为什么电路被认为是环路?

电器工程
2022-01-08 10:03:43

所以,我知道当您谈论诸如包含电池的电路之类的东西时,电路看起来像一个回路,但这仅仅是因为电源在物理上靠近输出。

但是,情况不一定是这样,对吧?电池是独立的,因为它很方便,但是如果我理解正确的话,您可以通过将其连接到任何带正电的端点来耗尽电源。

因此,电路是否仅仅因为这样想很方便而被视为循环?由于河流不能绕圈流动,电也不能,因为它会产生净零电位,因此意味着没有运动!

4个回答

大多数电路被认为是环路,因为导电材料中的电荷往往会相对较快地平衡静电电位差。以一根长线/杆为例。假设您可以在其一侧添加电子。起初你从 0 个电子开始。当你添加第一个电子时,周围没有其他东西,所以它基本上可以去任何地方。当你添加第二个电子时,它会将第一个电子推到尽可能远的地方,以尝试在棒中建立电荷平衡。第一个电子运动实际上是一个微小的电流,它的运动可以用来从中提取功(因为它需要做功才能将第二个电子添加到系统中)。添加第三个电子会将第二个电子推到中间。第二个电子' s 运动是第一个运动的一半,因此您只能从中提取一半的工作量。第一个电子在另一端,此时还没有移动。如果你不断在棒的一端添加电子,其他电子的运动就会越来越少。很快,您将处于数千伏且无法从中提取任何功,因为电子根本无处可去。

相反,如果我们从一侧取出电子并将其添加到另一侧呢?现在,您这样做的每个电子都会导致所有其他电子在一个方向上响应相同数量的移动。现在,您可以为移动的每个电子从系统中提取出均匀的功。但是你做了什么?您已经创建了一个循环,您的手一次移动单个电子。这就是大多数电路使用环路的原因。有一些东西可以将电子推向一个(或两个)方向。在您的情况下,它是一个电池,但是可以使用发电机和其他各种方法来“泵送”电子以在不同的位置从中提取工作。

你可以把电池想象成一个电子泵,它通过化学方式将电子从正极移动到负极,以保持一定的“电压”(这就是早期的人在一些旧书中所说的电位差,它是不错的模型)。

要真正让这个东西做任何有用的事情,你需要为电子提供一条流动的路径,恰好使用移动的电子来完成某种有趣的任务[1]。这可能是加热一根细线来发光,或者为其他一些电化学反应提供动力来为另一个电池充电,或者在电机中产生磁场或其他任何东西。如果您希望系统运行得更短暂(想想纳秒),那么这条路径显然必须是一个循环。

请注意,在任何时候都没有提到接地等,所有电压都是相对于您的行为中的某个任意点测量的,并且要使该电压做任何有用的事情,必须有一个回路供电流流动[2]。

Ground 是那些非常垃圾的词之一,它以高度依赖于上下文的方式表示至少 3 种不同的事物,暂时忽略。

[1] 铜导体中的电子在你想玩的任何电流下平均移动非常慢,想想每秒不到一毫米,但电线就像一个装满滚珠轴承的管子,你一个推一个进去最后,一个球弹出另一个球的速度要快得多,然后任何球实际上都会沿着管子向下移动。

[2] 是的,我知道,闪存门、静电透镜、激光打印机,各种轻微的例外,但现在就开始吧。

抱歉,没有。从长远来看,电池或任何电源必须保持电中性。分离电荷的恢复力非常大,电路规模的电荷永久分离根本不会发生。这意味着如果电流从一个端子流出,它必须通过另一个端子流入。最接近例外的是驻极体麦克风,它包含永久分离的电荷——只是数量不多。

电路必须是循环。当环路闭合时,电流流过负载。当环路打开时,电路关闭。

也许您可以假设电压是推动电荷在回路中流动的“力”。电流是按单位时间流动的。

没有循环,就没有电流。

...但是如果我理解这一点,您可以通过将其连接到任何带正电的端点来耗尽电源。

不,看看能量守恒电荷守恒如果我们从正电位点排出电荷,则电荷必须通过参考点(电池的负极端子、GND 等)返回,即在闭环中流动。