làm thế nào điện trở giới hạn dòng điện qua mạch khi chỉ một phần của dòng điện một chiều đi qua nó. sơ đồ dưới đây

Rõ ràng với tôi rằng điện trở thể hiện sự cản trở vật lý đối với dòng điện đi qua Tôi không biết chính xác nó hoạt động như thế nào và tôi sẽ cố gắng thể hiện những gì tôi thực sự quan tâm đến sơ đồ.

Ngoài ra, tôi thực sự muốn hỏi làm thế nào điện trở giới hạn dòng điện trong mạch khi chỉ một phần của dòng điện một chiều đi qua nó. sơ đồ dưới đây.

Làm thế nào điện trở ảnh hưởng đến phía bên kia của dây. Làm thế nào điện trở giới hạn dòng điện và ở phía bên kia của dây khi các electron không đi qua điện trở của nó.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Một điện trở loại bỏ năng lượng từ các hạt mang điện đi qua nó . Đối với mỗi đơn vị điện tích - nói cách khác, một số lượng điện tử nhất định * - đi qua điện trở, một lượng năng lượng nhất định được chuyển đổi từ năng lượng điện thành nhiệt năng. Lượng năng lượng tỷ lệ thuận với tốc độ dòng điện (dòng điện) và với điện trở của điện trở, vì vậy nếu$Q$ là số lượng phí:

$\Delta E = QIR$

Nếu bạn xem xét bao nhiêu năng lượng được loại bỏ trên mỗi đơn vị thời gian (tức là năng lượng), điều này sẽ trở thành

$\Delta E/t = (Q/t)IR$

hay nói cách khác

$P = I^2R$

Chúng tôi gọi năng lượng trên mỗi đơn vị điện tích là "điện áp", do đó, quay trở lại công thức đầu tiên và chia cho lượng điện tích mang lại cho chúng tôi

$\Delta E/Q = QIR/Q$

tức là biểu hiện quen thuộc của luật Ohm,

$V = IR$

Điều đó cho bạn thấy rằng nếu dòng điện chạy dọc theo một dây dẫn, và chúng ta tăng lên $R$ của dây dẫn - ví dụ bằng cách chèn một điện trở vào mạch - hoặc $V$ phải tăng (chúng ta phải cung cấp cho các electron nhiều năng lượng hơn, để bù cho những gì bị mất trong điện trở) hoặc $I$ sẽ giảm (cùng một lượng năng lượng trên mỗi electron không thể 'đẩy' chúng qua điện trở của mạch nhanh như vậy).

(* Các chất mang điện tất nhiên không hoàn toàn giống với electron , nhưng tôi cảm thấy việc đơn giản hóa được cho phép cho mục đích giải thích này.)

Một điện trở không trực tiếp "giảm dòng điện". Đó không phải là một mô hình tinh thần tốt.

Một điện trở phát triển một điện áp trên nó tỷ lệ thuận với dòng điện thông qua nó. Hằng số tỷ lệ là điện trở. Đó là tất cả những gì luật của Ohm. Trong các đơn vị phổ biến:

    V = A

Trong đó A là dòng điện qua điện trở trên Amperes, điện trở trong Ohms và V EMF trên điện trở trong Volts.

Tùy thuộc vào mạch, điện áp rơi trên điện trở có thể làm giảm điện áp đến các phần khác của mạch, do đó có thể làm giảm dòng điện mà mạch tổng thể rút ra. Do đó, đôi khi có thể xuất hiện rằng một điện trở "làm giảm dòng điện". Tuy nhiên, một lần nữa, đây là một mô hình tinh thần tồi tệ sẽ khiến bạn gặp rắc rối, và nó che khuất vật lý thực sự.

Các electron đủ tương tự trong chuyển động với nước trong một đường ống để tạo ra sự tương tự.

Nếu một đường ống có một hạn chế tại một điểm dọc theo chiều dài của nó, thì sự hạn chế đó sẽ khiến dòng nước bị hạn chế và nếu nó giới hạn tốc độ dòng nước ở mức một mili lít mỗi giây, thì tất cả các phần của đường ống sẽ truyền nước vào một milli lít mỗi giây.

