Czy istnieje domniemana „jednostka czasu” związana z pomiarem energii elektrycznej? (np. mile na godzinę, KB na sekundę, wzmacniacze na ???)

Jestem bardzo nowy w elektronice i przechodzę przez to, co musi być powszechną trudnością w uchwyceniu napięcia, prądu i rezystancji. Ograniczę moje pytanie do prądu, ponieważ podejrzewam, że rozumiem, że kawałek może rzucić światło na napięcie i rezystancję.

Przeczytałem tutaj kilka pytań:

• Pomoc w zrozumieniu prądu, napięcia i rezystancji

• Zrozumienie napięcia i prądu

I pomogli trochę, ale wciąż walczę. Jedną konkretną częścią, która jest dla mnie trudna do mentalnego rozwiązania, jest to, że czytam o podstawowych jednostkach miary, ale nie jestem całkowicie pewien, co jest mierzone. Na przykład funt mierzy siłę grawitacji ciągnącą za zbiór atomów. Galon to ilość cieczy, która może zajmować określoną ilość miejsca. Elektryczność ... Zatracam się w szczegółach tego, co jest obserwowane.

Wiele jednostek miary to stała ilość czegoś, co się nie zmienia (chyba że działa się na nie). Na przykład:

• 1 galon mleka
• 16 uncji wołowiny
• 30 litrów sześciennych powietrza

Wydaje się, że nie ma to sensu w przypadku czegoś takiego jak prąd, który stale mierzy elektrony w ruchu. Alternatywnie wykonujemy pomiary czegoś, co zmienia się w czasie:

• 35 mil na godzinę
• 128 kilobitów na sekundę
• 5000 galonów na minutę

Jeśli chodzi o prąd, mówimy tylko „wzmacniacze”, a nie „wzmacniacze na coś ”. Rozumiem, że „wzmacniacze” mierzą przepływ elektronów, ale co dokładnie oznacza ten „przepływ”? Czy jest to liczba elektronów (lub liczba czegoś innego) przechodzących przez lokalizację w obwodzie w ciągu sekundy (lub innej jednostki)? Kiedy dotykam przewodów mojego multimetru drutem, na co to dokładnie „patrzy”?

Czytałem, że wolty są miarą energii potencjalnej związanej z dżulami i kulombami ( http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_2/1.html ) (więcej zamieszania, ale to w porządku) i uważam, że mierzone są kulony na sekundę. Czy sekunda przenosi się również na wzmacniacze?

Jedyną rzeczą, o której myślę, jest to, że wzmacniacze mogą przypominać ciśnienie, w którym mierzysz funty na cal kwadratowy .

Wiem, że elektryczność to elektryczność i żadna analogia nie jest idealna. Próbuję zrozumieć, czym jest prąd, po prostu nie jestem pewien, w jaki sposób dokonuje się tych pomiarów. Być może zastanawiam się, ale głębszy wgląd byłby świetny.

(Jeśli zostało to już wyjaśnione na śmierć, przepraszam, być może nie znam najlepszego wyszukiwanego terminu).

---

Człowieku, jako ktoś nowy na tej stronie, jestem tak zachwycony, że tylu ludzi poświęciło tyle czasu, aby pomóc mi to zrozumieć. Jak wiele rzeczy, myślę, że zajmie to trochę czasu i dużo więcej czytania / doświadczenia, aby „zatopić się”, ale wszystkie odpowiedzi były bardzo pomocne. Zaznaczam odpowiedź „wzmacniacze zawierają czas” jako tę, która najbardziej mi pomogła, ponieważ odpowiedziała na sedno mojego pytania „wzmacniacze na co ?”. Wyobrażam sobie „wzmacniacze” w rodzaju „ węzłów ” w tym sensie, że ilości są częścią definicji tego słowa, a nie są wyraźnie określone, ponieważ byłyby w innej jednostce, takiej jak „mile na godzinę ”. Nie jest to idealna analogia, ale przynajmniej pomaga mi zrozumieć, gdzie poszły wszystkie twarde liczby.

Wzmacniacze obejmują czas ...

Amper = kulomb na sekundę

Mówi to po prostu, że ...

