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No entiendo lo que significa realmente por caída de tensión

Este post es mi mejor esfuerzo para buscar ayuda sobre un tema que es bastante vago para mí, así que estoy luchando para formular mis preguntas. Tengo la esperanza de que alguien va a ser capaz de averiguar qué es lo que estoy tratando de articular.

Si tenemos un circuito con una resistencia, hablamos de la tensión de caída a través de la resistencia.

Entiendo que todos los cálculos involucrados en la caída de tensión (ley de ohm, paralelo y serie, etc.). Pero lo que yo busco es entender en una conceptuales a nivel de lo que la caída de tensión. En concreto: ¿cuál es la naturaleza del cambio que ha tenido lugar entre un punto justo antes de que el resistor y un punto después de la resistencia, como los electrones viajan de una forma negativa a una carga positiva terminal.

Ahora, como yo entiendo, "tensión" es la fuerza causada por el desequilibrio de carga que hace que la presión para que los electrones viajen de una carga negativa de terminal para una carga positiva terminal, y la "resistencia" es una fuerza causada por un material que, debido a su composición atómica, hace que los electrones chocan con los átomos, por lo tanto oponerse a que el flujo de electrones, o "actual". Así que creo que puedo entender un poco el voltaje y la resistencia en un nivel conceptual.

Pero ¿qué es la "caída de tensión"? He aquí lo que tengo hasta ahora:

  • La caída de tensión no tiene nada que ver con el número de electrones, lo que significa que el número de electrones en los átomos justo antes de entrar en el resistor es igual al número de átomos justo después de

  • La caída de tensión también no tiene nada que ver con la velocidad de los electrones: que la velocidad es constante en todo el circuito

  • La caída de tensión tiene que ver con la liberación de la energía causada por la resistencia.

Tal vez alguien me puede ayudar a entender lo que la caída de tensión es por explicar lo medible diferencia que hay entre los puntos antes de que la resistencia y puntos después de la resistencia.

Aquí hay algo que puede estar contribuyendo a mi confusión con respecto a la caída de tensión: si el voltaje es la diferencia de los electrones entre el terminal positivo y el terminal negativo, entonces ¿no debería el voltaje de ser constante en cada punto entre el terminal positivo y el terminal negativo? Obviamente esto no es cierto, pero me gustaría obtener una aclaración de por qué.

Tal vez me puede aclarar lo que estoy tratando de lograr con la famosa noria de agua analogía: tenemos un estanque de abajo, un embalse por encima, una bomba de agua desde el estanque a la presa, y en el camino hacia abajo de la presa, el agua pasa a través de un molino de agua, el molino de agua de ser análoga a la resistencia. Así que si yo fuera a meter mi mano en el agua en su camino hacia abajo de la presa, me siento diferente, dependiendo de si yo coloqué mi mano encima o debajo de la rueda hidráulica? Espero que esta pregunta se aclara qué es lo que estoy tratando de entender acerca de la caída de tensión.

EDIT: he leído y pensado sobre el problema más, así que voy a agregar lo que he aprendido desde entonces:

Parece que la energía que se produce por la diferencia de voltaje entre los terminales positivo y negativo se utiliza como los electrones viajan a través de la resistencia, así que al parecer, es este gasto de energía que se conoce como la caída de tensión.

Así que sería de gran ayuda si alguien pudiera aclarar en lo tangible, de modo empírico podemos ver o medida que no ha sido un gasto de energía mediante la comparación de un punto en el circuito antes de la resistencia y un punto en el circuito después de la resistencia.

EDICIÓN # 2: yo creo que en este momento lo que está lanzando a mí el que más es el mismo término de "caída de tensión".

Voy a repetir la parte de mi pregunta, que parece ser que todavía me molesta más:

"Aquí hay algo que puede estar contribuyendo a mi confusión con respecto a la caída de tensión: si el voltaje es la diferencia de los electrones entre el terminal positivo y el terminal negativo, entonces ¿no debería el voltaje de ser constante en cada punto entre el terminal positivo y el terminal negativo? Obviamente esto no es cierto, pero me gustaría obtener una aclaración de por qué."

En otras palabras, lo que se lleva a cabo a través de la resistencia, ¿cómo podemos llamar a esto una "caída de tensión" cuando el voltaje es una función de la diferencia en el número de electrones entre el terminal positivo y negativo de la terminal?

Ahora he sido el entendimiento de la palabra de caída a lo largo de todos como "reducción", y así he sido la interpretación de "caída de tensión" como "reducción de la tensión". Esto es lo que la frase significa?

Ya he leído que el voltaje en todos los casos es una medida entre dos puntos, entonces una reducción en la tensión necesariamente requieren cuatro puntos diferentes: dos puntos para delinear la tensión antes de la caída y de dos puntos para delinear el voltaje después de la caída, de modo que 4 puntos estamos refiriendo?

