Помогите разобраться с током, напряжением и сопротивлением

Ваша аналогия очень хороша. Однако это показывает небольшое неправильное представление о движении электронов в проводниках.

Электроны в проводниках не мчатся, как автомобили по дороге. Это больше похоже на бамперные машинки: они постоянно разгоняются, врезаются в препятствие, останавливаются и отклоняются и снова начинают разгоняться. Кроме того, плотность электронов всегда одинакова.

Более удачная картина была бы такой: представьте себе шоссе со стенами по бокам, чтобы машины не могли съехать. Проблема в том, что по всей дороге растет лес с деревьями (т.е. атомами). Машины тянутся через лес эластичными шнурами, прикрепленными к аккумулятору на другом конце, и постоянно натыкаются на деревья.

1. Проводник: шоссе со стенами и лес, растущий на дороге. Он всегда до краев заполнен автомобилями.
2. напряжение: натяжение банджи-шнура. Это не заставит машины двигаться по лесу быстрее, так как они все равно будут натыкаться на деревья. Однако это делает эти столкновения намного сильнее.
3. сопротивление: противоположное ширине шоссе. Сама ширина будет проводимостью.
4. текущий: количество автомобилей, проезжающих по шоссе в данный момент времени. Более широкая дорога (т.е. меньшее сопротивление) --> больше автомобилей.

При этом точной аналогии быть не может. Даже у моего есть проблемы. Как лучше провести аналогию, зависит от того, какой аспект электричества вы хотите проиллюстрировать. Неизбежно, что другие аспекты представлены слегка искаженно.

Чтобы проверить, является ли это хорошей аналогией, вы используете соотношение между величинами, заданное законом Ома:

$V = I \cdot R$

При фиксированном сопротивлении ток пропорционален напряжению. Таким образом, для заданного количества полос количество автомобилей, проезжающих в час, должно быть пропорционально ограничению скорости. Ничего страшного: если разрешить вдвое большую скорость, то в час может проехать вдвое больше автомобилей.

При фиксированном напряжении ток и сопротивление обратно пропорциональны. Таким образом, для заданного ограничения скорости пропускная способность должна удвоиться, когда количество полос (сопротивление) уменьшится вдвое. Это неправда, но может быть вопросом определения. Если мы определим сопротивление как 1/(количество дорожек), все снова в порядке.

Наконец, при фиксированном токе сопротивление пропорционально напряжению. Таким образом, при заданной пропускной способности, если мы удвоим ограничение скорости, нам понадобится только половина полос движения.

Так что это хорошая модель, если иметь в виду, что сопротивление увеличивается с уменьшением количества дорожек.

Вода по трубе в наклонном или вертикальном положении кажется лучшей аналогией по сравнению с вашей. В силу наличия уклона или уклона труба имеет два уровня (верхний и нижний), поэтому вода или что-либо другое будет течь с более высокого уровня на более низкий. Эти уровни можно рассматривать как потенциальные уровни в контуре. Из-за разницы в уровнях потенциалов возникает разность потенциалов, которую лучше назвать напряжением. Таким образом, электроны будут течь между двумя точками только тогда, когда между этими двумя точками существует разница потенциалов, как вода в трубе. Далее идет ток: его можно было бы предположить как поток воды по трубе. Чем больше число молекул воды, протекающих по трубе, тем больше количество воды, аналогично, чем больше число электронов, прошедших через цепь или две точки, тем больше электрический ток. Наконец, сопротивление можно представить как трение, создаваемое трубой потоку воды (как упоминалось выше у сандун дхаммики). Если труба имеет несколько засоров или шероховатую или шероховатую поверхность, то она будет создавать большее трение для потока воды. Точно так же, если есть большее значение сопротивления, связанное с цепью, будет больше препятствий для тока. Я полагаю, это хорошо упорядочит цель.

Большинство аналогий терпят неудачу из-за представления о физических объектах, движущихся по пути с различной скоростью. Электроны не меняют скорость! Но аналогии по-прежнему полезны в других отношениях. По моему опыту, вы пробуете кучу разных и в конце концов находите тот, который имеет для вас наибольшее значение.

Вот еще одна «аналогия». Он включает в себя воду, пожарный шланг (или трубу) и источник давления.

Давление, толкающее воду, сила тяжести, если наклонная труба / водонапорная башня или механический насос.

Давление – это напряжение или разность потенциалов (верхний/нижний конец трубы/шланга или высота водонапорной башни).

Размер пожарного (или, если уж на то пошло, садового) шланга или трубы сравним с сопротивлением. Чем меньше шланг-труба, тем выше сопротивление. Шланг/труба БОЛЬШЕ меньше сопротивления.

Объем воды, который может пройти через шланг/трубу, сравним с текущим. Изобразите/свяжите объем воды как способность совершать работу. т.е. заполнить желоба на водяном колесе = вес поворачивает колесо или объем воды, доступный для тушения пожара. например, садовый шланг (независимо от давления) против 2-дюймового пожарного шланга. Электрический ток - это способность выполнять работу, нагреватель, двигатель, ......... и гореть, бить током, убивать.

НАПОМИНАНИЕ, чем больше доступный ток (при напряжении, достаточном для преодоления сопротивления кожи), тем опаснее, но, как только напряжение становится достаточно высоким (70 В +/-) для преодоления сопротивления кожи, менее одного ампера МОЖЕТ УБИТЬ!

Я подозреваю, что аналогия с транспортным средством была предназначена для того, чтобы помочь читателям визуализировать движение электронов, но то, как движутся электроны, на мой взгляд, имеет мало общего с током, напряжением и/или сопротивлением.