Уменьшает ли уменьшение напряжения скорость электронов в последовательной цепи?

Объяснение Нила хорошее, но я решил дать ему другой взгляд.

Вы были совершенно правы, говоря, что ток постоянен во всей цепи. Скажем, у нас есть источник 5 В, и мы используем провода для подключения его к резистору.

Я думаю, что вы можете запутаться, думая, что вся энергия, содержащаяся в токе, находится в его движении (кинетическая энергия), тогда как это почти вся потенциальная энергия (вы действительно не замечаете этого, пока не подключитесь к месту с другим потенциалом), который Вот почему так много упоминаний о гравитации. Вот еще одна картинка проблемы:

Вы держите шарики на вершине холма — потенциальная энергия у них 5 В. Вы позволяете им идти по этому почти идеально гладкому льду с очень небольшим уклоном — это электроны, проходящие через провод — они теряют немного потенциальной энергии. Затем вы доберетесь до резистора — это очень неровный участок травы, но на очень крутом участке холма. Шарики сохраняют свое движение, но это требует потери большого количества их потенциальной энергии при движении по траве. Наконец есть еще один участок небольшого уклона слегка шероховатого льда провода с другой стороны. В целом шарики сохраняли свое движение повсюду, но за счет разной потенциальной энергии в разных местах.

Еще одно замечание о том, как электроны на самом деле действуют в металлах, что, я думаю, может показаться вам интересным. Без приложенного напряжения электроны летают в обоих направлениях провода - со скоростью около миллиона километров в час - очень быстро, но в обоих направлениях, так что общий ток отсутствует! При подаче напряжения они по-прежнему летают очень быстро в обоих направлениях, но теперь также наблюдается небольшой общий тренд движения (это называется дрейфовой скоростью). И когда я говорю «маленький», я имею в виду всего несколько метров в час — действительно маленький! Именно это массовое движение мы описываем как текущий поток.

Тем не менее, продолжайте задавать подобные вопросы, это хорошая мысль!

Рассмотрим последовательную цепь как каскад небольших водопадов.

Вода поступает наверх с тем же расходом, что и уходит снизу, расход эквивалентен течению. Поместите поперечное сечение в любую точку между ними, и у вас все равно будет тот же объем воды, пересекающий эту плоскость. Можно было бы приравнять среднюю скорость носителей заряда к скорости воды, выше по тонкой трубе, медленнее по широкому проводнику.

Высота воды эквивалентна напряжению. Это потенциальная энергия, которой обладает вода в данный момент, ее способность совершать работу. Общее падение сверху вниз равно сумме отдельных падений на пути вниз. Неважно, будет ли сначала большой перепад, а затем маленький перепад, сумма высот составит общую высоту.

«Почему» ответить несколько сложнее, на него можно ответить только в контексте того, что вы считаете очевидным. Мы наблюдаем, что это просто так. Если вы будете гнаться за объяснениями до самого конца, то в конечном итоге придете к квантовой механике, которая ни для кого не очевидна.

Но когда компонент потребляет энергию и создает разность потенциалов 5В, энергия на единицу заряда уменьшается, следовательно, всегда ли будет изменяться ток в последовательной цепи после компонента?

Ток в цепи будет постоянным. То, что поступает из источника, должно вернуться к источнику.

Или дело в том, что изменение курса слишком незначительно, и мы его игнорируем.

Нет, никакого обмана или мошенничества.

Конечно, ток в последовательной цепи везде одинаков, иначе в проводе образовалась бы «пробка» из электронов, что странно. Так я могу знать, почему?

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Рисунок 1. Эквивалентные схемы.

Возможно, рисунок 1 поможет. Здесь ваш источник питания 5 В питает нагрузку R1 и течет 50 мА. В эквивалентной схеме мы разделили нагрузку на пять равных частей. Падение напряжения на каждой части теперь составляет 1/5 × 5 В = 1 В через 1/5 сопротивления, поэтому ток остается прежним, 50 мА. Вы можете разделить R1 сколько угодно раз, и напряжение на каждом элементе уменьшится пропорционально, но ток останется одинаковым во всей цепи.

Рисунок 2. Замкнутая цепь велосипедной цепи. Источник изображения: Студент технологии .

Вам может помочь представление о потоке заряда как о велосипедной цепи. Цепное колесо педали является источником энергии, а задняя звездочка — нагрузкой. При вращении педалей верхняя часть находится в напряжении, а нижняя провисает, но ни одно звено не расходуется и не пропадает во время езды. Цепь течет по замкнутому контуру и звенья в привод = звенья возвращаются из привода.

Я решил попробовать еще раз, используя формулу скорости дрейфа. I = nAvQ, где n — число электронов/м^3, A — площадь поперечного сечения провода, v — дрейфовая скорость электронов, Q — заряд электрона. Чтобы сохранить ток в последовательной цепи одинаковым при падении напряжения на резисторе, одно из значений должно увеличиваться, поскольку скорость дрейфа уменьшается. Я думаю, что это должно привести к тому, что материал будет иметь более высокую электронную плотность, чтобы обеспечить тот же ток. Но тогда электронная плотность постоянна. Исправьте меня, чтобы я мог удалить ответ.

Да, скорость физических электронов уменьшается при падении напряжения, потому что это вызывает падение тока, когда сопротивление остается неизменным. Меньший ток (ампер) означает меньшее количество электронов (кулонов), проходящих по проводу.

Если провод и пути остаются прежними, меньше электронов входит и покидает провод и компоненты схемы. Таким образом, если плотность электронов и диаметр проволоки остаются неизменными, они должны двигаться медленнее, проходя ту же траекторию.

Пожалуйста, взгляните на статью в Википедии о скорости дрейфа ; Числовой пример даст вам некоторые дополнительные сведения.