Các vấn đề:
Đầu tiên , dòng điện không "đến từ" cực dương. Đó là một quan niệm sai lầm rất phổ biến, được gọi là "sai lầm tuần tự" trong sách giáo khoa điện trường. Vấn đề cơ bản là dây không giống như ống rỗng. Và, nguồn cung cấp điện không lấp đầy chúng. Thay vào đó, dây đã được nạp sẵn điện tích, để dòng điện luôn xuất hiện ở mọi nơi trong một mạch, tất cả cùng một lúc. ("Dòng điện" có nghĩa là dòng điện tích. Khi một vòng tròn của điện tích di động bắt đầu chảy, "dòng điện" xuất hiện trong toàn bộ vòng. Đó là quy tắc mạch cơ bản.)
Nói cách khác, các mạch điện hoạt động giống như bánh xe và dây đai. Theo cách tương tự, kim loại của xích xe đạp không "đến từ" một vị trí cụ thể trên bánh xích. Nó không "bắt đầu" tại một thời điểm. Thay vào đó, toàn bộ vòng tròn được làm bằng chuỗi. Ngoài ra, tất cả các chuỗi đã ở đó trước khi bất kỳ nguồn cung cấp năng lượng nào tồn tại. Với xích xe đạp, khi một lực được áp dụng, toàn bộ sự việc sẽ quay đầu. Với các mạch, khi áp dụng một sự khác biệt tiềm năng , tất cả các điện tích di động bên trong vòng (bên trong mạch), tất cả chúng bắt đầu chuyển động như một đơn vị, giống như một chuỗi rắn trong một vòng tròn hoàn chỉnh. Nhưng những khoản phí đó đã ở bên trong dây trước khi bất kỳ pin nào được kết nối. Dây điện giống như vòi đầy nước.
Thứ hai, điện thế chỉ có thể tồn tại giữa hai điểm và một điểm duy nhất trên mạch không bao giờ "có điện áp". Điều này đúng vì điện áp hơi giống độ cao: một vật thể không thể "có độ cao", vì chiều cao chỉ có thể được đo giữa hai điểm. Thật vô nghĩa khi thảo luận về chiều cao hoặc chiều dài hoặc độ cao của một vật thể. Độ cao trên những gì? Trên sàn nhà? Trên mặt đất bên ngoài tòa nhà? Độ cao so với tâm Trái đất? Bất kỳ đối tượng sẽ có vô số độ cao cùng một lúc!
Điện áp có cùng một vấn đề: một thiết bị đầu cuối chỉ có thể "có điện áp" khi so sánh với thiết bị đầu cuối khác. Điện áp hoạt động như chiều dài: điện áp và chiều dài là các phép đo hai đầu. Hay nói cách khác, một thiết bị đầu cuối trong mạch luôn có nhiều điện áp khác nhau cùng một lúc, tùy thuộc vào nơi chúng ta đặt dây dẫn mét khác .
Thứ ba , trong các mạch, động lực được cung cấp bởi các cực cung cấp điện dương và cực âm, cả hai cùng một lúc. Và, quan trọng nhất: đường dẫn cho dòng điện là thông qua nguồn điện. Nguồn cung cấp là ngắn mạch. Một nguồn cung cấp năng lượng lý tưởng hoạt động như một điện trở zero-ohm. Hãy suy nghĩ về nó: trong một cuộn dây động lực, các điện tích đi qua cuộn dây và quay trở lại. Dây có điện trở rất thấp. Điều tương tự với pin: đường dẫn cho dòng điện là thông qua pin và trở lại. Các tấm pin được rút ngắn bởi chất điện phân rất dẫn điện.
