ускоряться и двигаться быстрее, производя большее текущий.

Подразумевается, что не потенциальная энергия (или напряжение в точке, или электрический потенциал в точке) заставляет электрон двигаться. Это градиент этих величин.
Я слышал об этом градиентном объяснении раньше, но мне кажется, что его недостаточно, потому что у всех других примеров диффузии есть объяснение того, почему они происходят. Диффузия частиц происходит по мере того, как большая масса частиц постепенно отделяется ИЗ-ЗА случайного движения частиц. Уменьшение PE объекта происходит, когда он падает на землю ИЗ-ЗА силы гравитации. Я знаю, что в цепи заряд движется от высокого PE к низкому, но ЗАЧЕМ? Я знаю о диффузии, но в большинстве случаев существует объяснение того, почему она происходит, а не просто указывается как единственная причина события.
@PeterBlood Gravity — близкий аналог. Вы говорите, что предметы падают из-за силы тяжести. Ну, заряды двигаются за счет электрической силы , что очень похоже. Ф → г "=" − ∇ → В г , Ф → Е "=" − ∇ → В Е ,
@PeterBlood Я отредактировал ответ, посмотрим, поможет ли это.
@ DWade64 Спасибо, что поймали это. Я отредактировал, чтобы решить первую проблему, но я думаю, что рассмотрение вопроса о том, что сам потенциал относится к контрольной точке, слишком усложнит ответ. Я просто старался не включать ничего, что подразумевало бы обратное.
О, да, ты прав. Я действительно больше думал о величине, когда писал это, но позвольте мне это исправить.

Потенциальная энергия — это просто способ сказать, в какую сторону действует сила. Вот почему сила всегда толкает от высокой потенциальной энергии к низкой.

Представьте мяч на полке. Существует много гравитационной потенциальной энергии. Если бы это было на земле, потенциальная энергия была бы запасена меньше. А мячик хочет упасть как можно ниже - мог бы он скатиться с полки и вниз, тогда бы так и было.

Причина в том, что есть сила, тянущая вниз. От точек с более высокой потенциальной энергией к более низкой. Это всегда так.

В электрических цепях, если полная электрическая сила в точке тянет влево, то потенциальная энергия ниже, когда заряд движется влево.

Другими словами: потенциальная энергия — это просто еще один способ сказать о том, сколько сил притягивает. Это еще один способ указать, в какую сторону будет перемещаться материал, если это разрешено.

Причина для определения того, что называется потенциалом , как потенциальной энергии на заряд, — это просто более простой способ сравнить разные точки. Таким образом, напряжение — это название разности потенциалов.

Просто справляйтесь с напряжением и гравитацией одинаково. «Сила напряжения» — это электростатическая сила, а «статическое электричество» управляет током в цепи. Всякий раз, когда напряжение отлично от нуля, у нас есть статическая электрическая сила на любые электроны в проводах.

Один из способов понять это: использовать концептуальный подход с «альтернативным ментальным набором инструментов», где вольт не определяется как джоуль на кулон. Вместо этого определите Джоуль с точки зрения Вольтов и Кулонов.

В этом случае любая измененная энергия системы пропорциональна переносу небольшого заряда Q через разность потенциалов V. Другими словами, движение небольшого заряженного объекта против потенциального холма является причиной потенциальной энергии. Зная картину напряжения в пространстве, мы можем рассчитать PE любых движущихся зарядов. Обычно это демонстрируется «зарядкой» конденсатора с параллельными пластинами: заряды берутся с одной пластины и заставляют их преодолевать электростатическое отталкивание, перемещая их на другую пластину, которая вводит энергию в конденсатор.

Но но... что же тогда означает "напряжение"?

В этом случае напряжение — это математическое понятие, называемое «Потенциалы». Он не определяется с точки зрения потенциальной энергии. Вместо этого это линейный интеграл потока электронного поля. Вместо этого это способ описания электронных полей, даже если пробные заряды не перемещаются, без потенциальной энергии, связанной с пробными зарядами. Электронное поле — это отдельная вещь, и оно все еще существует, даже когда все тестовые заряды удалены. Представьте себе электронное поле, висящее в пустом пространстве.

