Я учусь на курсе физики в последнем классе старшей школы, и я нахожу электричество и магнетизм концептуально сложными.
Везде в интернете написано, что разность потенциалов - это разность электрических потенциалов (да). Я понимаю это как «количество работы, необходимое для перемещения положительного тестового заряда из одной точки в другую».
Однако я не понимаю, как разность потенциалов вызывает ток.
Во многих контекстах источники будут выглядеть примерно так: «Разница потенциалов вызывает ток». Например, изучая закон Фарадея, мы узнали, что изменение магнитного потока вызывает разность потенциалов и, следовательно, ток.
Но почему разность потенциалов вызывает ток? Как величина работы, необходимой для перемещения положительного пробного заряда между двумя точками, вызывает ток? Я неправильно понимаю что-то фундаментальное?
Разность потенциалов вообще не вызывает тока. Он вызывает ток только для определенного класса материалов, называемых проводниками. Для других материалов, таких как изоляторы или диэлектрики, разность потенциалов не вызывает тока, и, конечно же, разность потенциалов не вызывает тока в вакууме.
Проводники характеризуются наличием носителей заряда, которые очень слабо связаны с объемным материалом. Это означает, что они могут свободно двигаться, когда на них действует сила. Разность потенциалов означает, что существует поле E, которое действует на носители заряда, и они двигаются в ответ на эту силу.
Одна хорошая аналогия:
Возьмите два ведра, одно на расстоянии 10 метров, а другое на земле. Теперь налейте воду в верхнее ведро. Если их соединить какой-нибудь трубой, то вода сразу потечет в сторону нижнего ведра, верно? Поток будет продолжаться до тех пор, пока в верхнем ведре есть вода.
Это связано с тем, что вода в верхнем ведре имеет более высокую потенциальную энергию, определяемую соотношением PE=mgh. Когда он течет вниз, из формулы мы видим, что его потенциальная энергия падает до нуля (поскольку h=0).
Отсюда делаем вывод, что вода всегда предпочитает находиться ближе к земле и при любой возможности будет спускаться вниз. Это факт природы, а также общепринятый опыт.
Итак, мы говорим что-то вроде «в случае разницы в потенциальных энергиях между любыми двумя точками (не обязательно принимая одну точку за землю), вода обязательно будет течь, если между этими точками есть трубное соединение».
Затем, чтобы предсказать , будет ли поток воды между двумя точками, мы просто спрашиваем: «Каково положение двух ведер?» из которого мы можем рассчитать «Разницу потенциалов» и сделать вывод, будет ли течь вода или нет.
В электрических цепях разность потенциалов обеспечивается аккумулятором (отрицательные заряды на отрицательном полюсе имеют более высокую потенциальную энергию и движутся к положительному полюсу, теряя при этом свою избыточную энергию), а провод — это труба.
Анкит