^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Giáo viên vật lý của tôi nói rằng dòng điện qua điện trở là 4A vì mỗi pin có dòng điện 2A nếu tự mình nối với điện trở, và vì vậy cả hai đều có dòng điện 2A qua chúng nên điện trở có tổng 4A qua nó vì quy tắc tiếp giáp (đây là lời giải thích mà cô ấy đưa ra khi tôi hỏi cô ấy tại sao tổng dòng điện không phải là 2A), tuy nhiên điều đó không đúng vì dòng điện qua điện trở là 2A khi điện áp là 80 (các pin này song song) và do đó, có 1A thông qua mỗi pin. Làm thế nào để tôi giải thích rằng logic của cô ấy không hoạt động, vì hiện tại không tăng gấp đôi khi bạn thêm một pin khác?

Chỉnh sửa: Câu trả lời của cô ấy cho tôi khi tôi hỏi về định luật ohm: mỗi pin tự cung cấp 2A dòng điện, vì vậy chúng kết hợp với nhau vì rõ ràng, bạn có thể xử lý từng vòng riêng biệt, do đó, theo quy tắc tiếp giáp, dòng 2A kết hợp để trở thành 4A .

Chỉ cần hỏi cô ấy điện áp trên điện trở là gì

Phương pháp 1

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Hình 1. Một thí nghiệm thực tế đơn giản.

Thực hiện một thí nghiệm với mạch của Hình 1 sẽ chứng minh rằng các nguồn điện áp song song không thay đổi dòng điện. Bạn sẽ nhận được đọc 9 mA với một hoặc cả hai pin trong mạch.

Phương pháp 2

Một thử nghiệm tư duy:

^{mô phỏng mạch này}

Hình 2. Hộp pin có hai pin và một công tắc có thể nhìn thấy vị trí của chúng.

• Điện áp đầu cuối nơi dây rời khỏi hộp là gì?
• Nó có thay đổi nếu tôi đóng công tắc không?
• Dòng điện dự kiến ​​cho điện áp đó là gì?

Anh ấy nói rằng

mỗi pin có dòng điện 2A nếu được tự nối với điện trở và vì vậy cả hai đều có dòng điện 2A qua chúng

Đúng. Cả hai mạch có 2A thông qua chúng.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

vì vậy điện trở có tổng 4A thông qua quy tắc tiếp giáp

Nhưng nếu chúng ta kết hợp các mạch trên thành một, chúng ta sẽ có được mạch này thay vì mạch ban đầu.

^{mô phỏng mạch này}

Cả hai điện trở có 2A xuyên qua chúng, tổng cộng 4A.

Cập nhật: Tất nhiên bạn không thể chỉ thực hiện hai mạch độc lập, nối chúng lại với nhau theo bất kỳ cách nào bạn thích và mong đợi rằng chúng hoạt động như nhau sau đó. Nhưng nó sẽ không thay đổi điều gì nếu bạn kết nối một số điểm có cùng tiềm năng.

Bây giờ, một câu hỏi cơ bản. Điện trở kết quả của các điện trở R1 = 40Ω và R2 = 40Ω được kết nối song song là gì?

20Ω, vì$\dfrac{1}{\dfrac{1}{40}+\dfrac{1}{40}}=20$

do đó mạch tương đương là khá

^{mô phỏng mạch này}

Những người khác đã chỉ ra rất nhiều lý do sai lầm của giáo viên. Tôi muốn đề cập đến một phần khác của điều này, nơi dường như cũng có một số nhầm lẫn.

Bây giờ chúng ta đều hiểu rằng hiện tại thông qua điện trở là 2 A. Tuy nhiên, trong thế giới thực, không chính xác khi nói rằng mỗi pin cung cấp 1 A. Tổng số được cung cấp bởi hai pin là 2 A, nhưng trên thực tế, bạn có thể ' t thực sự giả định rằng pin đang chia sẻ hiện tại như nhau.

Pin khá phức tạp về điện và hóa học, và các vấn đề lịch sử trong quá khứ. Trong thế giới thực, bạn không bao giờ có thể giả sử hai pin giống hệt nhau.

Đến một xấp xỉ đầu tiên, bạn có thể nghĩ pin là nguồn điện áp nối tiếp với điện trở. Điện áp là những gì phản ứng hóa học gây ra. Nó phụ thuộc vào thành phần hóa học chính xác, thay đổi theo thời gian, lịch sử quá khứ, nhu cầu hiện tại và nhiệt độ gần đây.