Thí dụ:
Đây là một mô tả chính xác của đèn pin. Các chi phí bắt đầu bên trong dây tóc vonfram. Khi công tắc được đóng và mạch hoàn thành, một đầu của dây tóc sẽ được tích điện dương, đầu còn lại âm. Điều này buộc các chi phí riêng của dây tóc bắt đầu chảy. Các điện tích di chuyển ra khỏi dây tóc và vào một dây, đồng thời, nhiều điện tích đang đi vào đầu kia của dây tóc. Các điện tích này được cung cấp bởi các dây kim loại (và, trước khi bật công tắc, tất cả các dây dẫn đã có đầy điện tích di động.) Tiếp tục, các điện tích trong dây tóc sẽ chảy ra thành một dây, di chuyển chậm vào pin (mất vài phút hoặc vài giờ để đến đó,) sau đó chảy qua pin và quay trở lại. Họ thoát khỏi thiết bị đầu cuối khác của pin, chảy ngược về đầu kia của dây tóc, sau đó chúng kết thúc ở nơi chúng bắt đầu. Một "mạch hoàn chỉnh." Các khoản phí giống như một vành đai lái xe, hoặc giống như một bánh xe quay hoặc một chuỗi xe đạp. Pin đẩy các khoản phí, nhưng nó không cung cấp các khoản phí. Đồng và vonfram cung cấp các điện tích chảy trong mạch đèn pin. Các điện tích di chuyển khá chậm, nhưng vì tất cả chúng bắt đầu di chuyển cùng một lúc, bóng đèn sẽ sáng lên ngay lập tức, ngay cả khi dây khá dài.
Thứ tư: bất kỳ ion dương nào bên trong pin đều cực kỳ di chuyển . Họ chắc chắn không bị khóa tại chỗ. Nếu có, thì pin sẽ là chất cách điện và sẽ không hoạt động. Một số pin dựa trên dòng chảy của các ion dương theo một hướng và các ion âm theo hướng khác. Pin chì-axit là khác nhau. Trong axit chỉ có các proton đang chảy. Axit là chất dẫn proton.
Nhưng hãy cẩn thận: pin làm tăng thêm độ phức tạp có thể làm hỏng một lời giải thích.
Thay vào đó, hãy thay pin đèn pin của bạn bằng một cuộn dây lớn và một siêu mạng. Kết nối nó với bóng đèn. Đẩy siêu mạng vào cuộn dây và bóng đèn nhấp nháy nhanh chóng. Các chi phí đến từ đâu? Làm thế nào một nam châm di chuyển có thể tạo ra điện tích? NÓ KHÔNG. Máy nổ và pin là máy bơm sạc. Nam châm chuyển động buộc các điện tích của dây bắt đầu di chuyển. (Một máy bơm không cung cấp những thứ đang được bơm!) Nam châm chuyển động gây ra dòng điện, bởi vì nó áp dụng lực bơm EM cho các điện tích di động đã có trong kim loại.
Dây dẫn xấu. Xấu!
Đây là một sự làm rõ. Nhiều sách giáo khoa giới thiệu cung cấp định nghĩa sai về "nhạc trưởng". Hoàn toàn sai, và vô cùng sai lệch. Họ sẽ dạy bạn rằng các dây dẫn "hãy để điện tích đi qua" (hoặc, chúng truyền qua điện hoặc dòng điện.) Không. Chất dẫn điện không giống như ống rỗng. Chất dẫn điện không trong suốt đối với điện. Thay vào đó, "dây dẫn" có nghĩa là "một vật liệu chứa đầy phí điện thoại di động". Chất dẫn điện giống như bể chứa đầy nước. Chúng giống như bể cá, hoặc giống như ống đầy. Các dây dẫn tuân theo định luật ohm: khi chúng ta áp dụng chênh lệch điện áp cho hai đầu dây, dòng điện tích phụ thuộc vào điện trở của dây, I = V * R. Đó là điện tích riêng của dây làm dòng chảy. Hãy nghĩ về nó: không khí là một chất cách điện, thậm chí chân không là một chất cách điện, nhưng làm thế nào chân không có thể chặn dòng chảy của phí? Máy hút không cần. Không có điện tích di động có trong chân không, đó là những gì làm cho nó cách điện.)
