Как текущий знает, сколько нужно течь, прежде чем увидеть резистор?

В качестве примеров можно привести следующие схемы:

http://knol.google.com/k/-/-/1f4zs8p9zgq0e/lxzei8/ohm-1 .jpg

и

http://hades.mech.northwestern.edu/images/4/45/Parallel_resistors.gif

Как будет отображаться текущий I, какой поток? Пройдет ли какая-либо другая волна сначала в цепи, а затем вернется и сказать, что ток должен течь?

148 голосов | спросил Prabhanjan Naib 20 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowTue, 20 Sep 2011 22:15:06 +0400 2011, 22:15:06

12 ответов


142

Не уверен, что это то, о чем вы просите, но да, когда аккумулятор подключен, электрическая полевая волна перемещается от батареи вниз по проводам к нагрузке. Часть электрической энергии поглощается нагрузкой (в зависимости от закона Ома), а остальная часть отражается от нагрузки и возвращается обратно к батарее, некоторые поглощаются батареей (закон Ома снова), а некоторые отражают батарею, и т. д. В конечном итоге комбинация всех отскоков достигает стабильного стабильного значения, которое вы ожидаете.

Мы обычно не думаем об этом так, потому что в большинстве схем это происходит слишком быстро, чтобы измерить. Для длинных линий передачи это измеримо и важно, однако. Нет, ток не «знает», какая нагрузка до тех пор, пока волна не достигнет этого. До этого времени он знает только характеристический импеданс или "волновое сопротивление" самих проводов. Он еще не знает, является ли другой конец коротким замыканием или разомкнутой цепью или некоторым сопротивлением между ними. Только когда отраженная волна возвращается, она может «знать», что находится на другом конце.

См. Пример отражения схемы и Линейные эффекты передачи в высокоскоростных логических системах для примеров диаграмм решетки и график изменения напряжения в шагах с течением времени.

И в случае, если вы этого не понимаете, в вашей первой схеме ток равен в каждой точке цепи. Схема похожа на петлю трубопровода, наполненную водой. Если вы заставляете воду течь с насосом в одну точку, вода в каждой точке петли должна течь с той же скоростью.

Волны электрического поля, о которых я говорю, аналогичны волнам давления /звука, проходящим через воду в трубе. Когда вы перемещаете воду в одной точке трубы, вода на другом конце труб не изменяется мгновенно; возмущение должно распространяться через воду со скоростью звука, пока не достигнет другого конца.

ответил endolith 20 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowTue, 20 Sep 2011 23:02:57 +0400 2011, 23:02:57
23

Поскольку теория была охвачена, я поеду с грубой аналогией (надеюсь, я понимаю, что вы спрашиваете правильно, это не так понятно)

В любом случае, если вы представляете себе насос (аккумулятор), некоторые трубы заполнены водой (проводами) и секцией, где труба сужается (резистор)
Вода всегда там, но когда вы запускаете насос, она создает давление (напряжение) и заставляет воду течь вокруг цепи (тока). Сужение трубы (резистора) ограничивает поток (ток) до определенного количества и вызывает падение давления на нем (напряжение на резисторе, в данном случае равное батарее)

Со второй схемой (параллельно с двумя резисторами) достаточно ясно, что такое же количество тока, которое течет в верхнее соединение, должно вытекать из нижнего соединения (см. Kirchoff). Если резисторы одинаковы, то они будут поделитесь этим поровну. это может быть, хотя одна большая труба (провод) расщепляется на две более узкие трубы (резисторы), а затем снова сливается в одну большую трубу. Если они неравны, тогда один будет потреблять больше потока (тока), чем другой, но общий результат всегда будет составлять общее количество.

Вы можете задать один и тот же вопрос с водной аналогией - как вода «знает», сколько нужно течь? Потому что он ограничен шириной труб и давлением насосов.

