Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно

[EUgeneUS]

GuitarFan

Цитата:

Не способен я это понять, не достаточно интеллекта.

Рекомендую такое понимание:

"Ток бывает постоянным — это когда носители заряда строятся в колонны и уныло двигаются в одну сторону, или переменным — когда они двигаются все вместе то туда, то сюда. Несмотря на, казалось бы, бессмысленное болтание, переменный ток может передавать энергию так же, как и постоянный.
Не нужно путать ток и напряжение. Ток — это движение, напряжение — это тяга. Чтобы понять эту тонкую разницу: пример из жизни. Алкоголик испытывает непреодолимую тягу к фуфырику. Это напряжение. Когда живительная влага льётся в измученный нарзаном организм — это ток. Передаваемая энергия линейно зависит как от напряжения, так и от тока. Грубо говоря, удовлетворение тем выше, чем выше желание и интенсивность процесса." Взято отсюда: http://lurkmore.to/_/145733#mws_noMXnhh

[Munin]

GuitarFan в сообщении #1178044 писал(а):

Меня просто очень сбивает с толку слово РАБОТА. Работа для меня это очень не конкретное слово... Работа электрического поля по перемещению заряда и есть напряжение, как я понял. Но я не могу представить и визуализировать это у себя в голове.

«Работа» в физике - это просто число. Оно вводится, чтобы измерить передачу энергии от одного тела к другому телу. А именно, если к телу приложена сила $F,$ и тело при этом сдвигается на перемещение $s,$ то величина работы вычисляется как

$$A=F\cdot s\cdot\cos(\widehat{Fs}),$$

где $\widehat{Fs}$ - угол между направлением силы и направлением перемещения. И именно такая энергия была передана этому телу со стороны источника этой силы. Обратите внимание, что перемещение может быть направлено не туда же, куда направлена сила. Это может быть из-за того, что тело разогналось и движется по инерции; из-за того, что на тело действует несколько сил, и наша $F$ - только одна из них; из-за того, что движение тела ограничено (как у вагона рельсами), и оно может двигаться не во всяком направлении, и так далее.

Это случай, когда сила постоянна, а тело движется по прямой линии. Если это не так, то движение тела разбивают на "бесконечно малые" кусочки $ds,$ и рассматривают силу $F(\textit{для данного \(ds\)}),$ которая действует на тело именно в момент прохождения этого кусочка. Тогда получается "бесконечно малый кусочек работы"

$$dA(\textit{для данного \(ds\)})=F(\textit{для данного \(ds\)})\cdot ds\cdot\cos(\widehat{F\,ds}).$$

Здесь буква $d$ - это не какая-то новая величина, а "приставка", которая примерно означает как раз "бесконечно малый кусочек" или "бесконечно малое изменение". Но поскольку нас интересует работа в целом, то нам надо сложить все эти кусочки, то есть вычислить сумму

$$A=F_1\cdot ds_1\cdot\cos(\angle_1)+F_2\cdot ds_2\cdot\cos(\angle_2)+\ldots+\Bigl(F(\textit{для данного \(ds\)})\cdot ds\cdot\cos(\widehat{F\,ds})\Bigr)+\ldots$$

(здесь в скобках написан общий вид какого-то произвольного слагаемого этой суммы где-то посередине). Такие суммы в математике вычисляются часто, и для них вводится отдельный значок и отдельное понятие - "интеграл", и записываются они как

$$A=\int\Bigl(F(\textit{для данного \(ds\)})\cdot ds\cdot\cos(\widehat{F\,ds})\Bigr).$$

Кроме нового значка, здесь ничего не изменилось, это та же самая формула. Чтобы "визуализировать" её в голове, надо представить себе какую-то кривую линию, разбитую на короткие участки $ds,$ каждый из которых приблизительно прямая линия. Для каждого участка мы вычисляем своё отдельное число $dA,$ и потом их складываем для всей кривой линии.

