Dlaczego obwody są uważane za pętle?

17

Wiem więc, że kiedy mówisz o czymś w rodzaju obwodu zawierającego baterię, obwód WYGLĄDA jak pętla, ale dzieje się tak tylko dlatego, że zasilacz jest fizycznie blisko wyjścia.

Tak jednak nie musi być, prawda? Baterie są samowystarczalne, ponieważ jest to wygodne, ale możesz wyczerpać źródło zasilania, podłączając je do KAŻDEGO dodatnio naładowanego punktu końcowego, jeśli dobrze to rozumiem.

Czy obwody są zatem uważane za pętle tylko dlatego, że wygodnie jest myśleć o tym w ten sposób? Ponieważ rzeka nie może płynąć w kręgu, elektryczność również nie może, ponieważ osiągnie zerowy potencjał netto, co oznacza brak ruchu!

electricity

— dudewad
źródło

8

„ale możesz rozładować źródło zasilania, podłączając je do DOWOLNEGO dodatnio naładowanego punktu końcowego” ... źle!

— Trevor_G

49

Rzeka płynie w cyklu, tylko część tej pętli obejmuje ocean, chmury i deszcz.

— Andrew Morton,

4

Twój problem polega na dopasowaniu energii i elektronów / prądu do tego samego modelu. Prąd to łańcuch, łańcuch, który przenosi energię ze źródła zasilania do odbiornika. Jak wszystkie łańcuchy, aby kontynuować pracę .. muszą wrócić do źródła.

— Trevor_G,

4

Prawo Ohma i wszystko w EE jest wygodną abstrakcją prawdziwego bałaganu, który tam się dzieje.

— Eugene Sh.

7

Nie jest to odpowiedź techniczna, ale z etymologicznego punktu widzenia „obwód” oznacza „pętlę”: etymonline.com/word/circuit

— DukeZhou

25

Większość obwodów jest uważana za pętle, ponieważ ładunek w materiałach przewodzących ma tendencję do stosunkowo szybkiego wyrównania różnic potencjałów elektrostatycznych. Weźmy na przykład długi drut / pręt. Powiedzmy, że możesz dodać elektrony po jednej stronie. Najpierw zaczynasz od 0 elektronów. Po dodaniu pierwszego elektronu nie ma już nic innego, więc można go zasadniczo zabrać wszędzie. Po dodaniu drugiego elektronu popchnie on pierwszy elektron tak daleko, jak to możliwe, aby spróbować stworzyć równowagę ładunku w pręcie. Ten pierwszy ruch elektronów jest w rzeczywistości niewielkim prądem, a jego ruch może być wykorzystany do wydobycia z niego pracy (ponieważ zajęło to pracę, aby dodać drugi elektron do układu). Dodanie trzeciego elektronu spowoduje popchnięcie drugiego elektronu na środek. Drugi elektron ” Ruch jest połową pierwszego, więc można z niego wydobyć tylko połowę pracy. Pierwszy elektron znajduje się na drugim końcu i nie poruszał się w tym momencie. Jeśli nadal dodajesz elektrony do pręta na jednym końcu, ruch innych elektronów będzie coraz mniejszy. Wkrótce będziesz przy tysiącach woltów i nie będziesz w stanie wydobyć z niego żadnej pracy, ponieważ elektrony po prostu nie mają.

Zamiast tego, co gdybyśmy zdjęli elektrony z jednej strony i dodali je do drugiej? Teraz każdy elektron, dla którego to zrobisz, spowoduje, że wszystkie inne elektrony poruszą się w odpowiedzi w jednym kierunku o tę samą wartość. Teraz możesz wydobyć z systemu jednakową ilość pracy dla każdego przenoszonego elektronu. Ale co zrobiłeś? Utworzyłeś pętlę, przesuwając jednocześnie pojedyncze elektrony. Dlatego większość obwodów wykorzystuje pętlę. Jest coś, co popycha elektrony w jednym (a może w obu) kierunku. W twoim przypadku jest to bateria, ale generatorów i różnych innych metod można użyć do „pompowania” elektronów w celu wydobycia z nich pracy w innym miejscu.