Dòng điện chạy dưới dạng một chuỗi dài không phải là các electron riêng lẻ.

Nếu bạn có một chuỗi được điều khiển bởi ròng rọc và thêm ma sát vào một điểm trong chuỗi, toàn bộ chuỗi sẽ chậm lại không chỉ tại điểm bạn nắm lấy nó.

Bạn cũng có thể nghĩ về nó như 10 người trong một hàng dài đi qua các thùng được buộc lại với nhau bằng dây thừng. Nếu một trong những người già và chậm chạp, không có vấn đề gì khi chín người kia là vận động viên, xô chỉ có thể đi nhanh như ông già có thể quản lý.

Bạn cần nhớ hai bit của tĩnh điện cơ bản:

• các electron đẩy nhau
• các electron bị hút vào hạt nhân nguyên tử

Và cả hai hiệu ứng này đều rất mạnh. Do đó, các dây dẫn có xu hướng làm cho số lượng electron và proton cân bằng rất nhanh và phân phối chúng càng đều càng tốt dọc theo dây dẫn.

Vì vậy, các điện tử không thể "di chuyển ngay đến pin": điều đó sẽ tạo ra sự mất cân bằng điện tích. Electron hoạt động giống như một chuỗi xe đạp trong một mạch. Tất cả các chuỗi phải di chuyển với cùng một tốc độ, nó không thể chồng chất hoặc kéo dài ra. Nhưng khi bạn tác dụng một lực lên một phần của chuỗi, nó sẽ được truyền đến toàn bộ chuỗi.

Nghĩ theo cách này. Để có sự khác biệt tiềm năng tồn tại giữa hai điểm, phải có một số điện trường giữa chúng. Vì vậy, hãy xem xét các mạch bạn đã hiển thị trong câu hỏi.
Giả sử bạn kết nối pin của mình ở t = 0, dây có điện trở bằng 0 lý tưởng và không có khả năng rơi qua dây, đây là một cách khác để nói rằng chúng cần rất ít điện trường để điều khiển các electron xuyên qua chúng. Vì vậy, ngay sau khi bạn kết nối pin, các electron bắt đầu trôi ra khỏi cực âm và những hạt ở phía bên kia của dây sẽ bắt đầu di chuyển về phía cực dương.
Cho đến nay rất tốt nhưng làm thế nào để chúng ta có một sự khác biệt tiềm năng giữa các đầu của điện trở? Điều đó đơn giản có nghĩa là chúng ta phải có một trường "mạnh", trong đó mạnh liên quan đến trường bên trong dây dẫn (lý tưởng là không như được giải thích). Lĩnh vực này sẽ đến từ đâu? Và câu trả lời là từ chính các electron.
Vì vậy, khi các electron bắt đầu trôi ra khỏi cực âm của pin, chúng sẽ chạm tới điện trở được kết nối ở đầu dây. Nhưng điện trở có rất nhiều nguyên tử đang dao động (năng lượng nhiệt) va chạm với các electron tới và sắp xếp chúng không di chuyển ngang qua chính nó. Kết quả là, các electron bắt đầu tích lũy gần đầu điện trở được nối với cực âm của pin. Điều tương tự xảy ra ở đầu kia ở cực dương nơi các electron đang di chuyển vào pin để lại điện tích dương ở đầu kia của điện trở.
Do đó, chúng ta có một điện tích dương và điện tích âm tích lũy trên các đầu của điện trở, kết quả là "Trường điện" mà chúng ta đang tìm kiếm. Các điện tích sẽ tích lũy cho đến khi điện trường đủ mạnh để di chuyển các electron từ đầu này sang đầu kia của điện trở và sự tích lũy sẽ dừng lại tại thời điểm đó.
Lượng điện trường phụ thuộc vào loại vật liệu của điện trở, thực tế nó phụ thuộc vào điện trở suất của nó, mà bạn có thể biết có liên quan như:

Tôi thấy dễ dàng hơn để không rơi quá sâu vào vật lý ....