Теперь возьмём в качестве тела заряд (заряженную частичку, такую как электрон, или просто заряженная металлическая пылинка), а в качестве силы - электрическую силу. Мы знаем закон, что в одних и тех же условиях на разные заряды действуют разные силы, пропорционально величине заряда $q.$ Если величина заряда увеличится вдвое, то и сила увеличится вдвое (например, если маленькая частица металла будет заряжена вдвое сильнее). Обратите внимание, что если заряд станет противоположным (изменится с положительного на отрицательный, или наоборот), то сила станет действовать в обратную сторону. Это всё выражается формулой

$$F=E\cdot q,$$

в которой мы ввели специальный коэффициент $E,$ который не связан с зарядом, а показывает те условия, в которые попадает заряд - электрическое поле. И поскольку все электроны заряжены одинаково, то очень часто про электрическое поле можно думать как просто про силу, действующую на каждый электрон (с той поправкой, что электроны заряжены отрицательно, и сила на электрон на самом деле направлена против поля). В одном месте пространства на электрон подействует одна сила, а в другом месте - другая, и поэтому электрическое поле разное в разных точках пространства. Мысленно мы можем внести электрон в любую точку пространства, и поэтому считают, что электрическое поле существует во всём пространство одновременно. К тому же, оно может ещё и изменяться со временем, и это очень трудно вообразить. Приходится "визуализировать" всё пространство, заполненное "стрелочками", разной величины, и смотрящими в разные стороны, и к тому же, всё это ещё и шевелится. В начале не стоит пытаться разобраться во всём этом полностью.

Сосредоточимся на одном проводе. Мы можем представить себе электрическое поле - оно, по сути, интересует нас только в проводе, то есть в каждой точке провода мы задаём величину и направление поля. С другой стороны, и электроны могут двигаться только вдоль провода. И в такой ситуации, мы можем взять предыдущие формулы, и поделить их все на $q$ электрона. Тогда у нас получается:

$$\begin{gathered} \begin{aligned} F & \xrightarrow{\,\,/q\,\,} E \\ A & \xrightarrow{\,\,/q\,\,} U \end{aligned} \\ dU(\textit{для данного \(ds\)})=E(\textit{для данного \(ds\)})\cdot ds\cdot\cos(\widehat{E\,ds}) \\ U=\int\Bigl(E(\textit{для данного \(ds\)})\cdot ds\cdot\cos(\widehat{E\,ds})\Bigr). \end{gathered}$$

[GuitarFan]

wide в сообщении #1178281 писал(а):

Т.е. мы приходим к понятию напряжения, как величины, равной разности потенциалов. Необходимо понимать, что потенциал, это характеристика электрического поля, а не электрона. Причем поле зависит от разности потенциалов, а не от абсолютных их значений.

Напряжение как разность потенциалов мне более-менее понятно. Я сейчас пытаюсь понять термин: Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B. А в этом термине я пытаюсь понять что такое работа, от чего она зависит и как высчитывается.

[Munin]

В общем, работу в школе изучают за пару лет до электричества. Не стоило приступать к электрическим цепям, не разобравшись с более предварительным материалом...

[GuitarFan]

Munin в сообщении #1178381 писал(а):

«Работа
» в физике - это просто число. Оно вводится, чтобы измерить передачу энергии от одного тела к другому телу. А именно, если к телу приложена сила $F,$ и тело при этом сдвигается на перемещение $s,$ то величина работы вычисляется как

$$A=F\cdot s\cdot\cos\widehat{Fs},$$

где $\widehat{Fs}$ - угол между направлением силы и направлением перемещения. И именно такая энергия была передана этому телу со стороны источника этой силы. Обратите внимание, что перемещение может быть направлено не туда же, куда направлена сила. Это может быть из-за того, что тело разогналось и движется по инерции; из-за того, что на тело действует несколько сил, и наша $F$ - только одна из них; из-за того, что движение тела ограничено (как у вагона рельсами), и оно может двигаться не во всяком направлении, и так далее.

Судя по этому термину, работа это сила приложенная к телу умноженная на расстояние и умноженная на угол между направлением силы и направлением перемещения.
Сила которая действует в электрической цепи это электрическое поле, которое толкает заряженную частицу, верно?
s - расстояние цепи.
ну и угол.
То есть если напряжение это работа по перемещению 1 заряда из точки А в точку Б, то можно ли сказать что Напряжение это сила которая действует на заряд (сила электрического поля) умноженная на расстояние цепи и на угол? А в проводнике направление силы и направление перемещения еще и совпадает наверное?