— horta
źródło

1

To jest naprawdę dobre wytłumaczenie, dziękuję. Więc w zasadzie bateria jest „pompą”, a także „łapaniem” PUSH elektronów do układu, a następnie łapania ich, gdy wypadają z drugiego końca?

— dudewad

Chcę jednak wyjaśnić sedno mojego pytania: strona „pompy” akumulatora i strona „łapacza” akumulatora nie są połączone, z wyjątkiem samego obwodu, tzn. Nie jest to całkowicie zamknięta pętla w dosłownym znaczeniu definicja. Czy mam rację mówiąc?

— dudewad

8

@dudewad są w rzeczywistości ściśle ze sobą powiązane. Jeśli spojrzysz na baterię, zobaczysz, że jedynym powodem, dla którego ona działa, jest to, że pozwala ona jonom (naładowanym atomom) zrównoważyć różnicę ładunku powodowaną przez poruszające się elektrony. Dla każdego poruszającego się elektronu (-) jon dodatni musi przesunąć się wewnętrznie na drugą płytkę akumulatora, aby to zrównoważyć.

— horta

1

@dudewad Jeśli rozłożysz baterię na części i usuniesz połączenie elektrolitu między nimi (zapobiegnie przemieszczaniu się jonów), wtedy bateria szybko przestanie działać.

— horta

1

@udewad bateria ma w sobie „magiczne substancje chemiczne”, które przenoszą elektrony ze strony dodatniej na ujemną.

— user253751,

6

Możesz myśleć o baterii jak o pompie elektronowej, która chemicznie przenosi elektrony z dodatniego bieguna do ujemnego, aby utrzymać pewne „ciśnienie elektryczne” (tak wcześni faceci nazywali potencjalną różnicę w niektórych starych książkach i jest to niezły model).

Aby faktycznie zrobić z tego coś pożytecznego, musisz podać ścieżkę dla elektronów, która przypadkiem wykorzysta poruszające się elektrony do wykonania jakiegoś interesującego zadania [1]. Może to być ogrzewanie cienkiego drutu w celu wytworzenia światła lub zasilanie innej reakcji elektrochemicznej w celu naładowania innej baterii lub wytworzenie pola magnetycznego w silniku lub czymkolwiek. Ta ścieżka musi być wyraźnie pętlą, jeśli chcesz, aby system działał dłużej niż bardzo krótko (pomyśl o nano sekundach).

Zauważ, że w żadnym momencie nie ma wzmianki o ziemi lub tym podobnych, wszystkie napięcia są mierzone w stosunku do dowolnego arbitralnego punktu w twoich działaniach, a aby to napięcie zrobiło coś użytecznego, musi istnieć pętla dla przepływu prądu [2].

Ground jest jednym z tych naprawdę bzdurnych słów, które oznaczają co najmniej 3 różne rzeczy w sposób wysoce zależny od kontekstu, na razie zignoruj.

[1] Elektrony w przewodniku miedzianym przy dowolnym rodzaju prądu, którym chcesz grać, poruszają się średnio bardzo wolno, myśl mniej niż mm na sekundę, ale drut jest jak rura pełna łożysk kulkowych, wpychasz jeden po drugim koniec, jeden wyskakuje drugi znacznie szybciej niż jakakolwiek piłka faktycznie przesuwa się w dół rurki.

[2] Tak, wiem, bramki pamięci flash, soczewki elektrostatyczne, drukarki laserowe, wszelkiego rodzaju drobne wyjątki, ale na razie się z tym pogódź.

— Dan Mills
źródło

Pocieszające jest to, że mówisz o ziemi ... bo tak, jestem zdezorientowany, ponieważ wydaje się to ruchomą definicją. To niesamowite, że mój dom nie spłonął do tej pory. Dzięki!

