Почему заряды не теряют потенциал, когда они проходят через цепь, прежде чем достигнуть резистора?

Напряжение определяется как:введите описание изображения здесь

Учитывая схему:введите описание изображения здесь

Почему потенциал не падает от точки, находящейся на расстоянии от положительной клеммы батареи, до точки, которую я пометил. Я понимаю, что заряды теряют энергию в резисторах из-за межрешеточных столкновений, где ускорение, возникающее из-за теплового движения и смещения напряжения, преобразуется из кинетической энергии в тепловую энергию. Перед резистором сопротивлением можно пренебречь, поэтому скорость дрейфа будет высокой, а столкновения будут минимальными. Даже в этом случае, когда заряды перемещаются от положительной клеммы, электрическое поле будет сильным, и мы будем терять потенциальную энергию, когда будем двигаться в направлении поля. Так почему же тогда потенциал падает, когда мы движемся в направлении поля? Энергия, связанная с зарядом, существенно переведена из потенциальной в кинетическую энергию,

Я действительно ищу ответ на свой вопрос. Было бы весьма признательно, если бы мы рассмотрели основной вопрос, который я задаю, вместо побочного обсуждения! После первоначального ответа я поощряю сторонние обсуждения, если это необходимо!

« Перед резистором сопротивлением можно пренебречь, поэтому скорость дрейфа будет высокой… » Скорость дрейфа зависит от плотности тока, а не от сопротивления. Если площадь поперечного сечения мала, то для данного течения скорость дрейфа будет высокой. Если площадь поперечного сечения велика, то скорость дрейфа будет низкой.
Согласен, уравнение для скорости дрейфа, основанное на модели друда, утверждает, что это был не тот вопрос, который меня беспокоил.
Аааа, так вы говорите, что на стороне более высокого напряжения резистора будет накапливаться заряд, что по существу нейтрализует потенциал батареи? Затем этот заряд начнет стекать по резистору, и по мере того, как заряды уходят, а потенциал падает, добавляется больше заряда из-за поля E батареи?
@ Грант - «Даже если заряды перемещаются от положительного вывода, электрическое поле будет сильным, и мы будем терять потенциальную энергию, когда будем двигаться в направлении поля». Неверно - электрическое поле в проводе будет крайне низким. Как говорили другие, если бы поле было высоким, ток был бы чрезвычайно высоким.
@KevinWhite Разве ток не будет быстро перемещаться к поверхности резистора из-за поля, тогда, когда заряд накапливается на поверхности резистора, он работает как конденсатор, где заряд будет бороться с большим зарядом от накопления на поверхности, поэтому поле отменяется от анода к поверхности резистора?
@Grant «Материя и взаимодействия», 4-е изд., Chabay & Sherwood. Раздел 18.8 и далее (хотя его стоит прочитать и раньше).

Ответы (5)

Сопротивление в реальной цепи было бы намного выше, чем сопротивление подводящих проводов, поэтому основная часть электрического поля приходилась бы на резистор.

Теперь нам нужно добавить немного реальности. На схеме резистор представляет собой элемент с сосредоточенными параметрами, определяемый свойствами на его выводах. IRL, однако, это объем резистивного материала. Обычно два из трех измерений этого объема — ширина, а третье — длина.

Если вы возьмете какую-то часть этой длины, электрическое поле на ней будет меньше, чем на всем устройстве. Если одна сторона заземлена, разные части будут показывать разные потенциалы в зависимости от того, насколько близко они находятся к незаземленной клемме. Именно так работают аналоговые потенциометры — центральный вывод перемещается от одного конца постоянного резистора к другому, изменяя свой потенциал в зависимости от своего положения.

Таким образом, электрическое поле распределяется по контуру. Хитрость заключается в том, что большая его часть распределяется по резистивному элементу, а совсем немного по выводным проводам.

Как написано в комментарии ниже. Да, но почему в проводнике мало поля. Я определил ответ после некоторого чтения. Поле на границе резистора со стороны проводника и со стороны резистора различно. Закон Гаусса объясняет, что разница в электрическом потоке возникает из-за накопления поверхностного заряда на поверхности резистора. Проводник обладает такой высокой проводимостью, что легко перемещает заряды от анода к поверхности резистора, но накопление заряда на резисторе отталкивает дальнейший заряд, делая поле в перепадах проводника малым.
По мере прохождения заряда через резистор поле на поверхности уменьшается, и поэтому заряд будет стекать с анода на поверхность резистора. Поэтому это приводит к небольшому электрическому полю в проводнике перед резистором. Мысли по этому поводу?
Величина напряжения между двумя точками цепи пропорциональна доле общей силы, необходимой для создания тока. Чем выше сопротивление любого сегмента, тем больше силы требуется для проталкивания тока. Провода/выводы имеют низкое сопротивление, резистивный элемент выполнен с обеспечением определенного сопротивления, обычно намного выше, чем в проводах. Поэтому мм на мм электрическое поле на выводах намного ниже. Кстати, у резисторов нет анодов, вы можете сказать «положительный вывод» резистора, чтобы указать, что он считается более положительным.
Я имел в виду между батареей (анодом) и поверхностью резистора.

Представьте, что между источником и резистором ничего нет. Они все еще связаны, но между ними нет «цепи». Никакого сопротивления... не просто незначительное, а вообще никакого. В пространстве между источником и резистором не может быть ни потери потенциальной энергии, ни электрического поля, потому что между ними нет пространства.