Quizás un término más correcto habría sido "caída en el potencial de la energía causada por la tensión", frente a una caída en el voltaje?

EDICIÓN # 3: yo creo que he identificado otro punto que ha sido una de las principales (quizás la mayor contribución a la confusión que he tenido a lo largo de todos, y eso es lo que yo considero como un poco de una contradicción entre dos definiciones fundamentales de voltaje.

Cuando hablamos de una batería 1,5 V, incluso antes de que se engancha a cualquier cableado / interruptores / carga / resistencias / lo que sea, estamos hablando de voltaje como una función de otra cosa que la diferencia de carga eléctrica entre los terminales positivo y negativo, yo.e la diferencia en exceso de electrones entre los dos terminales.

Puesto que hay una diferencia en el número de electrones sólo en referencia a los terminales, por lo tanto, se han de encontrar confuso para discutir el voltaje entre cualquier otro par de puntos a lo largo del circuito -- ¿cómo podría ser esto un problema significativo, ya que los únicos puntos en el circuito donde hay una diferencia en el número de electrones es en los terminales -- entonces, ¿cómo podemos hablar de voltaje en otros puntos?

Pero hay otra definición de voltaje, lo que hace perfecto sentido en el contexto de cualquiera de los dos puntos a lo largo de un circuito. Aquí estamos hablando de voltaje en el contexto de la ley de Ohm: corriente o resistencia. Por supuesto, en este sentido, el voltaje tiene sentido en cualquiera de los dos puntos, y dado que la resistencia puede variar en varios puntos a lo largo del circuito, por lo que claramente el voltaje puede variar en diferentes puntos a lo largo del circuito.

Pero, a diferencia de la primera sensación de tensión, donde la tensión es el resultado de la diferencia en los electrones entre los terminales, cuando hablamos de voltaje entre dos puntos a lo largo del circuito, es decir, entre un punto justo antes de un resistor y un punto después de la resistencia, no estamos diciendo que hay alguna diferencia en el número de electrones entre estos dos puntos.

Creo que es este preciso punto que ha sido la fuente principal de mi confusión, todo junto, y eso es lo que he estado tratando de conseguir a lo largo de todos. Y esto es lo que he estado luchando para pedir lo largo de todo: bueno, en la batería, usted me puede decir que hay una diferencia de tensión entre las dos terminales, lo que significa que usted me puede mostrar, de manera tangible y empíricamente, que los átomos en el terminal positivo tenemos un déficit de electrones y los átomos en el terminal negativo de tener un excedente de electrones, y esto es lo que queremos decir por la tensión entre los dos, entonces puedo entender.

Pero en contraste, acepto que no es de voltaje (I/R) entre un punto justo antes de un resistor y justo después de una resistencia -- pero puede usted tomar esos dos puntos, uno antes de la resistencia y el después de la resistencia, y me muestran medibles diferencia cualitativa entre los dos? Ciertamente, no hay ninguna diferencia entre el número de electrones en los átomos de los dos puntos. De hecho, creo que no hay ninguna diferencia apreciable entre los dos puntos.

Ah, ahora usted me dice que usted me puede mostrar la diferencia entre los dos puntos: se va a conectar un voltímetro a los dos puntos, y que muestra la tensión entre ellos!

Seguro, el voltímetro nos está diciendo que algo ha sucedido entre los dos puntos. Pero el voltímetro no nos dice nada inherente en los puntos a sí mismos, a diferencia de los dos terminales de una batería, donde existe una diferencia significativa entre los dos puntos: uno tiene más electrones que el otro-que es un muy inherente, la diferencia concreta.

Supongo que lo que podemos decir es que los electrones que viajan en un punto justo antes de que la resistencia se viaja con más energía que los electrones que viajan en un punto justo después de la resistencia. Pero ¿hay alguna manera de observar la diferencia de energía distinta de un dispositivo que simplemente nos dice que la cantidad de energía se ha reducido entre los dos puntos?

Permítanme tratar de otra manera: también podemos conectar un voltímetro a los dos terminales de la batería, y la lectura indicaría que no hay tensión entre los dos terminales. Y si yo le pido que sí, pero de lo que se trata de esos dos puntos que está causando que el voltaje, se podría decir, entonces, que, seguro: mira la diferencia de electrones entre los dos puntos -- que es la causa por la que la lectura del voltímetro.

En contraste, cuando se conecte el voltímetro a los puntos antes y después de la resistencia, y la lectura indica un voltaje entre los dos terminales. Pero en este caso si que ahora tendría que hacerle la misma pregunta: sí, pero de lo que se trata de esos dos puntos que está causando la tensión, no estoy seguro de si tendría una respuesta.

