Недавно профессор Уолтер Левин и ютубер ElectroBOOM начали дискуссию о KVL после того, как доктор Левин заявил, что KVL не работает в присутствии магнитодинамического поля. Я бы сказал, что д-р Левин неверен в своей интерпретации, и KVL действительно подлежит тщательной проверке.
Аргумент Левина следует из данных определений. Электрический потенциал, , определяется как линейный интеграл электрического поля, ,
Теперь, в качестве дополнения к закону Фарадея-Максвелла,
Мы можем дать методу анализа цепей следующие определения. Мы предполагаем, что излучением можно пренебречь, а компоненты сгруппированы. Предполагается квазистатический режим. Мы перепишем закон Фарадея-Максвелла в виде суммы дискретные пути, кусочно-непрерывные, такие, что
Теперь делаем замену
Чтобы доказать свою точку зрения, доктор Левин размещает проволочную петлю с двумя последовательно соединенными резисторами вокруг соленоида и включает соленоид, проверяя то же место двумя щупами осциллографа. Два датчика обнаруживают разные напряжения при нажатии переключателя, и поскольку одна и та же точка в цепи не должна измерять два разных напряжения, KVL вышел из строя, и показано, что потенциал зависит от пути.
Однако это неверный вывод. В общем случае путь интегрирования для закона Фарадея-Максвелла произвольный, но путь схемы фиксирован. Единственная неоднозначность в потенциале вокруг петли связана с характером наведенной ЭДС, которая зависит от площади петли. Если путь интегрирования возмущен, потенциал между двумя точками изменится, но член ЭДС индукции также изменится, прямо противоположно. Учитывая конкретно путь, пройденный цепью (с макроскопической точки зрения, например, с одномерными проводами и резисторами), разность потенциалов вокруг петли по-прежнему равна нулю.
Зондирование цепи, как указывал ЭлектроБУМ, отвечает за предполагаемый отказ КВЛ. В то время как д-р Левин правильно продемонстрировал зависимость электрического потенциала от пути, он пренебрег прямым поведением этой зависимости. При тщательном выборе пути интегрирования, включающего зондирующие петли, не будет расхождений в полном потенциале, измеренном вокруг петли.
Пока можно считать в терминах скалярного и векторного потенциала,
Хотя закон напряжения Кирхгофа не является электродинамическим законом, это закон теории цепей, и он подтверждается в примере, который приводит Левин, вопреки его результатам. Приведенное выше определение KVL необходимо для анализа цепей, включающих такие элементы, как трансформаторы, ниже предела, при котором обычно используются методы анализа линий передачи (обычно, когда длина компонентов для сигнала, распространяющегося в цепи).
Я что-то упустил в своем выводе или неверно истолковал результат? Я обдумывал это в течение нескольких дней и первоначально защищал позицию доктора Левина, однако логика против него кажется вполне разумной.
Это закон напряжения Кирхгофа, как видно из теории цепей.
Это не обычная форма КВЛ, которую мы используем в теории цепей. Например,
Все это, по сути, только срок из вашего заявления закона.
Включив термин для учета изменения магнитного потока, окружаемого контуром, вы действительно сформировали версию закона, которая объясняет изменение магнитного потока, окруженного контуром. Но это не значит, что это объясняют наиболее распространенные формы КВЛ.
Приведенное выше определение КВЛ необходимо для анализа цепей, включающих такие элементы, как трансформаторы
Это не совсем так. Обычно мы просто моделируем трансформаторы или катушки индуктивности как устройства, которые непосредственно влияют только на напряжения между узлами, к которым они напрямую подключены. Например, мы моделируем идеальный индуктор, соединенный между узлами a и b соотношением
В этом отношении напряжение индуктора является просто одним из в нашем уравнении КВЛ, и нам не нужно вводить .
Что мы не можем моделировать без Термин, который обычно не моделируется в рамках КВЛ, представляет собой эффект потока через петли, заключенные между элементами схемы и проводами, которые их соединяют.
Например, в этой простой схеме
обычный КВЛ не может учитывать ЭДС, создаваемую изменением магнитного потока в петле, образованной выключателем, ячейкой, лампочкой и соединяющими их проводами.
(источник изображения здесь )
Профессор Уолтер Левин прав.
Закон Кирхгофа о напряжении выполняется только тогда, когда источник напряжения находится внутри и является частью цепи тока. Даже в цепи трансформатора вторичная обмотка трансформатора действует как подключенный источник напряжения цепи компонентов, подключенных к вторичной обмотке. Объяснение доктора Левина https://www.youtube.com/watch?v=LzT_YZ0xCFY ясно показывает, что источник напряжения (то есть электромагнит) не подключен и является частью цепи целевой нагрузки.
Начнем с того, что в цепи нет источника напряжения и применим закон Кирхгофа о напряжении. Закон Кирхгофа о напряжении не является неверным, но просто неприменим в данном случае.