Именно такая ситуация изображена на схеме. Мы рисуем источник напряжения и резистор немного в стороне друг от друга, потому что это упрощает понимание схемы, но фактически между двумя элементами находится идеальный проводник нулевой длины . Существует сильное искушение взять то, что вы знаете о реальных схемах, и наложить это на идеальную схему, но вы должны понимать, что схема — это просто представление теоретической идеальной ситуации... строгий математический анализ схемы.

На самом деле, у ОП есть правильное уравнение. Но чего ОП не понимает, так это того, что Е → очень, очень крошечный для каждого д Икс → вдоль провода. Вопрос ОП больше о физике, и я бы порекомендовал Matter & Interactions, 4-е издание, Chabay и Sherwood. Он охватывает именно этот пример (раздел 18.8, стр. 735 и след.). Существует также очень короткий период времени, когда такая цепь подключена, когда установившееся состояние еще не достигнуто. Об этом тоже стоит прочитать. (Также в книге.)
Купил книгу, именно то, что мне было нужно, спасибо @jonk! Если вы опубликуете это, я приму ваш ответ.
@Grant Это очень-очень хорошая книга, и я уверен, что она вам понравится. Он действительно пытается вызвать чувство интуитивного понимания и, я думаю, делает очень хорошую работу. Лучшая книга, которую я когда-либо видел, для кого-то, кто только что закончил школу и далеко не для программы по физике для выпускников.
Я студент магистратуры, я занимаюсь СБИС. Я много изучаю физику, но в ранние годы я принимал эти ответы как должное. Я пытаюсь глубже понять физику. Эта книга уже выглядит многообещающе!
@Grant Вам также может очень понравиться «Изучение квантовой физики с помощью практических проектов» Дэвида Прутчи и его дочери Шанни Р. Прутчи.
@jonk Мне тоже нужно изучить это. Поляризация поверхностного заряда динамического равновесного электрического поля решила мой вопрос.
@Grant Что мне нравится в книге Matter & Interactions, так это то, что они также проводят вас через часть перед устойчивым состоянием, поскольку переключатель замыкает цепь. Приятно иметь обе точки зрения.

введите описание изображения здесь

Взято из Matter and Interactions 4th Edition. Это именно то решение, которое я искал @all. Электрическое поле батареи ослабевает с расстоянием, но плотность поверхностного заряда цепи перестраивается из-за обратной связи. Вокруг резистора накапливается заряд, создавая поле, противодействующее полю аккумулятора и другим поверхностным зарядам. Поскольку чагре протекает через резисторы медленно, распределение поверхностного заряда от батареи к верхней поверхности резистора практически однородно, что создает очень маленькое поле Е.

Спасибо @jonk за подсказку.

Пожалуйста, подумайте о том, чтобы в конечном итоге принять ответ, чтобы вопрос можно было закрыть. Можно принять ваш собственный ответ. Прошу прощения за неприятные комментарии к вашему вопросу. Надеюсь, это не оттолкнет вас от сайта совсем.
Я планировал это, это займет 24 часа @mkeith, вы должны это знать.. На этом сайте много таких людей, как вы, которые заходят в комментарии и не предлагают никакой помощи, а просто жалуются. Пожалуйста, оставляйте комментарии к вещам, которые имеют отношение к посту.
Я не знал, что система установила 24 часа. Мои извинения. Я не собирался жаловаться.
поскольку вы делаете мастер, вы, возможно, захотите перейти от качественной трактовки Шабала и Шервуда к чему-то более количественному. Я предлагаю Лекции Зоммерфельда по теоретической физике, том 3, с. 125, Детальное рассмотрение поля прямого провода и катушки. Он показывает, как определяется распределение поверхностного заряда в очень симметричной ситуации. Больше не пишу, иначе этот комментарий станет "бесполезным". РЖУ НЕ МОГУ
Я посмотрю на это!

Ваше возражение звучит логично. Учтите также тот факт, что если бы Е-поле в идеальном проводнике было большим, то ток через него, который пропорционален произведению проводимости и Е-поля, был бы огромным, что на самом деле не так.

Да, я понимаю математическую теорию, лежащую в основе модели Друде, просто пытался собрать воедино физическую причину слабого электрического поля на атомном уровне.

Электромагнитное поле в идеальных проводниках равно нулю в установившихся условиях (например, в вашей схеме). Итак, интеграл в приведенном вами уравнении равен нулю. Таким образом, ΔV=0, т.е. потенциал постоянен вдоль идеального проводника.

Да, но почему в проводнике мало поля. Я определил ответ после некоторого чтения. Поле на границе резистора со стороны проводника и со стороны резистора различно. Закон Гаусса объясняет, что разница в электрическом потоке возникает из-за накопления поверхностного заряда на поверхности резистора. Проводник обладает такой высокой проводимостью, что легко перемещает заряды от анода к поверхности резистора, но накопление заряда на резисторе отталкивает дальнейший заряд, делая поле в перепадах проводника малым.
По мере прохождения заряда через резистор поле на поверхности уменьшается, и поэтому заряд будет стекать с анода на поверхность резистора. Поэтому это приводит к небольшому электрическому полю в проводнике перед резистором.
Описанное вами накопление зарядов также использовалось для создания электромагнитного поля определенной величины в воздухе. Я не могу вспомнить имя физика, запатентовавшего это. Он также написал очень хороший учебник по ЭМ.
@nikoschatziathanasiou Ефименко?
Ага. Это он.
Почему заряды не теряют потенциал, когда они проходят через цепь, прежде чем достигнуть резистора?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v