Creo que esta crucial diferencia fundamental entre los dos sentidos de la tensión generalmente se pierde en tales discusiones.

33voto

Mr.Nobody Puntos 16

Tal vez me puede aclarar lo que estoy tratando de lograr con la famosa noria de agua analogía

99 años, Nehemías Hawkins publicado lo que yo creo que es un poco mejor analogía:

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Fig. 38. - Hidrostática analogía de la caída de potencial en un circuito eléctrico.


Explicación del diagrama de arriba

  • En este diagrama, una bomba en el centro de la parte inferior es el bombeo de agua desde la derecha a la izquierda.
  • El agua circula de vuelta a la partida a través de la parte superior de la tubería horizontal marcada a-b
  • La altura de agua en la vertical de las columnas C,m',n',s',D indica la presión en los puntos a,m,n,o,b
  • La presión de las gotas de una a b debido a la resistencia del estrecho de la ruta de retorno
  • La diferencia de presión entre un y b es proporcional a la diferencia de altura entre C y D

Analogía

  • Bomba = Batería
  • Agua = portadores de carga Eléctrica
  • Presión = Voltaje
  • Tubos Verticales = Voltímetros
  • la tubería a-b = Resistencia (o de una serie de cuatro resistencias)

Nota

  • Una "partícula" de agua en una tiene un mayor potencial de energía que la que se tiene cuando se llega a b.

Hay una caída de presión a través de un "resistente" del tubo.

Voltaje (potencial eléctrico) es análoga a la del agua (presión hidrostática).

Si se puede abrir un pequeño agujero en los puntos a,m,n,o,b en el tubo y mantenga su dedo contra el agujero, usted sería capaz de sentir la presión en esos puntos es diferente.

El potencial en algún punto es la cantidad de energía potencial de una "partícula" en ese momento.


sería de gran ayuda si alguien pudiera aclarar en lo tangible, de modo empírico podemos ver o medida que no ha sido un gasto de energía mediante la comparación de un punto en el circuito antes de la resistencia y un punto en el circuito después de la resistencia.

  1. La compra de un 330 ohm 1/4 vatio y una pila 9V PP3
  2. Lugar de la resistencia a través de los terminales de la batería
  3. Coloque el dedo sobre la resistencia.
  4. Esperar.

10voto

Daniel Broekman Puntos 1951

"tensión" es la fuerza causada por el desequilibrio de carga que hace que la presión para que los electrones viajen de una carga negativa de terminal para una carga positiva terminal,

Nope, el voltaje no es una fuerza. El voltaje es la diferencia en la energía potencial por unidad de carga. Más precisamente: el potencial eléctrico es la energía potencial por unidad de carga (como $gh$ es la energía potencial gravitatoria por unidad de masa), y un voltaje (un.k.una. diferencia de tensión a una.k.una. caída de voltaje) es una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos.

El real valor de potencial eléctrico en cualquier punto no tiene significado físico; sólo su diferencia en relación con el potencial eléctrico en algún otro punto, es decir, el voltaje, es significativa y mensurable. Esto significa que toda la idea de tensión está intrínsecamente vinculado a una opción de dos puntos. No hay mediciones que se pueden hacer en un solo punto, sólo que le dirá nada acerca de la tensión o potencial eléctrico. Sin embargo, si usted tiene dos puntos, se puede determinar la tensión entre ellos empujando una unidad de carga de un punto a otro y la medición de la cantidad de trabajo que lleva (o da). Esta es la forma en que podemos establecer voltajes en un circuito con elementos resistivos: mover una carga a través del circuito de un punto a otro y ver cuánta energía necesita ser hecho para llegar allí.

La razón por la que toma la energía es fundamentalmente complicado, que tiene que ver con la mecánica cuántica efectos, sino como un áspero modelo clásico, se podría decir que los electrones pierden energía de la colisión con los átomos y moléculas de la resistiva material, y que usted necesita para poner en la energía suficiente para compensar esas pérdidas.

9voto

staticsan Puntos 14435

Voltaje (Joule por coulomb) es una medida de la energía potencial eléctrica adquirida por una carga positiva de prueba, o el trabajo realizado para mover una carga positiva de prueba desde el infinito hasta un punto positivo en el campo eléctrico. Esta energía obtenida es debido a la conservadora fuerza electrostática entre la carga. Cuando el pago de las ganancias potenciales que, naturalmente, no funciona igual a su ganado de la energía para restaurar su posición neutral, por definición infinito.