Current = amount of charge per time interval

To wskaźnik natężenia przepływu. Jak woda ... litry (objętość -> ilość) na minutę (czas)

Głębiej

W praktyce amper jest miarą ilości ładunku elektrycznego przechodzącej przez punkt w obwodzie elektrycznym na jednostkę czasu z 6,241 × 10 ¹⁸ elektronami lub jedną kulombą na sekundę stanowiącą jeden amper.

- Artykuł w Wikipedii

Sondowanie

Kiedy dotykam przewodów mojego multimetru drutem, na co to dokładnie „patrzy”?

Jeśli jesteś w trybie pomiaru napięcia, skutecznie mierzysz „ciśnienie” między dwoma przewodami - stopień, w jakim ładunki w jednym odprowadzeniu dążą do osiągnięcia drugiego (ale nie mogą). Powód, dla którego gradientu ładunku nie można zneutralizować, zależy od obwodu. Na przykład w kondensatorze zapobiega temu jakaś bariera. Istnienie napięcia między dwoma punktami wymaga istnienia takiego gradientu.

Jeśli jesteś w trybie pomiaru prądu, przewody są instalowane na ścieżce prądu (szeregowo z), a miernik mierzy, ile ładunku przepływa przez nie w jednostce czasu (faktycznie robi to pośrednio, stosując prawo Ohma).

Dalsza lektura

Bodanis, David (2005), Electric Universe, New York: Three Rivers Press, ISBN 978-0‐307-33598-2

Najbardziej podstawową jednostką ładunku jest elektron, ale jest niepraktycznie mały do ​​pracy. Kulomb to większa jednostka ładunku reprezentująca ładunek około 6 241 509 324 000 000 000 elektronów. Amper jest stenograficzną jednostką reprezentującą szybkość przepływu jednej kulombiny (tj. 6 241 509 324 000 000 000 elektronów) na sekundę, co oznacza, że ​​jeśli drut ma przepływający jeden amper prądu stałego, to około 6 241 509 324 000 000 000 więcej elektronów wejdzie na jeden koniec i pozostawiając inne, niż odwrotnie.

Zamiast bezpośrednio odpowiadać na twoje pytanie (inni zrobili to całkiem dobrze), chciałbym przedstawić model mentalny i narzędzie analityczne, które powinny pomóc ci zrozumieć te odpowiedzi. Tym narzędziem jest analiza wymiarowa .

Podstawową koncepcją jest to, że jednostka jest symbolem, którym można manipulować algebraicznie. Myślę, że przykład jest najlepszy. Wiemy, że objętość prostokątnego prostopadłościanu jest jego szerokością, razy jego wysokością, razy głębokością. Powiedzmy, że mierzymy, że ma 1 metr wysokości, 2 metry szerokości i 3 metry głębokości. Następnie:

$$\text{volume} = 1m \cdot 2m \cdot 3m$$

$m$$x$

$$1m \cdot 2m \cdot 3m = 6m^3$$

Oznacza to, że objętość tego prostopadłościanu wynosi sześć metrów sześciennych. Ale możemy mierzyć objętość w jednostkach innych niż metry sześcienne. W rzeczywistości trzy dowolne pomnożone razem długości są jednostkami objętości. Obszar to dwie jednostki długości pomnożone razem, więc jeśli pomnożę obszar przez długość, otrzymam objętość. Powiedzmy, że chcę zmierzyć głośność w jakiejś jednostce wacko, którą właśnie wymyśliłem - cal akra.

$6m^3$$6 \cdot m \cdot m \cdot m$$m$$in$$ac$

$$\require{cancel} \frac{6 \cancel{m m} \cancel{m}}{1} \frac{1ac}{4046.86\cancel{m^2}} \frac{1in}{2.54\cancel{cm}} \frac{100\cancel{cm}}{1\cancel{m}} \approx 0.058ac \cdot in$$

Sześć metrów sześciennych to 0,058 cala-akrów. Dlaczego miałbym chcieć mierzyć objętość w calach akra? Nie mam pojęcia, ale mogę. Chodzi o to, że jednostkami można manipulować algebraicznie.

