2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




На страницу Пред.  1, 2, 3, 4  След.
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 19:53 
realeugene в сообщении #1177297 писал(а):
Да! В электротехнике это отдельная от зарядов сущность.


в электротехнике и напряжение и ток это вообще базовые величины ни на какие "подробности" не раскладывающиеся, зарядов в ней вообще нет. но вопрос то был про подробности, то есть заведомо вне электротехники.

realeugene в сообщении #1177297 писал(а):
Её проще начинать изучать с электростатики, так как электростатика всё равно нужна, и в электростатике нет токов


с какого бока в электротехнике нужна электростатика? электростатика это как раз и есть зависимость поля и потенциалов от распределения зарядов

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 19:58 
rustot в сообщении #1177300 писал(а):
с какого бока в электротехнике нужна электростатика? электростатика это как раз и есть зависимость поля и потенциалов от распределения зарядов

С того, что в конечном итоге напряжение - это разность потенциалов, которую можно измерить только по действию градиента потенциала на элементарный заряд. Но в электростатике нет токов зарядов, и связанных с ними усложнений. Так что, если нужно понять связь потенциалов с зарядами - то нужно учить электростатику, но потом для большей части электротехники, в которой нет свободных зарядов, это знание оказывается излишним. За исключением изучения конденсаторов. Формально можно и до КЭД дойти в попытках всё объяснить, разумеется.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 20:08 
realeugene в сообщении #1177304 писал(а):
С того, что в конечном итоге напряжение - это разность потенциалов, которую можно измерить только по действию градиента потенциала на элементарный заряд.


И формируются эти потенциалы не магическим путем а только распределением заряда в пространстве и ничем иным

realeugene в сообщении #1177304 писал(а):
За исключением изучения конденсаторов


Конденсатор в электротехнике это двуполюсник со свойством $I = k \frac{d}{dt}U$, ничего про его устройство в электротехнике знать не нужно. Это столь же избыточное знание как и знание того что потенциал проводника формируется распределением по нему заряда и изменяется потенциал проводника за счет нарушения закона кирхгофа. Если же это требуется учесть то в электротехнике это решается добавлением фиктивных двуполюсников в схему

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 20:13 
Аватара пользователя

(Оффтоп)

realeugene в сообщении #1177304 писал(а):
нужно учить электростатику, но потом для большей части электротехники, в которой нет свободных зарядов, это знание оказывается излишним.
Угу. А потом с периодичностью раз в пять лет в Phys.Rev'e появляется статья, в которой автор делает великое открытие - оказывается, провод, по которому течет постоянный ток заряжен. А ещё подходит молодой человек, и просит объяснить, почему результаты его СВЧ измерений зависят от геометрии измерительных шин, хотя его еще в школе научили, что разность потенциалов не зависит от пути переноса заряда.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 21:08 
Цитата:
как раз не опосредованно. напряжение один из способов описания потенциального электрического поля, формируется такое поле только распределением зарядов. так что если вопрос о том чем же "практическим" отличаются два разных напряжения при прочих равных - то разным распределением зарядов его формирующих

То есть если по простому чем плотнее заряды то тем больше вольтаж и наоборот?

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 21:19 
GuitarFan в сообщении #1177319 писал(а):
То есть если по простому чем плотнее заряды то тем больше вольтаж и наоборот?


На сколько зарядов одного знака больше в данном объеме чем зарядов другого знака. Суммарно зарядов обоего знака может быть сколь угодно много и набиты они могут быть в объем очень плотно, но значение имеет только разность между ними - вот только эта разность учитывается в "плотности заряда". Вот этот нескомпенсированный заряд создает электрическое поле, которое описывается в том числе и напряжением. Величина электрического поля - это сила приложенная к заряду. Величина напряжения между двумя точками - это величина РАБОТЫ данной силы при перемещении заряда между этими точками.

Вот есть сила тяжести $\vec{F} = m \vec{g}$, а есть та же сила описанная в виде работы при перемещении тела из одной точки в другую $\int \vec{F} \vec{dr} = - m g \Delta h$. Вот между величиной поля и напряжением такая же зависимость. Описывается по сути одно и то же но разными способами. Поле описывает величину силы приложенную к заряду находящемуся в конкретной точке, напряжение описывает комплексно разные силы приложенные к заряду по всей траектории его движения между двумя точками, информация о том какие именно силы в каждой из точек этого пути при этом прикладываются - теряется, но и эта "суммарная" величина тоже полезна.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 21:22 
GuitarFan в сообщении #1177319 писал(а):
То есть если по простому
Не пытайтесь сводить всё к такому простому «одно это другое». Сложность описания таким образом равномерно распределить не получится.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение15.12.2016, 22:10 
amon в сообщении #1177310 писал(а):
почему результаты его СВЧ измерений зависят от геометрии измерительных шин
Зачем подпускать таких людей к измерениям СВЧ?