Giống như người khác đã nói, các electron chảy xung quanh một mạch không giống như các phân tử nước chảy qua một đường ống.

Điện áp rất giống áp lực. Hãy tưởng tượng một xô nước có vòi chảy ra từ nó treo cao 1 mét. Có một áp lực, đó chỉ là xác định bởi chiều cao. Nếu chúng ta đo nó thực sự gần mặt đất - ngay cả khi ống bị kẹp - nó chỉ đơn giản là một con số (đó chỉ là mật độ nhân với chiều cao).

Bây giờ, nếu vòi là ống có đường kính 1 inch, và chúng tôi nhả kẹp, nước sẽ chảy xuống đất từ ​​xô qua nó với tốc độ nào đó. Vòi có một số 'lực cản' (ma sát) và đối với áp suất cho, một tỷ lệ nước cố định (dòng điện, được đo bằng phân tử mỗi giây) sẽ chảy ra mỗi giây.

Bây giờ hãy tưởng tượng véo vòi. Áp lực là như nhau, nhưng có nhiều sức cản hơn: do đó, có ít dòng chảy mỗi giây.

Điện khá giống nhau. Về mặt điện, áp suất là 'điện áp' và dòng chảy là 'dòng điện' - giống như dòng điện trong một dòng sông (đó là nơi xuất phát của thuật ngữ). Hiện tại là số lượng điện tử mỗi giây, nếu bạn muốn, sẽ đi qua vòi (hoặc 'mạch'). SO, đối với một áp lực nhất định, với ít sức cản hơn có nhiều dòng điện hơn.

Tất cả các electron chảy phải chảy qua điện trở, giống như tất cả các nước chảy phải chảy qua vòi - cho dù mở rộng hay bị chèn ép. Nhưng khi chúng ta nói về hiện tại, chúng ta quan tâm đến tốc độ dòng chảy. Không có một tập hợp các phân tử (hoặc electron) ở một bên và một bên ở bên kia. Vâng, bất cứ lúc nào cũng có, giống như bất cứ lúc nào một số phân tử nước nằm trong xô, một số ở trên nhúm trong vòi và một số trên mặt đất đã chảy. Nhưng chúng tôi quan tâm đến tốc độ dòng chảy (điện tử mỗi giây), không phải là ảnh chụp nhanh.

Tôi thấy nó thực sự dễ dàng hơn khi nghĩ về nó giống như các nhà thiết kế mạch điện: có điện áp cung cấp và mặt đất nơi tất cả điện muốn đi, giống như tất cả nước muốn chảy xuống và nhét vào giữa. (Cảnh báo: thông thường, chúng tôi gọi điện áp đó là dương, vì vậy để trở thành các electron chính xác đang chảy ngược - nhưng đó chỉ là quy ước.)

Bây giờ hãy tự hỏi chính mình những câu hỏi mà bạn đã hỏi. Điện áp (áp suất) là những gì nó là. Điện trở là những gì nó được (gọi nó là R). Theo định nghĩa, lượng electron có thể chạy qua điện trở xuống đất mỗi giây (dòng điện, I) cho một áp suất cố định (điện áp, E) có liên quan theo một công thức rất đơn giản:

 E = IR

Vì vậy, nếu E = 9V, R = 1 ohm, thì I = 9 amps hiện tại. Nhưng nếu E = 9V và R = 9 ohms, dòng điện (I) giảm xuống còn 1 amp.

Nơi bạn đang bị lẫn lộn là tưởng tượng các electron đang bị mắc kẹt trong điện trở, hoặc rò rỉ ra khỏi nó. Nhưng, nếu chúng ta véo một vòi, không có nước bị kẹt hoặc rò rỉ tại nhúm: mọi phân tử cuối cùng đều đi qua; tốc độ nó xảy ra chỉ bị chậm lại bởi sức đề kháng nhiều hơn.