Почему падение напряжения на идеальном проводе равно нулю?

У меня возникли проблемы с осмыслением, почему падение напряжения между двумя точками идеального провода (т.е. без сопротивления) 0   В . Используя закон Ома, уравнение такое:

В "=" я р В "=" я ( 0   Ом ) В "=" 0

Однако концептуально я не понимаю, почему между этими двумя точками нет изменения энергии.

Насколько я понимаю, электрическое поле этой цепи создает силу , действующую против часовой стрелки и параллельную проводу, которая непрерывно действует на электроны , когда они движутся по проводу. Таким образом, я ожидаю, что изменение энергии будет равно работе .

Падение напряжения — это разность потенциальной электрической энергии на кулон, поэтому оно должно быть больше, чем 0   В :

Δ В "=" Δ Дж С Δ Дж > 0 ∴ Δ В > 0

Например, предположим, что у меня есть простая схема, состоящая из 9   В батарея последовательно с 3   к Ом резистор:

Простая электрическая схема резистора на 3 кОм последовательно с 9-вольтовой батареей

Если длина от точки 4до точки3 5   м , я бы ожидал следующее:

Вт "=" Ф ⋅ г Вт "=" Δ Е Ф > 0 г "=" 5 > 0 ∴ Вт > 0 ∴ Δ Е > 0

Поскольку работа положительна для любого данного заряда, изменение энергии для любого данного заряда положительно , поэтому падение напряжения должно быть положительным . Тем не менее, по закону Ома это 0   В так как провод имеет пренебрежимо малое сопротивление.

Где ошибка в моей логике?

Не забывайте, что электрическое поле ускоряет электрический заряд. Если бы на самом деле существовало электрическое поле, постоянно действующее на электроны в идеальном проводнике, электрический ток непрерывно увеличивался бы , поскольку электроны непрерывно ускорялись бы.
Означает ли это, что работа 0 во всей цепи, так как скорость электронов остается постоянной?
Нет, и я не уверен, как вы могли сделать такой вывод из моего комментария. Электрическая мощность (временная скорость изменения работы) есть произведение напряжения и силы тока. Поскольку напряжение на идеальном проводе равно нулю, при любом токе с проводом связана нулевая мощность . Но напряжение на резисторе или батарее не равно нулю, поэтому с этими элементами схемы связана мощность.
Возможный дубликат: physics.stackexchange.com/q/8675/2451 и ссылки в нем.
Если электроны, движущиеся по проводу, не испытывают трения, то вам не нужно совершать над электронами никакой работы, чтобы поддерживать их движение с постоянной скоростью (первый закон движения Ньютона). Таким образом, постоянный электрический ток может протекать по идеальному проводнику без падения напряжения.
как насчет работы, совершаемой электрическим полем для ускорения электронов?
@jabirali Но в терминале есть разница потенциалов. Разве терминал не должен ускорять эти электроны?

Ответы (2)

Главное, что в идеальном проводе НЕТ электрического поля. Итак, на электрон не действует сила, и, следовательно, над ним не совершается работа (пока он находится в идеальном проводе).

Это восходит к определению идеального проводника (которым является идеальный провод). В идеальном проводнике нет электрического поля. Вместо этого заряды (имеющие бесконечную подвижность) перестраиваются на поверхности проводника таким образом, чтобы полностью нейтрализовать любое внутреннее поле.

Итак, единственные поля в вашей схеме будут 1) в батарее и 2) в резисторе.

Я также должен добавить, что это связано с приближением провода к «идеальному». Реальный провод имеет некоторое сопротивление, или, что то же самое, его заряды не переупорядочиваются идеально, чтобы полностью нейтрализовать внутреннее поле.