Теория антенн больше подходит для описания случая, когда элементы с разным импедансом облучаются электромагнитным излучением с одним переходным сигналом и в соответствии с их импедансом формируют переходный приемный сигнал с падением напряжения.
Что не совсем понятно, так это то, что это не случай двух параллельно соединенных различных резистивных путей (элементов) в цепи источника напряжения, которые должны иметь одинаковое значение падения напряжения на каждом пути, а вместо этого случай индуктивного контура с неравномерным распределенное сопротивление по контуру. Следовательно, различные сегменты сопротивления контура расположены не параллельно, а последовательно.
Отличный разбор парадокса Левина, видео:
https://www.youtube.com/watch?v=xMePTKuAixE
https://www.youtube.com/watch?v=OmlnGei1xo8
Также экспериментальные новые доказательства зависимости от пути (видео): https://www.youtube.com/watch?v=lehe18VoeNM
Окончательный вывод, как продемонстрировал профессор Уолтер Левин, КВЛ не может работать с индуцированной ЭДС от неконсервативных полей, таких как изменяющееся во времени внешнее магнитное поле, и интегрировать их как источники нормального напряжения (т.е. консервативную ЭДС) в цепь электрического компонента. Закон КВЛ требует, чтобы источник ЭДС был подключен к цепи так, чтобы поток энергии от источника каждый раз был направлен внутрь пути конкретной цепи и не зависел от других путей вне цепи.
Электрический потенциал, , определяется как линейный интеграл электрического поля, ,
...так зависит от пути.Я что-то упустил в своем выводе или неверно истолковал результат?
Подумайте об этом некоторое время: если бы электрический потенциал вообще определялся как интеграл от полного электрического поля, он всегда зависел бы от пути. Потому что где-то всегда есть какие-то соленоидальные электрические поля, и мы могли бы достичь любого значения, просто расширив и скрутив путь соответствующим образом. Тем не менее, во всех практических применениях электрического потенциала всегда предполагается, что потенциал имеет уникальное значение в каждой точке пространства. Как это могло работать так хорошо? Возможно, потенциал определяется по-другому?
Общее определение электрического потенциала таково: однозначная функция положения который подчиняется
Интеграл полного электрического поля используется как определение напряжения только в электростатике, где полное поле совпадает с его электростатической составляющей. Там, исчезает, значит, там работает, но в целом интегральная формула неоднозначна и не дает правильного напряжения.
При практическом «инженерном» использовании концепции потенциала, в том числе в случаях, когда полное поле не является электростатическим, применяют кулоновскую калибровку, где потенциал является функцией мгновенного положения всех зарядов системы. Напряжение, когда пишется/говорится без уточнения (в отличие от «наведенного напряжения» или «электродвижущего напряжения» (неанглийское для ЭДС)) означает просто разницу значений этого кулоновского потенциала. Таким образом, сумма напряжений на любом замкнутом пути равна нулю. Таким образом , закон КВЛ, если понимать его как утверждение об этом напряжении, всегда верен. Хотя также верно и то, что КВЛ не всегда может быть очень полезным, особенно если некоторые из этих напряжений не могут быть надежно измерены вольтметром (как в примерах Левина).
Это должно усилить то, что написал @The_Photon. Профессор Левин демонстрирует в простом эксперименте, что напряжение не может быть однозначно определено при наличии изменяющегося магнитного поля: подключение двух вольтметров к одной и той же паре точек приводит к двум совершенно разным измерениям. Левин обвиняет КВЛ (закон напряжения Кирхгофа) в несоответствии, но я думаю, что проблема заключается в одном шаге до того, как мы сможем даже применить КВЛ, а именно в наличии цепи, в которой магнитное поле распространяется по всей цепи, и мы не имеем сосредоточенных элементы, для которых КВЛ иКИЛ применимы. Что делает его неприменимым, так это не только то, что цепь состоит из пары резисторов и соленоида с переменным током между ними, но и то, что нам разрешено исследовать внутри этой цепи проводящие выводы, на которые влияет изменяющееся во времени магнитное поле. Если вместо мы будем использовать векторный потенциал мы заметим это, даже когда , vp не равно нулю, и нет сомнений в том, что вольтметры находятся в изменяющемся во времени магнитном поле, определяемом формулой : , а значит, для произвольного цикла
.
Таким образом, хотя поле по существу равно нулю вне соленоида везде, где мы измеряем напряжение, ни векторный потенциал ни его производная по времени там ноль и на наши вольтметры, следовательно, через их выводы тоже влияет.
Фотон
гипортнекс
Сэм Галлахер
Сэм Галлахер
Фотон
Сэм Галлахер
гипортнекс
Сэм Галлахер
Сэм Галлахер
Фотон
Фотон
Фотон
Фотон
Сэм Галлахер
Фотон
Сэм Галлахер