Краткая версия: Ага. Вот что такое короткое замыкание .

Как правило, вы будете получать ток, пока он имеет путь с конечным сопротивлением (даже нулевым), разностью напряжений и запасом носителей заряда (например, электронов). Если бы в цепи действительно не было сопротивления, электроны двигались бы по цепи и возвращались бы к началу цепи с такой же энергией, как разность потенциалов (напряжение). Эта конечная энергия обычно рассеивается цепью в виде тепла или других видов энергии. Но без сопротивления (или индуктивности) у него не будет шанса потерять энергию, и он вернется к источнику напряжения с большим количеством энергии, что обычно испортит источник напряжения. По сути, это и есть короткое замыкание .

Однако в любой реалистичной цепи (включая короткое замыкание) и с любым реалистичным источником напряжения у вас всегда будет некоторое сопротивление, даже если у вас нет чего-то, специально предназначенного для использования в качестве «резистора». Например, даже обычный провод имеет некоторое сопротивление. Это сопротивление настолько низкое, что мы обычно его игнорируем, потому что другие элементы цепи обычно имеют гораздо большее сопротивление, поэтому обычно хорошим приближением является игнорирование провода. Но когда это просто провод, вы не можете игнорировать его сопротивление. Ток будет течь, и, поскольку сопротивление низкое, хотя и не нулевое, вы получите очень большой ток. Это нагреет провод точно так же, как и любой резистор (как вы знаете). И, как правило, это вызывает такие проблемы, как плавление провода или его изоляции или просто возгорание.

Но предположим, что вы использовали идеальный сверхпроводящий провод. Ну, даже тогда любой реалистичный источник напряжения все еще имеет то, что называется «внутренним сопротивлением». Вам нужно добавить внутреннее сопротивление источника напряжения к сопротивлению всего остального в цепи, чтобы получить общее значение. Опять же, это часто настолько мало, что мы просто игнорируем его, но мы не можем этого сделать, когда цепь представляет собой просто сверхпроводящий провод и источник напряжения. Конечно, любой реалистичный источник напряжения также будет иметь ограничение на величину тока, который он может отдать, как вам подскажет Википедия . Но если вы действительно минимизируете сопротивление всей цепи, то вы, как правило, максимизируете этот ток.

Хорошо, здесь собрано много интересных вопросов; Я определенно понимаю, почему @rpfphysics назначил награду за это!

Нужны ли резисторы в цепи?

Этот ответ - решительное нет . Резисторы являются одним из компонентов наших «идеальных теоретических объектов, которые помогают нам моделировать схемы», и они являются компонентом, который оказывается очень важным и необходимым для моделирования объектов реального мира, поскольку каждый реальный провод обычно можно смоделировать (если нет такой большой ток, что он, например, плавится) как идеальный провод последовательно с идеальным резистором с небольшим сопротивлением. Но мы, конечно, можем использовать модели, где нет резисторов.

Вот простой пример:

Здесь вы видите конденсатор$C$в соответствии с индуктором$L$, поддерживаемое постоянным напряжением, которое можно подключать и отключать с помощью переключателя$S$. Предположим, что до подключения напряжения в системе нет ни заряда, ни тока; поэтому все будет под напряжением земли. Теперь, если вы подключите источник напряжения, ток будет хотеть течь, в отличие от изначально только катушки индуктивности, которая сопротивляется изменениям тока, но не самим токам. Соответствующие дифференциальные уравнения таковы:$I = C \dot V$для напряжения на конденсаторе, в то время как$V = L \dot I$для напряжения на индукторе, где точки — производные по времени; их можно решить, чтобы узнать, что$I(t) = I_0 \sin(t/\tau)$где эта постоянная времени колебаний равна$\tau = \sqrt{LC}$в то время как текущая постоянная$I_0 = +5\text{V} \cdot \tau / L$. Основная физика здесь заключается в том, что, когда ток через конденсатор создает на нем потенциал 5 В, так что конденсатор больше «не хочет» заряжаться, индуктор видит ток через него. Не любя изменений в токе, катушка индуктивности поддерживает постоянный ток, и это вытягивает еще больший ток из источника напряжения, перезаряжая конденсатор, в то время как катушка индуктивности замедляется. Затем конденсатор разряжается обратно в источник напряжения, запуская катушку индуктивности в обратном направлении.