В СВЧ, кстати, плотности зарядов тоже не особо интересны. Иные задачи - иные модели. Важна пространственная форма моды, электрическое поле в которой перпендикулярно проводящей поверхности. А какие там заряды мало когда интересно, тем более, что связь тривиальна. Да и не важны свободные заряды и потенциалы на переменном токе. Важны только токи в стенке. Если человек этого не знает, то что он там вообще делает?

amon в сообщении #1177310 писал(а):
оказывается, провод, по которому течет постоянный ток заряжен
Гы. И по которому не течёт ток, тоже бывает заряжен. И крыша дома заряжена. Сотня вольт на метр напряженности поля вблизи поверхности Земли как-никак. Бедные чистильщики снега на крышах! Правда, макушка у них под открытым небом тоже заряжена. Наверное, это их и спасает от поражения электричеством. Не в грозу, конечно, а в ясную погоду.

Значит, опасно без шапочки из фольги ходить, а то страшный заряд на макушку натечёт. Расскажите это электрикам, пусть знают про свои настоящие риски и как от них спасаться.

Так к чему это я? И какое же это всё имеет отношение к электротехнике? Я это всё к тому, что все эти вызванные свободными зарядам и разности потенциалов и сами свободные заряды не имеют никакого отношения к электротехнике, в которой нас интересуют только достаточно большие токи и напряжения, формируемые достаточно низкоомными источниками тока, которые могут вызвать протекание заметных постоянных токов при подключении между этими проводниками резистора. Иные задачи - иные модели. Акцентирование внимания на несущественных вещах способно лишь запутать изучающего предмет. Так что, электростатика отдельно, закон Ома - отдельно. И углубление в связь между ними только после освоения и того, и другого. ТС, явно, решил через них перескочить.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение18.12.2016, 12:40 
Цитата:
На сколько зарядов одного знака больше в данном объеме чем зарядов другого знака.

То есть я правильно предполагал, что количество зарядов одного знака в источнике заряда больше чем другого и влияет на вольтаж. Почему-то мне сказали что я несу бред. Вроде бы уже чуть понятнее стало.
Цитата:
Величина электрического поля - это сила приложенная к заряду. Величина напряжения между двумя точками - это величина РАБОТЫ данной силы при перемещении заряда между этими точками.

Меня просто очень сбивает с толку слово РАБОТА. Работа для меня это очень не конкретное слово. Я могу сказать что я работаю, но что именно я делаю это слово не говорит. Работа электрического поля по перемещению заряда и есть напряжение, как я понял. Но я не могу представить и визуализировать это у себя в голове.
То есть если я возьму 2 точки в цепи напряжения и в одном случае работа электрического поля по перемещению будет одна, а в другом случае эта работа будет больше - я не могу представить чем эта большая работа отличается. Там скорость перемещения больше? Заряд быстрее пройдет от точки А в точку Б? Или может сила отталкивания зарядов?

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение18.12.2016, 12:52 
GuitarFan в сообщении #1178044 писал(а):
Меня просто очень сбивает с толку слово РАБОТА. Работа для меня это очень не конкретное слово. Я могу сказать что я работаю, но что именно я делаю это слово не говорит.
О, это тогда ваша главная ошибка. В физике понятие энергии - одно из центральных, понимание которого, разумеется, в контексте закона сохранения энергии, сильно упрощает понимание всего остального.

Работа, разумеется, подразумевается не всякая, а механическая. Представьте, что кто-то играет в боулинг, а вы достаёте ему шары из ямы. Чем из более глубокой ямы вы достаёте шар - тем большую работу вы совершаете. В том числе, и в терминологии физики.

Можете представить что источник питания перекидывает эти шары-заряды между двумя полками-проводами. Напряжение - это просто разность высот между этими двумя полками. Чем на большую высоту поднимается шар, тем большую работу совершает источник питания при его поднятии. И тем с большим грохотом свалится этот шар потом с верхней полки на нижнюю, провалившись в какую-нибудь дырку.

А само количество зарядов на верхней полке к напряжению отношения не имеет. Представьте, что верхняя полка маленькая, и шары с ней не сваливаются. Тогда, когда она заполнится, источник питания больше не сможет поднимать на неё новые шары, и ток шаров с нижней полки на верхнюю прекратится. Если же в верхней полке проделать дырку, то шары с неё нагнут сваливаться, на ней появится свободное место, источник начнёт их опять поднимать вверх, и появится непрерывный ток шаров по кругу, поднимаемых источником и сваливающихся в дырку.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение18.12.2016, 13:02 
Аватара пользователя
GuitarFan в сообщении #1178044 писал(а):
Я могу сказать что я работаю, но что именно я делаю это слово не говорит.