Tất cả điều này dẫn đến một khái niệm quan trọng. Bất cứ khi nào chúng ta lấy một đoạn dây và móc các đầu lại với nhau để tạo thành một vòng khép kín, chúng ta đã tạo ra một "đai truyền động vô hình", một vòng điện tích có thể di chuyển bên trong dây không chuyển động. Đẩy một cực nam châm vào vòng kim loại, và tất cả các điện tích của dây sẽ chuyển động như một bánh xe. Đó là một bể bơi hình vòng, và nếu chúng ta đẩy nước, chúng ta có thể khiến tất cả nước quay như bánh đà, trong khi hồ vẫn đứng yên.
Thứ năm , dòng điện không ngược, bởi vì dòng điện không phải là dòng điện tử.
Cụ thể, cực tính của các điện tích chảy phụ thuộc vào loại dây dẫn. Đúng, trong kim loại rắn, điện tích di động là electron. Nhưng có một số lượng lớn các dây dẫn mà không có điện tử có thể di chuyển. Những cái gần nhất là bộ não và hệ thần kinh của bạn: các dòng dương và âm đồng thời ở các ion ngược nhau, không có dòng điện tử nào. Nước mặn, "chất điện phân" bao gồm cả mặt đất và đại dương không phải là chất dẫn điện tử.
Ví dụ về Weirder: các axit dẫn điện vì chúng chứa đầy các ion hydro + H dương. Một tên khác của ion + H là ... "proton." Khi bạn đặt một số ampe qua axit, dòng điện là một dòng proton. (Heh, nếu có một số dòng chảy trong bụi bẩn và bụi bẩn có tính axit chứ không phải mặn, thì những dòng điện đó là dòng chảy proton!)
Nói cách khác, "ampe" có thể là các electron chảy, hoặc các proton chảy hoặc natri dương đi qua clorua âm theo cách khác. Hoặc, các electron nhanh đi một chiều trong một tia lửa, trong khi các ion nitơ chậm tiến hoặc lùi tùy thuộc vào việc chúng bị ion hóa hay âm. Và trong chất bán dẫn loại p, dòng điện là một dòng "chỗ trống mạng" trong tinh thể! (Mỗi vị trí trống tiếp xúc với một proton silicon dư thừa, do đó, các vị trí trống đều mang điện tích dương thực sự. "Lỗ" di chuyển bằng cách chuyển điện tử, nhưng mỗi lỗ thực sự được tích điện dương.)
Với tất cả sự phức tạp ở trên, làm thế nào chúng ta có thể mô tả những gì đang xảy ra bên trong các mạch? Dễ thôi: nó đã được thực hiện cho chúng tôi. Chúng tôi che đậy các chi phí di chuyển và bỏ qua chúng. Chúng tôi bỏ qua tốc độ dòng chảy và số lượng của chúng. Chúng tôi bỏ qua sự phân cực của họ. Thay vào đó, chúng tôi cộng tất cả các loại điện tích khác nhau có thể có trong bất kỳ dây dẫn nào, tính tổng tốc độ dòng chảy và gọi đây là "ampe". Là dây dẫn của bạn một vòi đầy nước muối? Đặt một ampe kế kẹp xung quanh nó, và đọc các ampe. Mật độ ion không thành vấn đề. Tốc độ ion không thành vấn đề, và thậm chí nó có thể là một ống axit chứa đầy proton, thay vì vòi nước biển. Ampe là ampe.
Ampe còn được gọi là "dòng điện thông thường" hay chỉ là "dòng điện".
Rất quan trọng: ampe không phải là dòng điện. Một dây dẫn có thể có một amp, nhưng điều này không cho chúng ta biết gì về các điện tích bên trong. Có thể có một vài điện tích chảy nhanh, hoặc rất nhiều điện tích chảy chậm. Có thể có các điện tích dương đi về phía trước, hoặc âm tính đi ngược lại hoặc cả hai cùng một lúc (như với cơ thể con người bị điện giật DC.) Tất cả những thứ đó được che đậy, và tất cả những gì chúng ta còn lại là ... Dòng điện thông thường.
