Схемы объяснены без аналогий [закрыто]

1. См. 2.

2. Разность потенциалов очень похожа на потенциальную энергию в механике: чем выше вы находитесь, тем больше «кинетической энергии» вы потенциально можете иметь.

Это то же самое для электронов. Они почувствуют силу в присутствии электрического поля, которое потенциально может заставить их набирать кинетическую энергию:

$\vec{F} = q\cdot \vec{E}$

Точно так же они будут чувствовать силу в присутствии магнитного поля. Именно здесь аналогии обычно не работают с большинством попыток, основанных на механике. Суммарная сила, действующая на электрон, была найдена мистером Лоренцем (сила Лоренца):

$\vec{F} = q\cdot \vec{E} + q\cdot(\vec{v} \times\vec{B})$

Потенциал определяется аналогично потенциальной энергии в механике, если мы не берем магнитное поле.$\vec{B}$в учетную запись.

$\Phi=-\int_C\vec{E}\cdot d\vec{l}$

(Сравните это с потенциальной энергией в механике:$U=-\int_C\vec{F}\cdot d\vec{r}$).

Потенциал напряжения можно рассчитать только между двумя точками в пространстве, и поэтому он может быть только «разницей». Нет «абсолютного напряжения», есть только разность напряжений. Чтобы упростить задачу, мы часто выбираем точку в пространстве (в цепи), которую мы называем землей (0 В).

3. Если вы хотите обсудить, чем они на самом деле занимаются, то вас ждет настоящее удовольствие. Чтобы обсудить это, вам нужно погрузиться в мир квантовой физики.

Короткое объяснение может состоять в том, что электроны постоянно приобретают и теряют энергию. Тепло — это всего лишь один из способов потери энергии (через фононы). Например, в светодиодах большая часть электронов теряет свою энергию через фотоны! То, как электроны теряют энергию, сильно зависит от материала. Для резисторов это в значительной степени только через фононы (звуковые волны/покачивания или тепло), которые являются формой электромагнитного излучения.

4. Как указано в первом и втором ответе, потенциал определяется как интегрирование по линии между двумя точками:

$\Phi_{AB}=-\int_A^B\vec{E}\cdot d\vec{l}$

Если нет переменного магнитного поля , то не имеет значения, какой путь вы выберете из А в В, потенциал останется одинаковым. Итак, если A и B — одна и та же точка, вы можете просто выбрать путь нулевой длины, который даст вам нулевой потенциал. Это означает, что вы должны получить 0, независимо от того, какой путь вы выберете! Если вы пройдете через все резисторы, не имеет значения, что делают напряжения, они должны в сумме равняться 0, чтобы не нарушать законы физики.

5. В зависимости от материала через контакты может пройти некоторое количество электронов. Это зависит, среди прочего, от того, сколько свободных электронов имеется в материале. Для очень маленького куска однородного материала ток можно сформулировать с помощью плотности тока:

$\vec{J}=\sigma\cdot \vec{E}$

В металлах много свободных электронов, поэтому для перемещения этих свободных электронов не требуется большого электрического поля! Для полупроводников это зависит от количества свободных носителей заряда, что, в свою очередь, зависит от легирования. Изоляторы практически не проводят ток, потому что у них практически нет свободных электронов.

Закон Ома — это точно такая же формула для большего куска однородного материала. Если такое же напряжение приложить к более длинному куску материала, электрическое поле станет меньше ($|\vec{E}|=V_R/l$) и ток тоже. Если материал сделать шире, то через большую площадь может пройти больший ток ($I=A\cdot |\vec{J}|$).

Вам не нужны аналогии, так как я слышал, что эти аналогии ломаются, когда мы переходим к более сложным схемам.

Да, модели разваливаются, точно так же, как ньютоновская физика не работает, когда вы достигаете скорости света. Однако большинство вещей не работает со скоростью света, поэтому в 99% случаев модель в порядке.

То же самое справедливо и для электроники. 99,99% времени я не использую характеристики транзистора NPN. Все, что я использую, - это предполагаемое усиление, и «он начинает проводить где-то около Vbe = 0,6 Вольт».

Другой пример: когда я был молод, я купил дорогой 6,5-разрядный мультиметр, потому что думал, что он мне нужен. В настоящее время я решаю 9 из 10 проблем с помощью пятидолларового 3,5-разрядного мультиметра. (Для остальных 10% требуется прицел).

Итог: начните изучать основы. Вам не понадобится квантовая механика работы полупроводников еще 10 лет.

Это будет скучный ответ, но все по аналогии. Самое близкое к тому, что происходит на самом деле, — это математика. И даже это аналогия/описание, а не «правда».

Если вы действительно хотите избежать аналогий, то сам ваш вопрос некорректен. Вы хотите знать, что такое источник напряжения ? Затем укажите, о каком источнике напряжения идет речь: свинцово-кислотном аккумуляторе, солнечной панели, динамо-машине, генераторе переменного тока, липо-аккумуляторе... Все они работают принципиально по-разному, но все они также могут быть представлены одной аналогией в отношении источник напряжения.

То же самое, если вы говорите о полупроводниках или конденсаторах. Может быть несколько различных механизмов (например, полевой МОП-транзистор или биполярный транзистор, керамический или электролитический конденсатор, и это лишь некоторые из них).

Это ваша цель? Вы действительно хотите в этом случае учиться снизу вверх вместо того, чтобы сначала схватить основы с подходом сверху вниз?

Кроме того, аналогии и абстракции на самом деле работают в ваших интересах, если вы их принимаете. В качестве примера: как тепловые, так и механические проблемы могут быть идеально смоделированы с помощью электронных моделей. Это происходит в профессиональной среде ежедневно.