Как доказать моему учителю физики, что добавление батареи параллельно не удваивает ток?

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Мой учитель физики сказал, что ток через резистор равен 4А, потому что каждая батарея имеет ток 2А, если она подключена к резистору сама по себе, и поэтому они оба имеют ток 2А через них, так что резистор имеет 4А всего через это из-за правила соединения (это было объяснение, которое она давала, когда я спросил ее, почему общий ток не был 2A), однако это не так, потому что ток через резистор равен 2A, когда напряжение составляет 80 (эти батареи параллельно), и поэтому на каждую батарею приходится 1A. Как я могу объяснить, что ее логика не работает, поскольку ток не удваивается при добавлении другой батареи?

Изменить: Ее ответ на меня, когда я спросил о законе ома: каждая батарея обеспечивает 2А тока сама по себе, поэтому они объединяются, потому что, по-видимому, вы можете обрабатывать каждый цикл отдельно, поэтому по правилу соединения токи 2А объединяются, чтобы стать 4А.

77 голосов | спросил Abhinav Diddee 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 06:40:17 +0300000000amFri, 09 Feb 2018 06:40:17 +030018 2018, 06:40:17

18 ответов


106

Просто спросите ее, что напряжение на резисторе

ответил Dirk Bruere 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 11:48:22 +0300000000amFri, 09 Feb 2018 11:48:22 +030018 2018, 11:48:22
90

Метод 1

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Рисунок 1. Простой практический эксперимент.

Выполнение эксперимента с схемой, изображенной на рисунке 1, продемонстрирует, что источники параллельного напряжения не меняют ток. Вы должны получить показание 9 мА с одной или двумя батареями в цепи.

Метод 2

Мыслительный эксперимент:

schematic

имитировать эту схему

Рисунок 2. В батарейном отсеке есть две батареи и переключатель, положение которого не видно.

  • Что такое напряжение на клемме, когда провода выходят из коробки?
  • Это изменится, если я закрою переключатель?
  • Каков ожидаемый ток для этого напряжения?
ответил Transistor 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 10:14:09 +0300000000amFri, 09 Feb 2018 10:14:09 +030018 2018, 10:14:09
38

Он сказал, что

  

каждая батарея имеет ток 2А, если она подключена к резистору сама по себе, и поэтому они оба имеют ток 2А через них.

Right. Обе схемы имеют через них 2А.

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

  

, так что резистор имеет 4А всего через него из-за правила соединения

Но если мы объединим вышеуказанные схемы в единицу, мы получим это вместо исходной схемы.

schematic

имитировать эту схему

Оба резистора, имеющие 2А по ним, всего 4А.

Обновление. Конечно, вы не можете просто взять две независимые схемы, соединить их вместе, как вам угодно, и ожидать, что они будут работать одинаково. Но это ничего не изменит, если вы подключите некоторые точки, которые находятся на одном и том же потенциале.

Теперь, основной вопрос. Каково результирующее сопротивление параллельно соединенных резисторов R1 = 40О © и R2 = 40О ©?

  

20Î ©, потому что \ $ \ dfrac {1} {\ dfrac {1} {40} + \ dfrac {1} {40}} = 20 \ $

поэтому эквивалентная схема скорее

schematic

имитировать эту схему

ответил berendi 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 12:21:24 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 12:21:24 +030018 2018, 12:21:24
31
Другие часто уже указывают на неверные рассуждения учителя. Я хочу упомянуть еще одну часть этого, где, похоже, также возникает некоторая путаница.

Теперь мы все понимаем, что ток через резистор равен 2 А. Однако в реальном мире неверно утверждать, что каждая батарея, таким образом, снабжает 1 А. Общая сумма, потребляемая двумя батареями, составляет 2 А, но на практике вы не можете предположить, что батареи распределяют ток одинаково.

Батареи довольно сложны электрически и химически, а история прошлого имеет значение. В реальном мире вы никогда не можете предположить, что две батареи идентичны.

В первом приближении вы можете думать о батарее как источнике напряжения в серии с сопротивлением. Напряжение - это то, что вызывает химическая реакция. Это зависит от точного химического состава, который изменяется со временем, прошлой историей, недавним текущим спросом и температурой.