— dudewad

3

Przepraszam, nie. Bateria lub inny zasilacz musi na dłuższą metę pozostawać elektrycznie neutralny. Siły przywracające na oddzielonym ładunku są bardzo duże, a trwałe rozdzielenie ładunku w skali obwodu po prostu nie nastąpi. Oznacza to, że jeśli prąd wypływa z jednego zacisku, musi przepływać przez inny. Najbliżej wyjątku jest mikrofon elektretowy, który zawiera trwale oddzielone ładunki - po prostu niewiele.

— WhatRoughBeast
źródło

Ale czy ujemnie naładowane cząstki można przechowywać, powiedzmy, na jednym końcu korytarza, a medium odbiorcze można umieścić na drugim końcu? To nie stanowiłoby pętli, ale raczej rodzaj „wyrównania”, że tak powiem. Czy to ma sens? Chyba próbuję wyjaśnić, czy „pętle” należy rozumieć dosłownie, czy nie.

— dudewad

@dudewad, pętle są BARDZO dosłownie. Wszystkie analizy obwodów oparte są na pętli. Ludzie lubią wskazywać wyjątki, które zdarzają się w bardzo ekstremalnych sytuacjach. Ale dosłownie okaże się niemożliwa analiza obwodu, jeśli przekonasz się, że ładunki mogą wpłynąć do elementu obwodu i tam pozostać. Makroskopowy świat fizyczny pasuje do tego zachowania na tyle dobrze, że prawdopodobnie nie musisz się martwić o żadne wyjątki.

— mkeith,

Nie tylko na dłuższą metę, ale także natychmiast. Nie będę się kłócił o kilka dodatkowych elektronów wystrzeliwanych z wyrzutni elektronów, czy coś w tym rodzaju, ale z perspektywy analizy obwodu każdy element obwodu musi pozostać elektrycznie neutralny zarówno natychmiast, jak i na dłuższą metę.

— mkeith,

@mkeith - dodałem to wyrażenie specjalnie dla broni elektronowej i podobnych źródeł jonów. A ponieważ pistolety elektronowe były kiedyś częścią obwodów elektronicznych (chociaż nie są skonfigurowane do wytwarzania nieobojętnych komponentów), nie widzę, jak można je odrzucić.

— WhatRoughBeast

@dudewad Jeśli dopiero zaczynasz studiować obwody, weź ideę „pętli” absolutnie dosłownie. Pamiętaj jednak, że „pętle” i tylko część historii. Jeśli chcesz wyjaśnić, co dzieje się na poziomie atomowym , gdy prąd przepływa przez drut, lub co dzieje się przy wysokich częstotliwościach, lub gdy zaangażowane jest promieniowanie elektromagnetyczne (np. Transmisja radiowa), lub w jaki sposób dowolne urządzenie półprzewodnikowe (nawet najbardziej podstawowe ) działa, potrzebujesz znacznie więcej teorii niż samych „pętli”. Ale musisz zacząć od prostych pomysłów i opierać się na nich ...

— alephzero,

3

Obwód MUSI być pętlą. Gdy pętla jest zamknięta, prąd przepływa przez obciążenie. Gdy pętla jest otwarta, obwód jest wyłączany.

Być może można założyć, że napięcie jest „siłą”, która popycha ładunki do przepływu w pętli. Prąd to przepływ według jednostki czasu.

Bez pętli nie ma prądu.

... ale możesz wyczerpać źródło zasilania, podłączając je do KAŻDEGO dodatnio naładowanego punktu końcowego, jeśli dobrze to rozumiem.

Nie. Spójrz na Oszczędzanie energii i Oszczędzanie opłat . Jeśli odprowadzimy ładunki z dodatniego punktu potencjalnego, ładunki MUSZĄ wrócić przez punkt odniesienia (ujemny zacisk akumulatora, GND itp.), Tj. Przepłynąć w pętli zamkniętej.

— Martin Petrei
źródło

ok, to jest pomocne ... czy to oznacza, że istnieje związek między źródłem a obciążeniem, który ma coś wspólnego z bliskością?

— dudewad

1

... Mówię to, ponieważ jeśli możesz mieć „ziemię”, w której dosłownie elektryczność płynie z pętli do ziemi, to… Ziemia w jakiś sposób staje się częścią „pętli”? To jest dla mnie trochę tajemnicze.

