我有一个串联电路。假设电池的电位差为10 Volts
。
在电流到达任何电阻之前,在电线的两点上,我连接了电压表的读取器。由于没有电阻,电压的公式是V = IR
,这是否意味着电压在这两点之间读数为零?
但这怎么可能——我们知道有 10 伏的电流流过!
我老师举的例子是,电就像一条奔流的河流。电压是流水的力量。在河中间堆石头,这就是阻力。但是,如果您不堆积岩石并在两个点进行测量,那并不意味着河流中没有电力(阅读:电压)。
有人可以澄清一下吗?
我有一个串联电路。假设电池的电位差为10 Volts
。
在电流到达任何电阻之前,在电线的两点上,我连接了电压表的读取器。由于没有电阻,电压的公式是V = IR
,这是否意味着电压在这两点之间读数为零?
但这怎么可能——我们知道有 10 伏的电流流过!
我老师举的例子是,电就像一条奔流的河流。电压是流水的力量。在河中间堆石头,这就是阻力。但是,如果您不堆积岩石并在两个点进行测量,那并不意味着河流中没有电力(阅读:电压)。
有人可以澄清一下吗?
您似乎将电压和电流混为一谈。
电压更恰当地称为电动势。它本身并不流动或传递能量。
电流(通常以安培为单位)是衡量每单位时间有多少电荷移动的量度。电流本身也不是能量流。
能量的流动称为功率。要获得电力,您需要电流 (\$I\$) 和电压 (\$E\$)。功率等于两者的乘积:
$$ P = IE $$
它有助于从类似的机械系统的角度来考虑这一点,因为我们可以直接用我们的感官观察机械系统。机械系统也有功率,它等于力和速度的乘积:
$$ P = Fv $$
如果你有力量但没有速度,你就没有力量。一个例子是在两个固定支撑之间拉伸的橡皮筋。带对支撑施加力。这种张力就是势能。但是,没有任何东西在移动,存储在拉伸带中的能量也没有被转移到其他任何东西上。
但是,如果乐队可以移动支撑,现在我们就有了速度。随着带移动支撑,存储在拉伸带中的能量将转化为支撑中的动能。这种能量转移发生的速率就是功率。
电压是移动电荷的力。电流是电荷的速度。阻力是移动支撑的容易程度。
这是一个更类似于您的电路的机械系统:
我们有一个刚性环,连接到一个电机,该电机会施加一些力来转动它。还附在环上,我们有一个制动器,可以抵抗环的转动。为了使这个类比正确,这必须是一个制动器,它提供与通过它的环的速度成比例的力。想象一下它与风扇耦合,因此当环转得更快时,风扇转得更快,从而产生更多的空气动力阻力。
如果电机施加 \$1kN\$ 的力,则制动器必须在相反方向施加相等的力。如果制动器的力不等于电机的力,则环将受到一个净力,该力将使其加速或减速,直到制动器的力相等,并且环以恒定速度转动。因此,如果电机的力是恒定的,则环的速度是制动器强度的函数。这类似于欧姆定律。
还有什么其他的力量作用在戒指上?由于我们正在考虑一个没有摩擦的理想化系统,所以没有。如果您要在 A 点和 B 点插入应变片,您将测量它们之间的差异。当电机克服阻力将环推入制动器时,B 被压缩,而当电机将其从制动器中吸出时,A 被拉伸。
但是B和C有什么区别?空无一人。如果这不是很明显,请考虑您必须在环上切出一个缺口并插入您的手,以便这台机器可以粉碎它。有没有你更愿意这样做的时候?不,无论您在擂台左侧的哪个位置进行操作,您的手都会被同样击碎。
应变仪测量的力类似于电压。我们只能测量相对于其他电压的电压。这就是为什么你的电压表有两个探头。无论您将黑线放在哪里,都定义为“0V”。因此,您在问题中提出的情况就像测量 B 和 C 之间的差异:它为零。
这似乎有点奇怪,因为我们知道环的整个侧面都有压缩力。似乎这应该对某些事情有好处。但是考虑一下:地球大气中所有气体的重量导致海平面的压力约为每平方英寸 15 磅。这是否意味着我们可以制造一台仅仅因为它受到这种压力而有动力的机器?不,为了在这个大气压下工作,我们需要一个压力差。没有差异,我们就无法让空气流动。再次考虑上面对权力的定义,应该清楚这是怎么回事。
你的电压表和你的老师都是对的,但是电的水类比只能到此为止。一个很大的缺点是,与水不同,没有绝对电压。电压在两点之间总是相对的。
不存在“10 伏电流流过”之类的东西。电压是推动电荷产生电流的力。电流是实际流动的电荷。很可能有没有电流的电压和没有(或没有可测量的)电压的电流。
如果你正确地应用它,你老师的河流类比在这种情况下实际上仍然有效。电压是河流中将水推向下游的压力。在河流中,您可以将此压力视为水面的高度。当你在河里堆石头时,河面会比石头高。如果您使用岩石上方和下方的相对压力计测量,那将显示为压力差。
电线就像一条没有岩石的河流。一点和上游几英尺的压力仍然基本相同。这就是您的电压表显示的内容。真正的河流和铜线之间的一个区别是,铜线是一条更理想的河流,不像真正的水可以做的任何事情。电线非常不摇动(不是电阻器),因此为流动建立的电压非常少。电线上的两点之间实际上有一个很小的电压差,但是电线是一种很好的导体,这个电压差对于普通万用表来说太小了,无法测量。如果您用 10 米长的电线替换短电线,然后在其上测量,您的万用表可能会显示一个小电压。
有10伏的电流流过!
电压不会“流动”。它是电势的量度,因此只存在于两个点上。
这就像试图测量一座山的高度一样;没有“绝对高度”这样的东西,只有相对于其他东西的高度,例如它周围的平原,海平面等。
关于电压的问题是它必须始终相对于某物进行测量。换句话说,仪表测量的是电压差,而不是单个电压电平。在理想情况下,您示例中的仪表读数为零。然而,即使是电线也有一点电阻,所以如果你有一个微伏精度的仪表,电压读数就会非常小。
与电压差解释稍有不同,电压水平实际上并没有伤害到人。伤害人的是电压差。这就是技术人员如何在 500,000 条电压线上工作而不被烧毁的方法。他们将电压水平提高到 500 KV,因此他们身体上的电压差为零。
这是我的一位物理老师告诉我们帮助理解这个概念的一个例子。想象一下,你在帝国大厦的顶部。那个高度不会伤害你。但是,如果您要跳跃,高度的差异会杀死您。这与电压的概念相同。