Ну, в физике слову "работа" такой смысл и не придают. Это термин, возникающий ещё в механике, довольно формальный термин, нужно сказать. Например, есть теорема о приращении кинетической энергии. Если на тело действует некоторая сила, то приращение кинетической энергии тела равно работе этой силы. Здесь настолько просто трактовать не получится (т.е. насчёт скорости говорить не нужно, как Вы сказали), но к общему представлению что-то добавится, наверное.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение18.12.2016, 14:14 
 !  GuitarFan, указывайте, пожалуйста, авторов цитат. Сделать это можно следующим образом: выделить мышью текст, который Вы хотите процитировать, и нажать кнопку "Вставка" в нижней части цитируемого сообщения.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение18.12.2016, 14:18 
GuitarFan в сообщении #1178044 писал(а):
То есть я правильно предполагал, что количество зарядов одного знака в источнике заряда больше чем другого и влияет на вольтаж. Почему-то мне сказали что я несу бред. Вроде бы уже чуть понятнее стало.


Их в источнике вообще то всегда поровну и положительных и отрицательных. Источник двигает их одни относительно других, поэтому на одном его контакте больше оказывается положительных а на другом отрицательных, значение имеет только величина этого дисбаланса, а не общее количество заряда. Вот насос допустим качает воду, воды в насосе сколько было столько и остается и когда он включен и когда он выключен, значение имеет разность давлений которую он создает на входе и выходе

GuitarFan в сообщении #1178044 писал(а):
Меня просто очень сбивает с толку слово РАБОТА. Работа для меня это очень не конкретное слово.


А не нужно пытаться догадаться о значении физических терминов по бытовом смыслу используемых в них слов, я вообще не могу припомнить случая когда бы они хоть отдаленно совпадали

Посмотрите например в энциклопедии - http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3206.html

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение19.12.2016, 09:53 
GuitarFan в сообщении #1176338 писал(а):
... В голове каша и хочется понять что это за интересная вещь такая - напряжение и чем отличается разное напряжение, и как себя ведут частицы в цепях с разным напряжением. ...

Для понимания необходимо пролистать школьный учебник, например Мякишев. Электродинамика 10-11 класс. Там достаточно ясно освещен вопрос возникновения тока и роли напряжения в цепи на начальном уровне.

Вот, приблизительно, как обстоят дела.
Есть заряженная частица, допустим электрон. Если она находится в вакууме, то ее достаточно "пнуть" и она полетит далеко, далеко. Если таких частиц много и их кто-то "пнул", то мы можем рассмотреть некую площадь, перпендикулярную их скорости и сказать, что через нее течет ток. В данном случае в любом месте траектории будет одинаковый ток.

Но теперь рассмотрим проводник, в первом приближении мы можем сказать, если по каким-то причинам образовался ток (пока не важно по каким причинам он образовался), то на электроны будет действовать некая сила "трения", которая их замедляет (для первоначального понимания говорят, что электроны сталкиваются с ионами решетки, на самом деле причина замедления несколько иная, но на это пока обращать внимание не стоит). Вот и получается, для поддержания постоянного тока в каждом поперечном сечении проводника, необходима некоторая сила, которая будет "компенсировать" силу "трения". Эта сила есть напряженность электрического поля. Т.е. в отличии от электростатики, где в проводнике электрическое поле равно нулю, при постоянном токе в проводнике существует электрическое поле. Причем это поле в каждом сечении проводника постоянно, его называют стационарное поле.
Теперь идем дальше, мы постоянный ток связали с постоянным электрическим полем в проводнике, но для существования такого поля необходимо, чтобы между двумя произвольными точками проводника была разность потенциалов. 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.
Теперь необходимо откатываться в электростатику и выяснять что такое и как рассчитывается потенциал в произвольной точке. И тут выясняется, для того, чтобы потенциал по длине проводника изменялся, необходимо чтобы плотность заряда вдоль проводника тоже менялась, т.к если плотность зарядов будет одинаковой, то не будет и электрического поля в проводнике.
Самое интересное тут то, что такое распределение плотности зарядов устанавливается в первоначальный момент замыкания цепи, в дальнейшем плотность не меняется, т.к. ток постоянный и на место одних электронов в единицу времени приходят другие, т.е. весь хоровод движется, а плотность не меняется.
Теперь посмотрим на источник тока, на его клеммах создается разность потенциалов, если их соединить проводом, то потенциал равномерно будет меняться от одной клеммы к другой по длине провода. Если взять одинаковый провод и соединить им один источник с разностью потенциалов 200 В, то по длине провода установится большое электрическое поле, т.к. на единицу длины провода потенциал будет изменяться на большую величину, чем если бы мы взяли источник с разностью потенциалов 2В. Т.к. поле больше, то и электроны летят быстрее и в единицу времени через поперечное сечение переносится больший заряд.