Daje to nowy wgląd w znaczenie jednostek. Wybierz dowolną jednostkę, na przykład wat , a wikipedia powie Ci coś takiego:

$$W = \frac{J}{s} = \frac{N\cdot m}{s} = \frac{kg\cdot m^2}{s^3} = V \cdot A$$

Elegancja jednostek SI polega na tym, że wszystkie jednostki są powiązane współczynnikiem 1, więc nie musimy tego pisać. Więc to mówi, że jeden wat jest równy jednemu dżulowi na sekundę. Lub jeden niutonometr na sekundę. Lub jeden kilogram-kwadrat na metr sześcienny. Lub jeden wat to jeden woltowy wzmacniacz. To wszystko to samo.

$P$$E$$I$

$$P = I E$$

Wiedząc, że prąd można zmierzyć w amperach, a napięcie to wolty, moc należy zmierzyć w woltamperach. Hej, według Wikipedii, to wat:

$$W = V\cdot A$$

w związku z tym:

$$\frac{W}{V\cdot A} = 1$$

$10V$$10mA$

$$P = \frac{10\cancel{mA}}{1} \frac{10\cancel{V}}{1} \frac{\cancel{A}}{1000\cancel{mA}} \frac{W}{\cancel{V}\cdot \cancel{A}} = 0.1W$$

Oto kilka innych przykładów analizy wymiarowej:

• /electronics/68745/how-many-d-cell-batteries-would-you-need-to-replace-a-6v-4-5ah-battery/68749#68749
• Pobór prądu w milisekundach
• Jak uzyskać wysoki prąd z akumulatorów 9 V.

Jeśli chodzi o napięcie, mówimy tylko „wzmacniacze”, a nie „wzmacniacze na coś”.

Masz nieporozumienie.

Prąd mierzy prąd.

Wolty mierzą różnicę potencjałów. Napięcie to inne słowo określające różnicę potencjałów, gdy jest mierzone za pomocą jednostek woltów.

Jak odpowiedzieli inni, wzmacniacze mierzą przepływ elektronów, a wzmacniacz odpowiada 1 cuolombowi przepływu ładunku na sekundę.

Gdy zmienia się prąd w przewodzie, nierzadko mierzy się szybkość zmian w „amperach na sekundę” lub A / s.

Czytałem, że wolty są miarą energii potencjalnej związanej z dżulami i kulombami

Wolty mogą być przepisywane w watach na wzmacniacz lub dżulach na cuolomb. Spójrzmy na drugą formę, dżule na Cuolomb.

Oznacza to, że jeśli potencjał w pewnym punkcie przestrzeni będzie utrzymywany na stałym poziomie 1 V, potrzeba 1 dżuli energii, aby przesunąć 1 C ładunku w to miejsce.

Lub zajęłoby 1 J / s, aby przenieść 1 C / s do tej lokalizacji; 1 wat na amp prądu płynącego do tego miejsca.

Mechaniczny analogia może pomóc rzeczy uporządkować.

W jednej mechanicznej analogii siła jest analogiczna do napięcia, podczas gdy prędkość jest analogiczna do prądu (elektrycznego) .

Jak zapewne wiesz, iloczyn siły i prędkości jest mocą (mechaniczną), a analogicznie iloczynem napięcia i prądu jest moc (elektryczna).

Podczas gdy siła jest energią na metr, napięcie jest energią na kulomb (kulomb to jednostka ładunku elektrycznego).

Podczas gdy prędkość jest w metrach na sekundę, prąd wynosi kulombowski na sekundę.

Nazywamy siłę i napięcie zmiennymi poprzecznymi , podczas gdy prędkość i prąd są zmiennymi przejściowymi .

W obu przypadkach iloczynem zmiennej przekrojowej jest energia na sekundę, która jest mocą.

Spróbujmy ze wspólną analogią dla obwodów.

Obwód jest jak rzeka . Woda w rzece zawsze płynie „z góry”, ponieważ woda na szczycie wzgórza chce zejść. Woda zawsze będzie szukać niższego punktu.

Jeśli woda zawsze schodzi w dół, to jak to jest?

Cóż, możesz pomyśleć o „pętli” rzeki płynącej w dół - ale na jednym końcu znajduje się koło wodne, które sprowadza wodę z dołu z powrotem na górę. Koło to pobiera wodę z niskiego poziomu, bez motywacji do płynięcia w dowolnym miejscu, i „popycha” ją na wysoki poziom, z dużą motywacją do spływania w dół.