La diferencia de potencial es una medida de la tensión entre dos puntos de un campo eléctrico. La diferencia de potencial es el potencial respecto a un punto fijo en un campo eléctrico en lugar de infinito. La diferencia de potencial no debe ser confundido como la diferencia de carga entre dos terminales. La diferencia es lo que provoca una tensión (energía obtenida mediante una prueba de carga en un campo eléctrico). A menos que haya una diferencia de carga, el campo no puede ser establecido y por lo tanto no hay ningún potencial.

En un circuito, una batería que proporciona la diferencia de potencial entre dos terminales haciendo el trabajo contra el campo eléctrico, para dar a los electrones la energía potencial. Una vez que estos cargos obtener esta energía potencial, que, naturalmente, hacer el trabajo para llegar a sus posiciones neutrales por el cambio de la energía potencial a energía cinética que las unidades de corriente a través del circuito. Pero dado que los electrones viajan a través de un medio que pierden algo de esta energía en forma de calor debido a la colisión con los átomos o moléculas. Una medida de la energía que se pierde/gastado entre dos puntos de un circuito es conocido como la caída de potencial. La caída de potencial aumenta con la resistencia.

Debido a la ley de conservación de la energía, la suma de todas las caídas de voltaje debe ser igual al voltaje aplicado según lo declarado por la segunda ley de kirchoff. Por lo tanto, habrá una mayor caída de voltaje a través de una carga en un circuito si la resistencia total del circuito es menor.

4voto

kasperasky Puntos 611

Considere un circuito con sólo una batería y un bucle de alambre. El alambre tiene idealmente resistencia cero, que significa que el Voltaje entre dos puntos cualesquiera en el cable será de cero! $V=IR= I\times0=0$ $^1$

Ahora, considere el circuito que usted menciona (es decir, con una resistencia). La resistencia va a causar una disminución en el flujo de corriente - siguiendo la ley de ohm que usted conoce tan bien. ¿Qué significa eso? Así el voltaje a través del resistor debe ser igual a la de la fuente. I. e. $|V_{resistor}|=IR=|V_{Battery}|$. Tenga en cuenta que, idealmente, no hay caída de voltaje está presente si la sonda el voltaje a través de cualquier segmento de alambre (como antes).

¿Por qué se llama una caída de tensión? La suma de todos los voltajes en un bucle debe ceder el paso cero. Así que el técnicamente tendríamos $V_{battery} +V_{resistor}=0$. (Ver Kirchoffs circuito de leyes, específicamente Kirchoffs Voltaje de la Ley)

Hablar de "caída de voltaje" es sólo una manera fácil de decir que de Potencia de la fuente de la batería es ir a un lugar - como usted ha señalado "la Liberación de la energía". Así, en circuitos más complicados que usted puede mantener un registro de las cosas en términos de caídas de voltaje a través de los diferentes componentes.

Edit: otro ejemplo. Considere ahora un circuito con dos resistencias en serie. La caída de tensión en tanto el total debe ser como hemos comentado antes, pero la caída de voltaje a través de cada resistencia individual será ponderado por su valor.

$V_{batterry}=I(R_1+R_2)$

Caídas de tensión:

$V_1=IR_1$

$V_2=IR_2$

$^1$ En bienes de circuitos, cables tienen una muy baja resistencia.

2voto

Kitchi Puntos 2740

Confío en que usted ha leído las páginas de Wikipedia en tensión y caídas de voltaje.

De todos modos, esto no es particularmente rigurosa, pero ayuda con la intuición. Una resistencia, como el nombre lo indica, trata de resistir el flujo de corriente a través de él. Lo que realmente significa es que hay menos "libre" de los electrones en el material para ayudar con el flujo de la corriente. Si los electrones están fuertemente unido al átomo, tienden a no querer moverse, por lo que hay más resistencia al flujo de corriente.

Una diferencia de tensión es el eléctrico diferencia de potencial entre dos puntos en el circuito, y la corriente fluye en una dirección en la que la diferencia de potencial que puede ser minimizado. Así que cuando fluye una corriente a través de un resistor (Nota: En un circuito, los cables son generalmente supone ser de resistencia cero), se encuentra que es difícil(er) para el flujo a través de la resistencia, pero todavía hay una energía que fluye "dentro" de la resistencia. Y todos sabemos que la energía tiene que ser conservado a toda costa.

Así que lo que efectivamente sucede es que parte de esta energía se pierde cuando la corriente fluye a través de la resistencia, ya sea porque se gasta energía en tratar de obtener esos estrechamente ligado electrones a salir de sus átomos de o en forma de calor. Esto significa que en el otro lado de la resistencia, ha habido cierta pérdida de energía, que realmente significa que el voltaje en ese punto es menor que en el punto antes de la resistencia. Por lo tanto hay menos "empujar" para que el electrón para llegar a el lado con menor potencial, debido a la pérdida de energía.

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