На следующем изображении я анимировал приведенный выше анализ. Стрелки для текущей точки в направлении тока; стрелки для напряжения указывают в направлении увеличения напряжения.

Итак, вы видите, мы можем анализировать такого рода вещи.

Теперь вы можете себе представить, что происходит, когда мы переключаем переключатель обратно! Если на конденсаторе осталось какое-то напряжение, эта штука будет просто циклически повторять этот заряд вперед-назад, туда-сюда, по петле навсегда, при этом конденсатор теперь будет получать отрицательное напряжение, затем положительное напряжение и так далее. На практике, если вы строите это с реальными компонентами, эти маленькие сопротивления, конечно, в конечном итоге убьют этот идеальный синусоидальный сигнал, но мы можем легко представить, что сопротивления устремляются к 0, а резонатор представляет собой эту идеальную вечную синусоидальную волну. Здесь нет противоречий.

Так почему же возникли противоречия, когда мы заменили$L$а также$C$с прямым проводом?

Сопротивление останавливает парадоксы

Остановите меня, если ваши одноклассники уже спрашивали вас об этом: «Что происходит, когда непреодолимая сила встречается с неподвижным объектом?» Обычно неясно, что означает «непреодолимая сила», но ее можно определить как «объект, движущийся с конечной скоростью и бесконечной массой, так что его нельзя ускорить». Что происходит, когда он встречает объект, который не может двигаться?

Ответ, конечно же, состоит в том, что это физические идеализации, и что они по определению несовместимы. Если вы моделируете непреодолимые силы, то по определению «непреодолимой силы» ни один из объектов в вашей модели не может быть действительно неподвижным. Если вы моделируете неподвижные объекты, то по определению «неподвижный объект» ни одна из сил в вашей модели не может быть непреодолимой. Вы должны выбрать один или другой , чтобы модель имела какой-либо смысл, или же вы должны быть абсолютно уверены, что они никогда не соприкасаются, если между ними не находится что-то еще, что может поглотить парадокс!

Ну, это кажется довольно очевидным, когда мы говорим о кинематике, но вы наткнулись на то же самое с точки зрения схемы! Оказывается, определение «идеального источника напряжения» — это «непреодолимая сила»: несмотря ни на что, я собираюсь переносить электроны из этой точки, обозначенной здесь как «источник напряжения», в эту точку, отмеченную здесь как «земля», с непреодолимой силой. сила, которая повысит их потенциальную энергию на 5 электрон-вольт. И оказывается, что определение «идеального провода» — это «неподвижный объект»: «этот идеальный провод гарантирует, что любое напряжение на одной его стороне также точно отразится на другой его стороне». Таким образом, вы не можете комбинировать их без чего-либо — будь то резистор или$LC$-pair -- чтобы поглотить этот парадокс. Резисторы — это всего лишь один из способов поместить что-то среднее между ними, чтобы парадоксы не нарушали уравнения.

Если этого не делать, то ответ в принципе очень прост, «по проводу течет бесконечный ток». Это просто то, что требуют уравнения, потому что$V = I R,$чтобы смоделировать$R=0$с$V\ne 0,$потребности$I = \infty.$

На практике что происходит? Что ж, эти машины, которые мы называем «источниками напряжения», несовершенны; они ослабляют свое напряжение в тот момент, когда вы начинаете снимать с них ток. Это называется «импедансом» линии источника, и он ограничивает величину тока, протекающего по проводу. Кроме того, настоящий провод будет оказывать небольшое сопротивление. Наконец, реальная проволока вполне может нагреться до такой степени, что она расплавится, и при этом сопротивление может уйти в бесконечность. Мир не может быть идеальным. Но в идеальной модели, где ничего не ломается, ток, вероятно, просто уйдет в бесконечность.

И такие вещи становятся важными для сверхпроводников!