Сопротивление серии в части моделирует, насколько легко ионы могут диффундировать через электролит батареи, но также включает сопротивление соединений и значительно варьируется в зависимости от того, насколько обеднен аккумулятор.

Даже используя эту простую модель батарей, у вас действительно есть эта схема:

В зависимости от значений R1 и R2 и точных внутренних напряжений батареи ток, подаваемый одной батареей относительно другой, может значительно различаться.

Однако закон Ома по-прежнему сохраняется, и ток через резистор будет напряжением на нем, разделенным его сопротивлением.

ответил Olin Lathrop 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 15:25:43 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 15:25:43 +030018 2018, 15:25:43
18

Ошибка заключается в неправильном применении теоремы суперпозиции.

Схема не соответствует критериям для независимых нескольких источников. Тест замыкает один источник напряжения на 0 В (что часто делается в преобразованиях), и реализовать изменение напряжения на одном не должно влиять на другие (т.е. истинные источники напряжения 0 Ом), чтобы быть независимым.

ответил Olin Lathrop 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 15:25:43 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 15:25:43 +030018 2018, 15:25:43
16

Скажите ей, что мозговые пукаки в порядке. Это происходит с лучшими из нас.

Просто объясните, что с законом ома это \ $ I = \ frac {U} {R} = \ frac {80} {40} = 2 \ text {A} \ $.

Чтобы он был \ $ 4 \ text {A} \ $, тогда батареи должны быть последовательно.

Больше равных источников напряжения параллельно = тот же источник напряжения = тот же самый ток. Если она не может согласиться с тем, что она пукнула, спросите ее, как схема эквивалентна последовательно включенным батареям (а это не так).

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Просто покажи ей этот образ. Или отправьте ей этот ссылка .

ответил Harry Svensson 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 06:47:08 +0300000000amFri, 09 Feb 2018 06:47:08 +030018 2018, 06:47:08
15

Вот как неправильно применяется принцип суперпозиции.

Когда мы применяем метод суперпозиции, мы рассматриваем каждый источник энергии в цепи изолированно, а «выключение» других источников энергии. Затем добавим результаты. «Отключение» других источников энергии означает уменьшение их до нуля: 0 В для источников напряжения и 0 А для источников тока.

Теперь (идеальные) источники напряжения имеют полное сопротивление. Поэтому, когда они отключены, они становятся короткими: кусок идеальной проволоки. Идеальные источники тока имеют бесконечный импеданс. Когда они выключены и генерируют ток 0A, они открыты.

Таким образом, в двух словах: источники напряжения, которые не рассматриваются, закорочены; источники тока открыты.

Ошибка учителя заменяет исключенный источник питания, источник напряжения, на разомкнутую цепь: буквально выдергивает его из схемы. Это верно только для источников тока.

Однако, когда мы правильно проводим анализ, мы мгновенно сталкиваемся с проблемой того, что батарея, которую мы анализируем, замыкается на то, что мы установили значение 0V, которое требует потока бесконечного тока. Итак, что мы можем сделать, это моделировать сопротивление проводов с некоторыми незначительными значениями, такими как 0,001 \ $ \ Omega \ $, так что мы имеем дело с конечным (но большим) током через те части схемы.

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Ага! Итак, теперь случается, что большая часть текущего действия протекает через делитель напряжения R2-R3. Контурный узел между R2 и R3 сидит почти ровно 40 В, и поэтому R1 видит 1A тока.

Конечно, промежуточное напряжение очень чувствительно к значениям R2 и R3, которые точно равны, что нереально. Это не проблема.

Предположим, что R2 и R3 вместо 1 и 3 \ $ \ text {m} \ Omega \ $. Тогда у нас есть делитель 1: 3, поэтому напряжение на данном узле составляет 60 В. Но в этом случае, когда мы анализируем с противоположной батареей, разделитель обращается вспять, и мы получим 20V. Таким образом, мы получаем 0,75 А от одного анализа и 0,25 А от другого: они все еще накладываются на 1А через R1.

(Чтобы моделировать это с большим реализмом, мы должны включить внутреннее сопротивление батареи, то есть мы не заменяем батареи, которые мы не анализируем с помощью коротких замыканий, но с их внутренним сопротивлением.)