Теперь батарейка. Смотрим на клеммы. Внутри батареи действуют сторонние силы, которые разводят заряды по клеммам. Эти силы на минусовой клемме увеличивают плотность электронов (на положительной уменьшают), но чем там становится больше электронов, тем труднее туда добавить еще, т.к. чем больше электронов, тем больше электрическое поле, тем сильнее оно пытается эти электроны вернуть обратно в батарею. Вот и настает равновесие, когда на клеммах образуются некоторые плотности электронов, это и есть разность потенциалов. При соединении клемм проводником эта плотность начинает перераспределяться на проводнике, но ведь при этом, на минусовой клемме электронов становится меньше, и сторонние силы опять добавляют на клемму электронов. Т.о. плотность заряда устанавливается на проводнике, возникает электрическое поле в проводнике, устанавливается равномерный ток электронов. При этом на клеммах, пока не закончился "бензин" постоянно поддерживается плотность электронов, которая соответствует определенному потенциалу. Т.е. именно источник тока, разводя заряды на разные клеммы производит работу по перемещению зарядов по цепи.
Источники тока 200 В и 2 В отличаются тем, что первый может затолкать на отрицательную клемму больше электронов относительно положительной клеммы (т.к. важно именно не общее количество электронов на клемме, а их дисбаланс между отрицательной и положительной клеммой).

Еще интересно посмотреть на две батарейки, соединенных последовательно. Получается, что на средних клеммах (где минус соединен с плюсом) плотность электронов одинакова для минусовой клеммы одной батареи и плюсовой другой. Т.е. абсолютное количество электронов на каждой минусовой клемме двух батареек разное, а вот их количество относительно их же плюсовых клемм одинаковое.

 
 
 
 Re: Помогите понять что такое напряжение в электрике углубленно
Сообщение19.12.2016, 18:14 
realeugene в сообщении #1178048 писал(а):
Работа, разумеется, подразумевается не всякая, а механическая. Представьте, что кто-то играет в боулинг, а вы достаёте ему шары из ямы. Чем из более глубокой ямы вы достаёте шар - тем большую работу вы совершаете. В том числе, и в терминологии физики.

С этими примерами аналогиями мне наверное еще сложнее все понять, мне проще понять как оно на самом деле. Наверное мне нужно понять как эта работа высчитывается.
Как выражается эта работа в терминологии электричества? Судя по вашему примеру работа у вас зависит от глубины ямы) Но мне нужно понять напряжение, а для этого нужно понять работу. Сейчас у меня понимание напряжения выражается в работе, которую выполняет электрическое поле для перемещения заряда от точки А в точку Б. Я сейчас не понимаю эту работу, по-этому я пытаюсь заменить слово работа на что-то другое. Возможно если кто-то скажет как эта работа высчитывается я смогу понять напряжение. В контексте электричества работа в чем выражается? Зависит ли она от времени за какое заряд проходит от точки А в точку Б? Наверное еще зависит от сопротивления и может еще от скорости или от заряда или еще чего-то.

В сети нашел:
Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока в цепи.
Не уверен что это та работа о которой вы говорите. Это наверное для высчитывания мощности в ватах.
rustot в сообщении #1178063 писал(а):
Их в источнике вообще то всегда поровну и положительных и отрицательных. Источник двигает их одни относительно других, поэтому на одном его контакте больше оказывается положительных а на другом отрицательных, значение имеет только величина этого дисбаланса, а не общее количество заряда. Вот насос допустим качает воду, воды в насосе сколько было столько и остается и когда он включен и когда он выключен, значение имеет разность давлений которую он создает на входе и выходе


Наверное я понял. Судя по этой статье:
http://electrohobby.ru/elektr_napryazh_ ... tsial.html
Чем больше не хватает электронов вокруг ядер, тем сильней будет положительное поле и наоборот. То есть напряжение зависит от количества электронов или протонов вокруг ядер, что в свою очередь создает этот самый дисбаланс.

rustot в сообщении #1178063 писал(а):
А не нужно пытаться догадаться о значении физических терминов по бытовом смыслу используемых в них слов, я вообще не могу припомнить случая когда бы они хоть отдаленно совпадали

Посмотрите например в энциклопедии - http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3206.html

Посмотрел. Эти все формулы мне как козе баян. Не способен я это понять, не достаточно интеллекта.
Сейчас застрял на понимании работы для понимания напряжения. В сети есть формулы, но я не уверен что это то что мне нужно :)

 
 
 [ Сообщений: 56 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4  След.


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group