[Munin]

GuitarFan в сообщении #1178387 писал(а):

Судя по этому термину, работа это сила приложенная к телу умноженная на расстояние и умноженная на угол между направлением силы и направлением перемещения.

Это - как её вычислить.

А по сути, работа - это переданная энергия. Что такое энергия, вы в курсе?

GuitarFan в сообщении #1178387 писал(а):

Сила которая действует в электрической цепи это электрическое поле, которое толкает заряженную частицу, верно?

Да.

GuitarFan в сообщении #1178387 писал(а):

То есть если напряжение это работа по перемещению 1 заряда из точки А в точку Б, то можно ли сказать что Напряжение это сила которая действует на заряд (сила электрического поля) умноженная на расстояние цепи и на угол?

Дело в том, что сила на протяжении провода обычно меняется. И угол тоже.

И кстати, не "умноженная на угол", а умноженная на косинус угла. Что такое косинус, вы в курсе?

GuitarFan в сообщении #1178387 писал(а):

А в проводнике направление силы и направление перемещения еще и совпадает наверное?

Вот не всегда. Но если сила действует поперёк проводника, то электроны всё равно не могут вырваться из проводника. Они только скапливаются на границе проводника, и могут толкать сам проводник. Это используется в эффекте Холла, и в электромагнитных двигателях. А они повсеместны: их полно вокруг вас, в холодильниках, стиральных машинах, микроволновках, в винчестерах и кулерах ваших компьютеров, в комнатных вентиляторах и фенах, и так далее.

[GuitarFan]

Munin в сообщении #1178413 писал(а):

А по сути, работа - это переданная энергия. Что такое энергия, вы в курсе?

Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια — действие, деятельность, сила, мощь) — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Сейчас я работу представляю как количество мелких хаотичных движений, чем больше напряжение тем больше этих мелких заряженных частичек и тем быстрее они двигаются.

Munin в сообщении #1178413 писал(а):

И кстати, не "умноженная на угол", а умноженная на косинус угла. Что такое косинус, вы в курсе?

Да, забыл написать. Примерно понятно, но углубленно я это не изучал.

В форуме работы сила умноженная на расстояние и на косинус угла силы. Сила это электромагнитное поле. То есть это сила стремления заряженных частиц, перейти от более заряженных частей к менее заряженным (и наоборот), сила отталкивания или притягивания электронов или протонов, верно? Чем больше (или меньше) у ядра электронов/протонов, тем сильнее эта притягательная или отталкивающая магнитная сила и тем сильнее соответственно значение F в работе. Верно понимаю?

[GuitarFan]

И еще в сети нашел такую формулу:
Напряжение = сила тока * сопротивление.
А вы писали что напряжение F * s * cos Fs.
Почему такие разные формулы?
Первая формула тоже верна?

[arseniiv]

(Оффтоп)

Ну это уже или троллинг, или нежелание банально вчитываться.

[Munin]

GuitarFan в сообщении #1178646 писал(а):

Сейчас я работу представляю как количество мелких хаотичных движений, чем больше напряжение тем больше этих мелких заряженных частичек и тем быстрее они двигаются.

У вас в голове всё перемешалось. "Мелкие хаотичные движения" - это относится к молекулам и к электронам. Работа-то тут при чём?

GuitarFan в сообщении #1178646 писал(а):

Эне́ргия (др.-греч. ἐνέργεια — действие, деятельность, сила, мощь) — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Не читайте философских рассуждений. Откройте учебник по физике для 9 класса, и его читайте! У вас нуль в голове, зачем вам напряжение в электрике?

GuitarFan в сообщении #1178683 писал(а):

И еще в сети нашел такую формулу

Вам надо найти в сети не формулу.

Вам надо найти в сети место, где можно скачать такие книги:
Ландсберг. Элементарный учебник физики.
Физика. 7-11 класс. Любых авторов.
Потом скачать их, и читать их. И в сеть больше не лазить! Пока не прочитаете хотя бы про механику, механическую работу и энергию.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы).

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.