Почему применяется упрощенное рассуждение о делителях напряжения: это связано с тем, что маленькие значения R2-R3 болота имеют большое значение R1. Мы можем провести схему анализа следующим образом:

schematic

имитировать эту схему

Когда импеданс через делитель напряжения меньше, чем примерно в двадцать раз меньше его нагрузки (правило 1:20), мы можем притвориться, что нагрузка отсутствует при расчете среднего напряжения. Здесь разница составляет много тысяч, путем преднамеренного выбора R2 и R3.

Конечно, вместо этого короткого рассуждения мы можем сделать точный анализ, согласно которому ток через R2 равен сумме токов через R3 и R1, а среднее напряжение заканчивается чуть менее 40 В из-за к крошечному эффекту загрузки R1.

ответил Kaz 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 18:41:26 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 18:41:26 +030018 2018, 18:41:26
12

Аккумулятор не подает ток, он подает напряжение

В этот момент ваш учитель ошибается:

  

каждая батарея обеспечивает 2А тока самостоятельно

Идеальная батарея не обеспечивает постоянный ток. Он обеспечивает напряжение . Напряжение зафиксировано . Ток не фиксирован. Ток будет потребляться остальной частью схемы.

Легкий способ объяснить ей это: когда одна батарея должна работать сама по себе, она должна поставлять 2А. Но когда у нас есть две батареи, они разделяют работу. И поэтому батареи должны потреблять только 1A во втором случае.

Она повернет это на вас: как мы узнаем, что это будет 2А? Потому что это то, что резистор будет рисовать для этого конкретного напряжения. Закон Ома не может быть обманут.

ответил MichaelK 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 12:05:29 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 12:05:29 +030018 2018, 12:05:29
9

Ваш учитель физики, очевидно, не знаком с даже элементарной электроникой, поэтому она может не передумать одним аргументом. Но она является научным учителем, а экспериментальные результаты превосходят все логические аргументы.

Насколько практично было бы вы провести небольшую демонстрацию, состоящую из 2 x 9V батарей параллельно, подходящего резистора (в моем районе есть множество отброшенных старых электронных плат) и цифрового мультиметра с подходящая шкала тока (мА)?

Серьезно, если вы собираетесь преподавать электронику в физическом классе, хорошей идеей было бы разбрызгивание физических экспериментов /демонстраций.

ответил ChosunOne 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 16:31:32 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 16:31:32 +030018 2018, 16:31:32
7

Урок для учителя состоит в том, что вы можете обрабатывать каждый цикл отдельно - но вы ДОЛЖНЫ быть осторожны с использованием правильных токов и напряжений в этом цикле. Если есть несколько источников напряжения или тока, это общий источник ошибок среди студентов. К сожалению, это тоже кажется источником ошибок для этого учителя.

Как ясно показывает пример, ток, проходящий через резистор, равен (I1 + I2). Если вы берете любую петлю, уравнение равно

80 - (40 * (I1 + I2)) = 0

I2 + I2 = 2A

Это уравнение согласно Закону Киршоффа и является решением только согласно закону Киршоффа.

В теории нет ничего, что останавливало бы один источник напряжения от доставки 0,1А, а другой от доставки 1,9 А - это вполне соответствовало закону Киршоффа. На практике источники напряжения будут обеспечивать половину каждого. Но с дальнейшими размышлениями на практике всегда будет какая-то небольшая разница между источниками напряжения, и если верхняя линия является коротким замыканием, тогда один источник напряжения будет приводить в действие бесконечный ток в другой источник напряжения! (Это приведет к обсуждению текущих балансировочных резисторов, если вы хотите попробовать эксперимент по-настоящему с батареями и метрами.) Однако ток через резистор всегда будет 2A и никогда не будет чем-то иным, чем 2A.

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

ответил Graham 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 18:22:49 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 18:22:49 +030018 2018, 18:22:49
4

Как правильно утверждают другие, она смешивает правило соединения и суперпозицию, источники напряжения и тока.

Поскольку она уже использовала правило соединения (известно как первый закон Кирхгофа [1]), я бы добавил второй закон Кирхгофа [2], чтобы завершить объяснение. Упрощенный, он говорит, что падение напряжения в каждом замкнутом контуре цепи должно быть равно источникам напряжения. Итак, 40 * 2 = 80 в правой и левой петлях. Если бы ток действительно был 4А, то второй закон не удовлетворял циклам (40 * 4> 80 или 0 <80, если бы было принято решение использовать падение напряжения резистора только в одном цикле).