Мы можем рассматривать поля как состоящие из тонких волокон, «силовых линий» или линий потока. Но мы также можем рассматривать поля как состоящие из эквипотенциальных плоскостей, как сложенные стопкой страницы книги. Если поток — это группа воображаемых линий в электронном поле, то что такое потенциалы? Это воображаемые сложенные слои электронного поля. Любой подход верен, и эти мембраны напряжения столь же «реальны» и важны, как и силовые линии. Мы обычно описываем электронные поля в терминах линий потока, потому что их легко рисовать на плоской бумаге, тогда как потенциальные плоскости представляют собой сложные трехмерные объекты. (Обратите внимание, что линии потока всегда перпендикулярны эквипотенциальным плоскостям, через которые они проходят. Например, линии потока вокруг заряженной частицы радиальны, а эквипотенциальные слои вокруг той же частицы будут выглядеть как вложенные друг в друга сферы, как луковица.)

Что такое напряжение? Это отдельная концепция: «Потенциалы». Майкл Фарадей и Дж. К. Максвелл придавали большое значение этой математической концепции, когда остальная часть сообщества физиков избегала и отвергала ее. В конце концов, полей не существовало, а настоящие физики верили только в Мгновенное Действие На Расстоянии. Фарадей породил концепцию электромагнитных полей, но ее проигнорировали. Максвелл положил ее на прочную математическую основу, и, наконец, поля можно было рассматривать как настоящие физические сущности; странные предметы, висящие в пустом пространстве. Математическая концепция Потенциалов или «Напряжения» является одним из подходов к описанию этих сущностей.

Другими словами, напряжение не равно джоулю на кулон. Вместо этого напряжение является одной стороной электронных полей, когда отсутствуют бесконечно малые пробные заряды.

P.S. не убедили? Если нет, то спросите себя, могут ли магнитные потенциальные поля существовать в космосе, даже если никакие тестовые полюса не перемещаются для создания PE? И есть ли еще какая-то гравитация в пространстве над землей, даже когда никакие валуны не поднимаются (действительно ли гравитационные потенциальные поля состоят из джоулей на валун ? Что, если валуна нет?) Потенциальное поле все еще существует? над грязью, а Вольты так и висят в пустом пространстве между обкладками конденсатора. Ну, только если вы отвергнете убеждения физического сообщества до Максвелла о дистанционном действии и позволите полям иметь подлинное существование.

Заряды не обладают потенциальной энергией. Точнее говоря, система обладает потенциальной энергией. В электростатике вы должны различать потенциал, разность потенциалов и потенциальную энергию.

В первую очередь потенциальная энергия системы относится к количеству энергии, затраченной на сборку системы из бесконечности. Электрический потенциал в точке относится к изменению потенциальной энергии системы при переносе в эту точку единичного заряда. Разность электрических потенциалов в двух точках называется разностью потенциалов. То, что управляет током, - это разность потенциалов.

Во-вторых, в механике сила вызывается изменением потенциальной энергии (точнее, градиентом потенциальной энергии). Когда две точки имеют высокую разность потенциалов, а заряд переходит от высокого потенциала к низкому, происходит огромное уменьшение потенциальной энергии. Это вызывает большую силу на зарядах, поскольку сила пропорциональна градиенту потенциальной энергии и, следовательно, более высокому току.

Предположим, у вас есть положительно заряженная пластина в 10 кулонов и положительно заряженная пластина в 5 кулонов, тогда пластина с зарядом 10 кулонов будет иметь больший потенциал для притяжения или отталкивания ближайших зарядов, или вы можете сказать, что заряды имеют большую потенциальную энергию. в этом случае двигаться к или от пластины. Пластина с зарядом 10 Кл будет выделять больше энергии или энергии на кулон по сравнению с пластиной с зарядом 5 Кл на близлежащие заряды, и заряды будут двигаться быстрее к пластине с зарядом 10 Кл по сравнению с пластиной с зарядом 5 Кл, и ток, который вы знаете, равен скорость потока заряда.

Почему напряжение описывается как потенциальная энергия на заряд?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v