EDIT. Кажется, вопрос, который задают, немного отличается от того, что я предполагал изначально. Проблема в том, что есть несколько разных ответов (как вы можете видеть) на разных уровнях абстракции, например. от закона Ома до Максвелла до квантовой физики. На отдельном электронном уровне я думаю, что у вас может возникнуть проблема из-за двойственности частиц и двойного пути (см. Эксперимент с двойной щелью с фотоном), упомянутого Маженко.
Обратите внимание, что причина, по которой я сказал выше, что «вода всегда есть», состоит в том, что сами электроны не течет при ~ 2/3 скорости света вокруг контура, а энергия от одного распространяется на следующий (вид) и так далее. Немного похожи на шары, отскакивающие случайно и друг с другом, со средней тенденцией в целом к ​​отскоку в направлении прикладного потенциала. Простейший способ думать об этом - это как линия снукерных мячей - если вы нажмете белый шар в один конец, энергия будет «передаваться» через все шары (они фактически не меняют положение), а затем мяч в другой конец оторвется.
Я чувствую, что квантовое объяснение может иметь что-то похожее: мы можем предсказать вероятность , что отдельный электрон «выберет» один путь (или окажется в одной конкретной области), но процесс не будет наблюдаемым непосредственно (т.е. теоретическая физика)

В любом случае, я думаю, что это отличный вопрос и нужен хороший ответ (попробуем и улучшим это, если позволит время), хотя на самом низком уровне лучше справиться с физическим стеком.

ответил Oli Glaser 20 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowTue, 20 Sep 2011 23:51:30 +0400 2011, 23:51:30
15

Сначала ток не знает. Предполагая, что в линии стоит большой поворотный переключатель, когда он открыт, он представляет собой огромный импеданс. (Емкостной) заряд нарастает по обе стороны от него; в частности, электроны толкуют отрицательный вывод, а на положительном конце отсутствует одинаковое количество электронов от нормального (заряд изображения). Поток тока пренебрежимо мал (fA *), поэтому на резисторе отсутствует потенциал. Электроны не имеют никакого сетевого движения или потока, потому что электростатическое отталкивание со своими соседями, включая большой пучок на переключателе, равно силе от внешнего смещения электрического поля.

Когда переключатель сначала закрыт, дополнительные электроны возле переключателя застегиваются на другой контакт, заполняя заряд изображения. Теперь, когда нет большой группы запугивающих электронов, которые отказываются двигаться и отталкиваться, остальные идут баллистически (hah! на самом деле , хотя) и начать прокручивать через схему.

Те, что находятся возле резистора и рядом с ним, сталкиваются ... сопротивление (c'mon; я должен был) . Существует не так много свободных электронов или сайтов, поэтому, в отличие от очень большого импеданса, представленного ранее коммутатором, заряд нарастает с обоих концов, поскольку нетерпеливые педерасты толкают место в очереди. Он продолжает нарастать до достижения равновесия: электростатическое поле из пучка электронов, ожидающих прохождения через резистор, равно внешнему смещению электрического поля.

В этот момент текущий знает , сколько потокового потока и не изменится [пока вы не поймете, что вместо 1,3-kohm вы помещаете резистор на 1,3 Ом, и он фри и разомкнутые цепи снова].

Если источник был полностью удален из системы вначале, начального емкостного заряда не было бы. Мгновенная связь с источником (переключатель DPST) привела бы к электрическому полю, распространяющемуся вдоль провода вблизи c , ускоряя и перетягивая электроны вместе с ним и приводя к тому же уходящему футболу стадиону -Тип толпы у резисторов. В случае с параллельными резисторами, однако, двери указанного стадиона могут иметь разную ширину, поэтому равновесные токи будут отличаться.

ответил tyblu 23 rdEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowFri, 23 Sep 2011 08:57:53 +0400 2011, 08:57:53
4

Каким образом ток в дельте реки «знает», какую ветку взять? «Ток» в каждом случае означает совокупный поток молекул воды или электронов, поэтому сначала замените вопрос «Как каждый электрон (или молекула) знает, куда идти»? Это не так; он просто пронесется в прямом локальном потоке, а на микро- или атомном уровне займет место уходящего впереди него. Итак, что происходит прямо в момент расхождения? Для наших макросов, направление, которое оно принимает, является случайным, распределенным как отношение (-ы) токов ветвления. На самом низком уровне некоторые незначительные нарушения будут подталкивать его так или иначе.

(Очень грубое описание /аналогии, я знаю - прощайте подразумеваемые неточности.)

ответил JRobert 23 rdEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowFri, 23 Sep 2011 00:21:29 +0400 2011, 00:21:29
4

«Знание» того, как поток течет, подразумевает знание, которое подразумевает разум.

Ток не интеллектуальный и не течет сам по себе. Ток тянут или «тянут» под нагрузкой - в этом случае резисторы.

Сумма тока, потребляемого нагрузкой, определяется законом ометов:

\ $ I = \ dfrac {V}, {R}, \ $

В первой схеме, которую достаточно просто вычислить.