Если это нормально для вашей настройки, вы можете поддержать этот аргумент с примером. Компоненты для прямого доказательства (батареи 1,5 В, резистор, маленький мультиметр) должны быть легко получены. Вы даже можете использовать лампочку («классический», а не светодиодный), чтобы показать, что яркость не увеличивается, если вы подключаете больше батарей параллельно.

Однако я бы не подошел к ней перед классной комнатой. Она может быть подчеркнута, столкнувшись перед многими людьми. Возможно, формулировка всего вопроса в качестве вопроса помогла бы: «Если ток 4А, как это удовлетворяет второму закону К?».

Во всяком случае, я думаю, что это отличный пример, показывающий, что нужно быть очень осторожным, когда и как разделить системы на более мелкие подсистемы. Помните это, это может случиться и с вами, когда все сложнее (это, безусловно, случилось со мной).

Ссылки

ответил Ser Jothan Chanes 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 10:25:27 +0300000000amFri, 09 Feb 2018 10:25:27 +030018 2018, 10:25:27
3

Это плохой пример проблемы анализа cicuit.

Аналитически это недоопределенная система. Пусть I1 и I2 - ток от BAT1 и BAT2. Из KCL имеем

I1 + I2 = 80/40 = 2

Одно уравнение, два неизвестных и бесконечное число решений.

Суперпозиция не может быть использована, поскольку она требует, чтобы один из источников напряжения был установлен на ноль, в результате напряжение на резисторе должно быть равно 0 В и 80 В.

ответил user28910 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 18:42:29 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 18:42:29 +030018 2018, 18:42:29
3

По-видимому, ваш учитель интуитивно не соглашается с тем, что объединение батарей (параллельно) заставляет каждую из них уменьшить свою выходную мощность вдвое. гидравлическая аналогия может помочь.

  • Каждая батарея представляет собой резервуар с водой.
  • Резистор представляет собой узкую трубку (отток).

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> Добавление дополнительной батареи  параллельно  походит на добавление емкости  на той же высоте  (в отличие от батарей последовательно, которые подобны накопительным бачкам).
Добавление резервуара на той же высоте (или, что то же самое, расширение резервуара) не увеличивает давление на трубу.
Следовательно, ток не будет увеличиваться. </p>

<p> Итак, если дополнительная батарея не влияет на напряжение (= давление) и ток, то какой  есть  эффект? Все, что он делает, удваивает время, необходимое для слива батарей. Другими словами, мощность остается неизменной, но общее количество энергии удваивается. </p>

<p> Еще одна приятная аналогия - пробка; трафик не ускорится, если к очереди добавится больше автомобилей. </p></div>
					 
						<div class=

ответил Ruud Helderman 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 19:24:25 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 19:24:25 +030018 2018, 19:24:25
2

 введите описание изображения здесь>> </a> </p>

<p> По-видимому, лучше следовать логике, предложенной учителем, и найти ошибки. Здесь ее логика объединения двух схем совершенно правильна, но в реализации есть небольшая ошибка. Она заслуживает гораздо меньшего неодобрения, чем получает. </p>

<blockquote>  <p> В кажущемся раннем современном примере городской легенды изобретение
  дверь для животных была приписана Исааку Ньютону (1642-1727) в рассказе
  (анонимно анонимно и опубликован в колонке анекдотов в 1893 году)
  что Ньютон глупо сделал большую дыру для своего взрослого
  кошка и маленький для ее котят, не понимая, что котята
  следуйте за матерью через большую. </p>
</blockquote>

<p> <a href= Случайные чтения: философия и здравый смысл


Если кто-то все еще ищет значимость вышеупомянутой цитаты, для них я пытаюсь указать, что ошибки являются неотъемлемой частью человеческих нейронных цепей.

ответил tejasvi88 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 18:16:49 +0300000000pmFri, 09 Feb 2018 18:16:49 +030018 2018, 18:16:49
1

Мысленный эксперимент с использованием черных ящиков. У нас есть два одинаковых черных ящика, каждый из которых содержит по две батареи по 80 В каждый. В одной коробке только одна из батарей подключается к клеммам, а в другом корпусе обе батареи подключены параллельно.