— dudewad

4

To nie jest dokładne. Ładunek może i przepływa od wyższego potencjału do niższego potencjału. Pętla nie jest konieczna.

— horta

1

Spójrz na „ziemię” jako „ścieżkę powrotną”

— Martin Petrei

Okej, więc moje pytanie nie jest całkowicie szalone? Dosłownie chcę tylko wyjaśnić, że to bardziej przypomina wyrównanie ładunku, a nie prawdziwą pętlę, w której skutecznie elektrony magicznie poruszają się w kółko (ponieważ tak nie jest).

— dudewad

1

Uważam, że istnieje bardziej ogólna odpowiedź i powinniśmy myśleć o prądzie, a nie napięciu.

Wszystkie obwody muszą być zgodne z prawem Kirchoffa - opartym na podstawowych równaniach Maxwella, które opisują przepływ prądu w dowolnych mediach.

Jeśli węzeł jest niepodłączony (przez dowolny nośnik o dowolnej częstotliwości), wówczas nie może stanowić części obwodów. I odwrotnie, każdy węzeł, który jest w jakikolwiek sposób połączony, stanowi część obwodu.

Prawo Kirchoffa można po prostu sformułować jako „Suma prądów w dowolnym obwodzie wynosi zero”, tj. Dla każdego prądu opuszczającego (w tym przypadku nazywamy to prądem dodatnim) z węzła identyczna i przeciwna (ujemna) kombinatoryczna suma prądów musi wejść do tego samego węzła.

Jeśli dojdziesz do logicznego wniosku, wszystkie węzły muszą być połączone w jedną lub więcej pętli, aby suma w obwodzie wynosiła zero. Wszystkie negatywy i pozytywy muszą być dokładnie anulowane.

— Jason Morgan
źródło

To jest zbyt uproszczone. Na przykład nadajnik radiowy zdecydowanie ma „prąd” przepływający do anteny - można go zmierzyć zwykłym miernikiem - ale sama antena nie jest „obwodem zamkniętym”. Fizycznie jest to tylko zbiór kawałków materiału przewodzącego skonstruowany w określonej konfiguracji geometrycznej. Jeśli zmierzysz rezystancję prądu stałego między „zaciskami” anteny, będzie to obwód otwarty!

— alephzero

Antena JEST obwodem zamkniętym. Konwencjonalna antena ma dwie „płyty” z przemiennym zapadającym się ładunkiem poruszającym się między nimi. Ze względu na efekt płaszczyzny uziemienia nawet uproszczona antena ma jeden prawdziwy przewodnik i wyobrażony, patrz en.wikipedia.org/wiki/Monopole_antenna .

— Jason Morgan

Proste jest dobre. Uproszczenie Kirchoffa / Maxwella jest prawdziwe. Być może rozważałeś emitowane RF jako część obwodu z obecnej perspektywy? Nie jest to bardziej prawdziwe niż ciepło emitowane przez rezystor będący częścią. Pamiętaj, że równania Maxwella są ogólne i nie opisują jedynie fal swobodnych w przestrzeni.

— Jason Morgan

1

Częściowo masz rację, ponieważ elektrony przemieszczą się z potencjału do wyższego potencjału. Więc możesz pomyśleć, że jeśli mam napięcie w punkcie w przestrzeni A z drutem biegnącym do innego punktu w przestrzeni B , elektrony przepłyną przez drut.

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Jednak samo napięcie nie ma znaczenia. Napięcie jest różnicą potencjału między dwoma punktami.

schematyczny

^{zasymuluj ten obwód}

Oznacza to, że potrzebny jest wspólny punkt odniesienia, aby w rzeczywistości zapewnić napięcia. W rezultacie powstaje pętla z pewnym oporem, czy ci się to podoba, czy nie.

To jednak wiąże się z inną kwestią. W powyższym obwodzie, nawet bez drutu odniesienia, nadal istnieje pewien opór między ujemnymi stronami źródeł napięcia, choć ogromny. Jako taki masz pętlę i niewielki prąd przepłynie przez drut, chociaż może być za mały, aby go zmierzyć.