Я не знал, что электрические поля компенсируются. Ваш ответ, кажется, имеет смысл, но у меня проблемы с визуализацией обвинений. Не могли бы вы объяснить, как расположение зарядов различается при наличии и отсутствии сопротивления.
Думайте о проводе как о горизонтальном цилиндре. Если вы приложите электрическое поле, направленное влево, электроны в проводе будут двигаться вправо, так что в конечном итоге они будут собираться с правой стороны, а с левой будет дефицит электронов. Это распределение заряда (положительное слева, отрицательное справа) создает собственное поле, направленное вправо, которое работает против вашего приложенного поля. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока внутри проводника не останется чистого поля; равновесие достигается, когда поля больше нет, и, следовательно, электроны не испытывают результирующей силы.
Теперь я понимаю, что вы имеете в виду под идеальным дирижером. Однако есть ли причина, по которой существует результирующая сила, когда присутствует сопротивление из-за противодействующей силы протонов? Кроме того, если есть результирующая сила, почему нет ускорения, как указывает Альфред Центавр?
Причина сопротивления материалов - очень сложная тема (поэтому ее просто замалчивают, называя провод "идеальным" или сводя все к одному значению "сопротивления"). Сопротивление в проводе возникает не из-за того, что электроны отскакивают от ядер; квантовая механика делает вещи более интересными. Я хотел бы объяснить больше, но нет места в комментарии. Поиск «примесного рассеяния» и «фононов»; это два основных виновника электрического сопротивления в обычном проводе.
Кроме того, в ответ на комментарий Альфреда Центавра, даже если внутри материала есть поле (как в резисторе и батарее), электрон на самом деле не ускоряется вечно. Причиной является его взаимодействие с материалом, вызывающим сопротивление. В материале с ненулевым сопротивлением электрическое поле создает для электронов среднюю постоянную скорость; это содержание Закона Ома.
Я думаю, что я получил это сейчас! Таким образом, в идеальном проводнике силы уравновешиваются, заставляя электроны двигаться с постоянной скоростью, в то время как в неидеальном проводнике есть результирующая сила, ускоряющая электроны, но сопротивление вызывает различные «столкновения» и другие явления, которые в конечном итоге приводят к со средней постоянной скоростью (т.е. дрейфовой скоростью).
Я думаю, что это лучший способ думать об этом. Сложность в том, что когда вы начинаете спрашивать, «что на самом деле ТАКОЕ сопротивление», вам нужно использовать квантовую механику, а «сила» — не очень хорошая концепция. Итак, мое резюме было бы таким: «в идеальном проводнике нет чистого электрического поля, а в неидеальном проводнике есть чистое электрическое поле, но силе этого поля противостоит «сила» из-за сопротивление." Это помогает?
Да, спасибо, теперь я концептуально понимаю эту идею, хотя все еще осознаю, что для более глубокого понимания того, что на самом деле происходит, потребуется выйти за рамки ньютоновской модели.
Что двигает электроны в резисторе? Некоторые электроны перестраиваются, чтобы нейтрализовать поле, а те, что остались, продолжают двигаться с постоянной скоростью, а затем попадают в резистор?
@ Зейн Беквит, даже у меня был тот же вопрос, на который вы очень хорошо ответили, но у меня есть другой вопрос. Если в резисторе есть электрическое поле, то, когда электрон движется по нему, 1. Потенциальная энергия электрона теряется 2. Энергия теряется из-за столкновения электронов и т. д. Теперь, когда я изучал, я увидел, что тепловыделение резистора - это просто потеря потенциальной энергии электрона на резисторе. Как мы можем приравнять эти два?
Электрические поля уравновешиваются в проводнике, который находится в ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНОМ. Проводник с приложенным потенциалом НЕ является эквипотенциалом.

Ф не больше 0 в идеальной проволоке, подумайте о «поверхности без трения», если это поможет. В этой идеализации считается, что электроны перемещаются от 4 к 3 без усилий... Поэтому нет необходимости ссылаться на какие-либо энергетические потери.

Если это не нравится, вам нужно отказаться от идеализации и рассмотреть удельное сопротивление, а затем вы можете применить более физический случай...

Если вы настроены философски: «В идеализации нет провода».

но если провода нет, то на двух клеммах есть разность потенциалов
Почему падение напряжения на идеальном проводе равно нулю?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v