Вторая схема немного сложнее. Вычисление \ $ I_S \ $ достаточно просто, если вы можете вычислить полное сопротивление:

\ $ \ dfrac {1} {R_T} = \ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} \ $

или

\ $ R_T = \ dfrac {R_1 \ times R_2} {R_1 + R_2} \ $

Затем количество тока, протекающего через каждое сопротивление, определяется отношением двух резисторов. Если резисторы совпадают, то ровно половина тока будет протекать через каждый. Если \ $ R_1 \ $ дважды \ $ R_2 \ $, то третья часть тока будет протекать через \ $ R_1 \ $ и две трети через \ $ R_2 \ $ (обратите внимание, что отношение тока противоположно сопротивлению отношение).

ответил Majenko 20 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowTue, 20 Sep 2011 22:36:05 +0400 2011, 22:36:05
3

Собственно, ток не знает, сколько нужно течь при t = 0.

Каждый резистор имеет некоторую емкость, так как они состоят из проводящих сторон, отделенных изолятором (хотя и не идеальным). Из-за этой емкости при t = 0 ток теряет столько же, сколько может обеспечить источник питания. Затем он замедляется через некоторое время до его нормального значения. Каждый практический резистор может быть смоделирован как резистор и конденсатор параллельно. Итак, ваша первая схема на самом деле является параллельной схемой R-C.


Кроме того, не забывайте, что поле E (электрическое поле) создает поле B (магнитное поле) и наоборот. Когда вы применяете напряжение на резисторе, что вы делаете, вы создаете электрическое поле внутри резистора. Это вызывает изменение состояния электрического поля (вы поднимаете электрическое поле от нуля до ненулевого значения). Изменение электрического поля создает магнитное поле и, наконец, создает поток тока.

Подробнее см. уравнения Максвелла .

ответил hkBattousai 22 ndEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowThu, 22 Sep 2011 21:46:57 +0400 2011, 21:46:57
3

Как известно текущее? Он знает из-за статистической механики (с участием Больцмана и позднее Ферми-Дирака, а затем Максвелла), когда фермионы (электроны) при определенной температуре стремятся занять объем проводника (металла), когда электроны летят свободными, как частицы идеального газа, и отскакивают против атомов. Скорость (энергия) отдельных частиц составляет около 1 км миль в секунду (меньше скорости света), скорость дрейфа - несколько миллиметров в секунду (см. Wiki «скорость дрейфа»). Среднее свободное расстояние отлета электронов определяет «проводимость». Наблюдая за потоком электронов, поведение электронов будет выглядеть как тенденция частиц поддерживать «электронейтральность», когда каждая локальная часть проводника содержит примерно равное количество электронов и протонов. Электроны заряжаются, поэтому они прикладывают силу отталкивания друг к другу. Причастность силы, скорости и массы во времени означает, что при ускорении и замедлении электронов испускаются и поглощаются виртуальные фотоны. Эти фотоны распространяются намного быстрее частиц и создают «давление». В целом в зависимости от материала, скорость стенки давления близка к скорости света. Его можно назвать «волной». Остальная часть истории лучше объясняется Эндолитом выше.

Числа для меди при комнатной температуре можно увидеть в этой статье .

TLDR: идеальный электронный газ со статистической механикой - Больцман - Ферми-Дирак - Максвелл -> Ohm

ответил 27 Maypm12 2012, 18:44:28
3

Никто не упомянул о том, что все схемы используют так называемую модель сосредоточенных элементов .

В схеме схема не является проводом в общем смысле, это упрощающая связь между узлами. Если вы хотите поэтапно описать, что происходит с текущим (или тем, что он «ощущает») по проводу, вам придется рисовать бесконечную серию пассивных элементов.

ответил Giancarlo Sportelli 5 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowFri, 05 Sep 2014 02:58:31 +0400 2014, 02:58:31
2

Лучшая аналогия, которая помогла мне понять это очень быстро и легко, я где-то встречался в Интернете, но не могу указать источник на данный момент. Если кто-то знает, где это, дайте мне знать, так что это может быть включено. Аналогия очень короткая, и это будет очень короткий ответ. Никаких формул. Так что это своего рода ненаучная, но элегантная аналогия и очень просто для человека, чтобы представить и понять.

Большинство людей воображают простые схемы, подобные примерам, например, пустой трубе или трубе, наполненной водой. Это отчасти связано с плодовитой аналогией потока воды.