Jeśli myślimy o „wysokości” jako „energii potencjalnej”, koło wodne pobiera wodę o niskiej energii potencjalnej i ustawia ją w pozycji o wysokiej energii potencjalnej - zasadniczo „wstrzykuje” energię grawitacyjną do wody. ta nowo pobudzona woda nie marnuje czasu na ponowne zużycie tej energii.

Ta „skłonność do zjeżdżania w dół” nazywa się potencjałem, który w naszym przypadku jest analogiczny do napięcia .

Prąd rzeki jest ... no cóż ... Prąd . Jak zmierzyłbyś prąd rzeki?

Powiedziałbym ... „weź stoper i sprawdź, ile litrów wody przepływa przez pewien znak w rzece w ciągu jednej sekundy”. To brzmi jak rozsądny sposób na oszacowanie prądu. Litry na sekundę.

W obwodzie twoja woda jest naładowana. Zamiast mierzyć, ile litrów wody przechodzi przez punkt na przewodzie po sekundzie, można zmierzyć, ile jednostek ładunku przechodzi przez określony punkt na przewodzie na sekundę.

Podobnie jak powiedzenie „decymetry sześcienne” to kęs i nadajemy mu wygodną jednostkę - „litr”, nadajemy również „ładowaniu na sekundę” dogodną nazwę - „wzmacniacze”.

Robimy to bardzo często - „mile na galon” zamieniają się w „przebieg”, „kilogramy razy metry na sekundę” zamieniają się w „niutony”, „dżule na sekundę” zamieniają się w „waty”.

---

Jeśli grawitacja nie robi tego za ciebie, rozważ wodę w rurach i ciśnienie wody .

Z jednej strony mam wodę pod ciśnieniem, az drugiej wodę pod ciśnieniem. Woda będzie się przesuwać ze strony ciśnieniowej na stronę ciśnieniową. Ciśnienie jest miarą siły wszystkich cząsteczek wody, które chcą się od siebie uwolnić. Cząsteczki wody mają wygodną odległość i zwiększają ciśnienie - czynność popychania tych cząsteczek wody coraz bliżej tego wygodnego punktu.

Być może pamiętasz, że elektrony odpychają się. Kiedy masz „wysokie napięcie”, naprawdę masz „wysokie ciśnienie elektronów” - elektrony wypełniające mogą znajdować się zbyt blisko siebie, aby zapewnić sobie komfort.

Zauważ, że ta analogia jest w rzeczywistości bardzo dosłowna - napięcie naprawdę można postrzegać jako dosłownie ciśnienie elektronowe!

Podobnie jak umieszczenie zbyt dużej ilości powietrza w balonie ... rzeczy, które są zbyt blisko siebie, będą chciały „uciec”, i istnieje prawdziwa siła.

Wróćmy teraz do naszych rur wodociągowych - woda będzie chciała popłynąć z końca pod ciśnieniem do końca pod ciśnieniem.

Pomyśl dokładnie o fajce. Kiedy pozwalamy wodzie płynąć ... co się tak naprawdę śpieszy? Czy to cząsteczki wody? Wyobraź sobie pojedynczą cząsteczkę wody na końcu pod ciśnieniem i pozwalając, by ciśnienie „poszło”. Ta cząsteczka nie spieszy się na drugi koniec. Po prostu pozostanie na miejscu, dopóki ciśnienie się nie wyrówna.

Co się właściwie porusza?

Do ciśnienia przemieszcza.

Załóżmy, że masz mały wyświetlacz na każdym calu rury, który mierzył ciśnienie w tym właśnie punkcie. Na początku wszystkie te po lewej są wysokie; wszystkie po prawej są niskie.

Po zwolnieniu nacisku ... zobaczysz, że wyświetlacze zaczynają się zmieniać. „Wysokość” zaczyna się przesuwać w prawo.

Powiedzmy, że na jednym ekranie jest napisane „50” dla ciśnienia, a następnie na drugim wyświetlaczu po prawej stronie jest napisane „20”. Sekundę później pierwszy wyświetlacz pokazuje teraz „40”, a drugi „30”. Możesz to zobaczyć jako 10 jednostek „ciśnienia” poruszających się w prawo z prędkością 10 jednostek ciśnienia na sekundę. To jest aktualne - 10.

Teraz gram trochę luźno z wymiarami i rodzajem wymachiwania niektórymi różnicami między potencjałem i ładunkiem, ale podstawowa zasada jest taka sama.