OK, trở lại GND so với COM so với EARTH.
"Mặt đất" là khó hiểu vì từ này luôn luôn được sử dụng sai.
Trong các mạch, chúng ta hầu như luôn chọn một đầu nối nguồn là "chung" và chúng ta kết nối một vôn kế với nó. Nó không có căn cứ, vì vậy chúng tôi thực sự không nên gọi nó là "mặt đất" (nó không được kết nối với cọc kim loại bị bẩn!) Thay vào đó chỉ là điểm truyền thống để thực hiện đọc điện áp. Đó là một thỏa thuận im lặng! Vì điện áp là các phép đo hai đầu phức tạp, mọi thứ sẽ được đơn giản hóa nếu chúng ta giả vờ rằng chúng là một đầu đơn. Vì vậy, móc vôn kế màu đen của bạn dẫn đến "mạch chung", sau đó bỏ qua nó.
Bây giờ hãy giả vờ rằng đầu dò màu đỏ trên vôn kế của bạn thực sự có thể đo được TÍNH ÁP LỰC. Nhưng thiết bị đầu cuối không thể "có điện áp!" Đúng, đúng. Nhưng chúng tôi âm thầm giả vờ rằng họ làm. Bất kỳ điểm nào trên mạch có thể có điện áp ... liên quan đến điểm mạch khác. Nếu chúng ta đang nói về độ cao, chúng ta luôn có thể thực hiện các phép đo liên quan đến mực nước biển, sau đó không bao giờ đề cập đến mực nước biển, và sau đó giả vờ rằng các vật thể và vị trí có thể "có độ cao", khi thực sự không thể.
Vì vậy, các sinh viên mới bị lẫn lộn khi chúng ta thảo luận về "điện áp của một thiết bị đầu cuối." Trên thực tế, chúng tôi có nghĩa là "điện áp xuất hiện giữa một thiết bị đầu cuối và Mạch chung." Nhưng đó là quá nhiều để lặp lại tất cả các thời gian. Chúng tôi đang âm thầm nói "điện áp giữa, điện áp giữa", trong khi thực sự nói "điện áp tại điểm này" hoặc tại điểm khác. Đúng, sau đó tất cả các sinh viên mới bắt đầu nghĩ rằng một thiết bị đầu cuối duy nhất có thể có điện áp.
Là thiết bị đầu cuối cung cấp âm là Mạch chung? Vâng, thông thường. Tôi đã thấy các bộ đàm rất cũ với các bóng bán dẫn PNP và điện áp cung cấp âm với "mặt đất dương". Thiết bị đầu cuối pin tích cực là Mạch chung. Tất cả các phép đo trong sơ đồ là điện áp âm. Bên cạnh những chiếc radio của những năm 1950, điều tương tự cũng xảy ra ở những chiếc Beetles cũ của VW và ở một số xe máy. Đầu cực pin tích cực được kết nối với khung máy, vì vậy "cực cung cấp" là cực âm. Đừng cài đặt một đài phát thanh xe hơi bình thường trong một chiếc VW cũ, bởi vì nó sẽ tắt hoặc bắt lửa khi bạn bật đánh lửa. Cung cấp điện đã bị ngược.
Tất cả những gì chúng ta phải làm là loại bỏ tất cả các bộ đàm bóng bán dẫn PNP của Nhật Bản thập niên 1950, bọ cánh cứng và xe máy nối đất tích cực, và sau đó Circuit Common sẽ luôn luôn là thiết bị đầu cuối cung cấp âm. Chà, trừ khi đó là một hệ thống cảm biến công nghiệp nổi điện, kỳ lạ với sự pha trộn giữa nguồn điện xoay chiều và mạch op-amp trên mặt đất ảo.