У вас есть два черных ящика, вольтметр, измеритель тока и резистор 40 Ом. Можно ли решить по измерению, в какой коробке находится одна с двумя параллельными батареями?

Вы можете измерить напряжение без нагрузки, без разницы.

Когда вы измеряете ток через резистор, вы получаете теоретический результат, используя закон Ома для обоих ящиков. В обоих случаях напряжение составляет 80 В и сопротивление 40 Ом.

Вы не могли измерить ток короткого замыкания только с использованием текущего измерителя, нет правильного диапазона, и предохранитель счетчика будет таять, если вы попробуете его с первым полем.

Спросите своего учителя, какое измерение следует проводить, чтобы различать поля. Что должно быть в третьем ящике для управления током 4 А через резистор? Какое напряжение необходимо для привода от 4 А до 40 Ом?

ответил Uwe 12 FebruaryEurope/MoscowbMon, 12 Feb 2018 13:35:02 +0300000000pmMon, 12 Feb 2018 13:35:02 +030018 2018, 13:35:02
-1

Существуют источники напряжения и источники тока.

Напряжение питания источника постоянного напряжения.

Источники тока, потребляющие постоянный ток.

Источники тока постоянно ощущают количество тока, которое они обеспечивают, и регулируют их выходное напряжение (чтобы соответствовать установочному значению), которое согласно закону Ома будет влиять на ток.

Вы не можете «нагнетать» ток с постоянным напряжением. Это фундаментально!

Если вы хотите доказать ей, что она ошибается, перейдите с мультиметром, двумя батареями, 1 резистором и макетом и попросите ее доказать текущее удвоение. Но, вероятно, она не будет знать, как работает мультиметр, поэтому это пустая трата времени ...

Сетевая сеть может поставлять тысячи и тысячи усилителей, работает ли ваше устройство

ответил Fire Developer 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 10:36:32 +0300000000amFri, 09 Feb 2018 10:36:32 +030018 2018, 10:36:32
-1

Спросите ее, что произойдет, если у вас есть одна батарея с двумя наборами проводов, тогда вы сократите батарею пополам, чтобы сформировать две отдельные батареи. Кроме того, имейте в виду, что аккумулятор больше, чем источник напряжения; он имеет небольшое сопротивление серии. Вы знаете достаточно, чтобы рассчитать все, если сопротивление серии составляет, например, 0,01 Ом. (Рассчитайте до 8 знаков после запятой). Мы, инженеры, хотели бы получить батареи, подобные тому, что у вас есть, с нулевым внутренним сопротивлением!

Еще одна идея, которая поможет вам решить эту проблему, - это замена источника напряжения последовательно резистором с источником тока параллельно этому же резистору. Источники тока параллельно добавляют, подобно источникам напряжения в серии. Чтобы узнать больше, google «Thevenin-Norton».

ответил richard1941 16 FebruaryEurope/MoscowbFri, 16 Feb 2018 15:28:46 +0300000000pmFri, 16 Feb 2018 15:28:46 +030018 2018, 15:28:46
-17

В то же время она ошибается и прав.

Заявление 1. Если батареи подключены параллельно Ток становится высоким (2 + 2).

Заявление 2. Если батареи находятся последовательно, напряжение становится высоким (80 + 80).

Закон Ома "(ЕСЛИ ТЕКУЩИЙ 2A)" I = V /R. Что говорит «(Принимая заданные значения)» I = 80/40 = 2A тока.

Если вы возьмете мнение своего учителя (4A) и повторите попытку с помощью V = IR.

ЭТО НЕ ДАЕТ НИКАКОГО ГДЕ (см. ниже). Я ПРИНИМАЛ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО OHM для НАПРЯЖЕНИЯ V = 4 * 40 = 160 В (ЗАРЕГИСТРИРОВАНО НАПРЯЖЕНИЕ ТОЛЬКО БОЛЬШЕ ТОКА).

Она права, потому что батареи находятся параллельно. Значение напряжения или сопротивления должно быть правильным.

ответил Hundal 9 FebruaryEurope/MoscowbFri, 09 Feb 2018 08:55:26 +0300000000amFri, 09 Feb 2018 08:55:26 +030018 2018, 08:55:26

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