В действительности это больше похоже на трубку, наполненную твердыми шарами, такими как боулинг. Эта трубка заполнена шарами в линию от конца до конца, и между ними нет промежутков. Когда вы нажимаете мяч на одном конце, все шары перемещаются на одинаковое расстояние .

Это движение - это ток электронов и сила, необходимая для перемещения шаров, - это приложенное напряжение.

Другим источником путаницы является предложение «наименьшее сопротивление». Кто-то может представить человека на перекрестке, который выбирает один из 3 возможных путей. Когда человек пробирается так, все люди идут таким образом, и это точно , как текущий НЕ ДОЛЖЕН . Вместо этого ток будет «разделяться» и течь во всех возможных направлениях, но пропорционально сопротивлению в этом направлении. Иногда сопротивление настолько велико, что текущее количество настолько мало, что выгодно пренебрегать для упрощения.

ответил zzz 27 Jam1000000amSun, 27 Jan 2013 08:13:57 +040013 2013, 08:13:57
0

Ваш вопрос немного искажен, и я не вижу, как волна имеет к этому какое-то отношение. Однако основной закон Ома легко объяснить в вашем примере. Оба резистора имеют напряжение \ $ V_S \ $ через них. Это означает, что текущий через них будет \ $ \ frac {V_S} {R} \ $. Конкретно

  

\ $ I_1 = \ dfrac {V_S} {R_1} \ $

     

\ $ I_2 = \ dfrac {V_S} {R_2} \ $

\ $ I_S \ $ - это просто сумма двух токов через резисторы:

  

\ $ I_S = I_1 + I_2 \ $

Вы можете получить \ $ I_S \ $ другим способом, рассматривая параллельное эквивалентное сопротивление \ $ R_1 \ $ и \ $ R_2 \ $.

  

В общем случае: \ $ R_1 || R_2 || ... R_n = \ dfrac {1} {(\ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} + ... \ dfrac {1} {R_n})} \ $

     

\ $ R_1 || R_2 = \ dfrac {1} {\ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2}} = \ dfrac {R_1 \ times R_2} {R_1 + R_2} \ $

Используя закон Ома снова, прямо вычислить Is:

  

\ $ I_S = \ dfrac {V_S} {R_1 || R_2} = V_S \ times \ dfrac {R_1 + R_2} {R_1 \ times R_2} \ $

Обратите внимание, что это тот же ответ, что и выше, где мы вычислили ток через каждый резистор и добавили их, чтобы получить \ $ I_S \ $:

  

\ $ I_S = I_1 + I_2 \ $

     

\ $ I_S = \ dfrac {V_S} {R_1} + \ dfrac {V_S} {R_2} = V_S \ times \ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} = V_S \ times \ dfrac {R_1 + R_2} {R_1 \ times R_2} = V_S \ times (R_1 || R_2) \ $

ответил Olin Lathrop 20 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowTue, 20 Sep 2011 22:41:56 +0400 2011, 22:41:56
0

Собственно, волны имеют много общего с этим, пока не будет достигнуто устойчивое состояние. Первоначально даже самая простая схема, состоящая из батареи, переключателя, провода и резистора, представляет собой линию передачи, окруженную электромагнитными волнами, и требует анализа переходных процессов, чтобы понять. Этот переходный анализ ответит на начальный вопрос в этом блоге, если я пойму вопрос ... Даже батарея сложна и изначально, пока не будет достигнуто устойчивое состояние, требуется анализ, который регулируется maxwells eqn и т. Д. В прошлые годы DC101 изначально преподавался с использованием аналогии воды в трубах и т. Д. Аналогии были рассчитаны также на индуктивность и емкость. Это отличный способ помочь кому-то понять DC, если у вас есть пять минут, чтобы научить их им, и закон ома - насколько вы возьмете своего ученика.

ответил William 28 AM00000060000005031 2014, 06:52:50
0

Это похоже на автостраду, полную машин, где автомагистраль является проводником, а машины - электронами. Если впереди есть дорожные работы, ограничивающие автомагистраль с трех до одной полосы, все полосы замедляются, а автомобили на 20 миль позади также не смогут двигаться быстрее на участке с тремя полосами, потому что впереди впереди впереди впереди впереди машины.

ответил dscharge 5 FriEurope/Moscow2014-12-05T13:21:01+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowFri, 05 Dec 2014 13:21:01 +0300 2014, 13:21:01

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132