Ważne jest również oddzielenie pojęcia prądu od pojęcia ruchu elektronu. Prąd jest abstrakcyjną reprezentacją, podczas gdy ruch elektronów jest zjawiskiem fizycznym. Mówimy, że pętle prądowe przechodzą przez baterię lub kondensator, ale w rzeczywistości elektrony nie. Zamiast tego wychodzi z nich tyle samo elektronów, co druga strona. Ta różnica jest subtelna, ale ważna.

— Trevor_G
źródło

Widzę. Tak, rozumiem, że prąd! = Ruch elektronów, to dla mnie jasne. Dzięki za ogłuszenie go dla mnie :)

— dudewad

1

@dudewad ha .. Myślałem, że głupię to dla siebie :)

— Trevor_G

0

Prąd jest przepływem nośników ładunku elektrycznego, zwykle elektronów lub atomów z niedoborem elektronów.

jeśli weźmiemy akumulator: przepływ prądu w zamkniętej pętli, który jest prądem elektrycznym

ale ktoś mi mówi OK, ale co się stanie, gdy dotkniesz pozytywnego źródła serwatki, jesteśmy zadławieni,

odpowiedź jest bardzo prosta: człowiek tworzy zamkniętą pętlę z ziemią, aby elektrony płynęły w jego ciele, ale ptak nie jest zszokowany, ponieważ nie tworzy zamkniętej pętli

— m salim
źródło

1

Schemat baterii jest nieprawidłowy. Nie pokazuje prądu przez środek baterii. Jeśli w przewodzie jest jeden amper, wówczas przez elektrolit jest jeden amper. Obwody elektryczne są zamkniętymi pętlami. (Bateria jest pompą ładującą, a ścieżka prądu przechodzi przez baterię i wycofuje się ponownie, tak jak w przypadku dowolnego elementu.)

— wbeaty,

0

obwód zawierający baterię ... WYGLĄDA jak pętla

To jest pętla. Elektrolit akumulatora to dobry przewodnik , krótki obwód.

Być może masz błędne przekonanie, że akumulatory „ładują” lub że prąd w elektrolicie wynosi zero amperów? Nie, tak nie działa. Baterie zachowują się jak zwarcia, bardzo niski opór wewnętrzny, a prosty obwód z baterią to zamknięta pętla.

Baterie nie dostarczają żadnych ładunków do obwodów. Przepływający ładunek pochodzi z samej miedzi, z elektronowego morza metalu.

— wbeaty
źródło

Masz na myśli dobry przewodnik jonów, prawda? Gdyby to był dobry przewodnik elektronów, akumulator zwarłby i zapaliłby się. chemistry.stackexchange.com/questions/2644/…

— horta

> przewodnik jonów Dobry przewodnik, kropka (przewodzi wysokie natężenie prądu). Elektrolit jest „zwarciem zworki” między płytkami. Tak właśnie działają wszystkie baterie

— wbeaty

Prawdziwe. Jest krótszy niż jon, a nie metalowy drut, ale masz rację, że przewodnik jonowy nadal jest przewodnikiem. Wydaje mi się, że to wprowadza zamieszanie, jeśli nie wprowadzicie takiego rozróżnienia.

— horta

Mniej mylące: po prostu w ogóle nie wspominaj o elektronach. Nie wspominaj też o jonach. Prąd elektryczny ma postać zamkniętej pętli, bez początku ani końca. Ścieżka prądu prowadzi przez środek akumulatora, podobnie jak w przypadku żarówek ścieżka prądu prowadzi przez żarnik. Lub w przypadku dynama ścieżka prądu prowadzi przez cewkę. Powszechne nieporozumienie: jedna płytka akumulatora jest źródłem ładunku, podczas gdy druga płytka zbiera „zużyty ładunek”. To źle, ponieważ ładunek przepływa przez elektrolit, podczas gdy akumulator jako całość działa jako pompa ładująca.

— wbeaty