Сверхпроводимость, по определению, представляет собой ток, протекающий без сопротивления. Это возможно только в том случае, если напряжение на переходе равно 0, в противном случае обязательно были бы и ток, и напряжение, и, следовательно, эффективное сопротивление.$R = V / I.$Вероятно, самым большим камнем преткновения для студентов является склонность думать о напряжении, которое управляет током; в этом случае причиной тока является какая-то "сверхпроводящая фаза", не имеющая никакого отношения к напряжению! Поэтому, когда вы подаете напряжение на соединение, оно обязательно должно управлять некоторым количеством пар электронов + куперовских пар, чтобы оно больше не действовало как сверхпроводник, а вместо этого имело сопротивление. Сверхпроводимость — это не какое-то волшебство$R=0$лекарство от всех наших болезней; скорее это больше похоже на$R(I)$функция, которая при некоторых малых значениях тока$I$оказывается равным 0. Эти вещи очень быстро перестанут быть идеальными, когда вы начнете прикладывать к ним значительные напряжения, потому что это определение «сопротивления».

но что, если в цепи нет резистора. Будет ли по-прежнему течь ток?

Для простоты давайте поработаем в контексте теории идеальных цепей, где идеальные провода имеют точно нулевое сопротивление.

Вот простая схема только с источником тока и проводом.

В этой цепи по часовой стрелке циркулирует ток силой 1 А.

Итак, ответ - да , в цепи без резистора может быть ток.

Концепция резистора не проясняется в моей голове. Можете ли вы объяснить использование резистора?

Концепция резистора очень проста: это элемент цепи, напряжение на котором пропорционально току, проходящему через него.

Резисторы используются по-разному, в том числе:

(1) создание напряжения, пропорционального току

(2) ограничение тока через цепь

(3) сброс напряжения с более высокого уровня на более низкий уровень (см. «Делитель напряжения»)

(4) сброс тока с более высокого уровня на более низкий уровень (см. «Делитель тока»)

Есть много других, но эти примеры должны помочь вам начать.

Короткий ответ да. Ток пойдет по проводу. Мы игнорируем это, когда есть резистор, потому что сопротивление в резисторе намного выше, чем через провод.

Длинный ответ.

Здесь есть пара вещей.

На самом деле непонятно, что вы имеете в виду под «допустим, резистора нет», потому что тогда непонятно, к чему подключена батарея. Поэтому я собираюсь пойти по касательной и объяснить эти вещи, чтобы вы лучше поняли.

Во-первых, когда мы говорим, что ток течет по проводу в резистор, мы абстрагируемся от всей ненужной информации и сосредотачиваемся только на том, что помогает нам решить проблему. Проблема в том, как резистор влияет на напряжение, ток и мощность в проводе. Поскольку при нормальных условиях работы это довольно просто, мы используем закон Ома (и KCL, KCI) для решения этой системы.

Во-вторых, все вещи имеют тенденцию препятствовать потоку электронов от стока к источнику. Например, допустим, у вас есть аккумулятор. Ток не течет от его положительного конца к отрицательному, потому что и воздух, и внутренняя изоляция батареи препятствуют прохождению тока.

Вернемся к вашему примеру. Допустим, у вас есть провод, подключенный к положительному и отрицательному концу батареи. Ток будет течь по проводу к отрицательному концу батареи. Поскольку сопротивление резистора намного выше, чем в цепи только с проводом, и поскольку последовательное сопротивление увеличивается, большая часть падения напряжения приходится на резистор, поэтому нам не нужно беспокоиться о падении напряжения на проводе. Таким образом, мы никогда не говорим о токе без резистора, даже если он будет там, и на самом деле провод будет действовать как резистор.

Ток течет от высокого электрического потенциала к низкому электрическому потенциалу , который лежит на двух концах (клеммах) ячейки из-за разницы в нет. электронов, накопленных на двух концах. Если они (концы) соединены идеальным проводником (теоретически с нулевым сопротивлением), он образует замкнутый контур . Совершенно очевидно, что ток течет по замкнутому контуру, поскольку ток — это просто поток электронов, а электроны имеют тенденцию течь от высокого электрического потенциала к низкому. Поскольку сопротивления потоку нет, поток электронов будет сильным, что мы называем коротким замыканием.

да Ток потечет. быть очень простым...

V = IR, когда где R — сопротивление, I — ток, V — потенциал

I=V/R, если V конечно, а R равно 0, ток будет бесконечен или не определен

таким образом, сама ситуация не определена или не может быть достигнута или проверена, но теоретически текущей будет бесконечность

даже выделяемое тепло H=(R)(I^2) не может быть определено, поскольку (I^2) равно бесконечности, а (R) равно 0, поэтому произведение бесконечности и 0 не определено