Điện trở sê-ri trong các mô hình bộ phận có thể dễ dàng khuếch tán các chất điện phân của pin, nhưng cũng bao gồm điện trở của các kết nối và thay đổi đáng kể theo mức độ cạn kiệt của pin.

Ngay cả khi chỉ sử dụng mô hình pin đơn giản này, bạn thực sự có mạch này:

Tùy thuộc vào các giá trị của R1 và R2 và điện áp pin chính xác bên trong, dòng điện được cung cấp bởi một pin so với pin kia có thể thay đổi đáng kể.

Tuy nhiên, định luật Ohm vẫn giữ, và dòng điện qua điện trở sẽ là điện áp trên nó chia cho điện trở của nó.

Lỗi là việc áp dụng sai Định lý chồng chất.

Mạch không đáp ứng các tiêu chí cho nhiều nguồn độc lập. Thử nghiệm đang rút ngắn một nguồn điện áp xuống 0V (thường được thực hiện trong các phép biến đổi) và nhận ra việc thay đổi điện áp trên một không được ảnh hưởng đến bất kỳ nguồn nào khác (tức là nguồn điện áp thực 0 ohms) là độc lập.

Nói với cô ấy rằng rắm não là ổn để có. Nó xảy ra tốt nhất của chúng tôi.

$I=\frac{U}{R}=\frac{80}{40}=2\text{ A}$

$4 \text{ A}$

Nhiều nguồn điện áp bằng nhau song song = cùng nguồn điện áp = cùng dòng. Nếu cô ấy không thể chấp nhận rằng cô ấy xì hơi, thì hãy hỏi cô ấy cách mạch tương đương với pin được nối tiếp (không phải vậy).

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Chỉ cần cho cô ấy thấy hình ảnh đó. Hoặc gửi cho cô ấy liên kết này .

Đây là cách nguyên tắc chồng chất đang bị áp dụng sai.

Khi chúng ta áp dụng phương pháp chồng chất, chúng ta xem xét từng nguồn năng lượng trong mạch một cách cô lập, trong khi "tắt" các nguồn năng lượng khác. Sau đó, chúng tôi thêm kết quả. "Tắt" các nguồn năng lượng khác có nghĩa là giảm chúng xuống 0: 0V đối với các nguồn điện áp và 0A đối với các nguồn hiện tại.

Bây giờ, các nguồn điện áp (lý tưởng) có trở kháng bằng không. Vì vậy, khi chúng bị tắt, chúng trở thành một đoạn ngắn: một đoạn dây lý tưởng. Nguồn hiện tại lý tưởng có trở kháng vô hạn. Khi chúng bị tắt và tạo dòng 0A, chúng sẽ mở.

Do đó, một cách ngắn gọn: các nguồn điện áp không được xem xét bị thiếu hụt; nguồn hiện tại mở.

Sai lầm của giáo viên là thay thế nguồn điện bị loại trừ, nguồn điện áp, bằng một mạch mở: nghĩa đen là lấy nó ra khỏi sơ đồ mạch. Điều đó chỉ đúng cho các nguồn hiện tại.

$\Omega$

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Aha! Và vì vậy, bây giờ điều xảy ra là hầu hết các hành động hiện tại đang chảy qua bộ chia điện áp R2-R3. Nút mạch giữa R2 và R3 đang ngồi ở gần như chính xác 40V, và do đó, R1 nhìn thấy 1A của dòng điện.

Tất nhiên, điện áp trung gian rất nhạy cảm với các giá trị của R2 và R3 hoàn toàn bằng nhau, điều này không thực tế. Đây không phải là vấn đề.

$\text{m}\Omega$

(Để mô hình hóa điều này với tính thực tế cao hơn, chúng ta phải bao gồm điện trở pin bên trong. Có nghĩa là, chúng tôi không thay thế pin mà chúng tôi không phân tích bằng ngắn mạch, mà bằng điện trở bên trong của chúng.)

Tại sao đơn giản hóa lý luận điện áp-chia được áp dụng: đó là vì các giá trị R2-R3 nhỏ tràn ngập các giá trị R1 lớn. Chúng ta có thể vẽ mạch phân tích như thế này:

^{mô phỏng mạch này}

Khi trở kháng qua bộ chia điện áp nhỏ hơn khoảng hai mươi lần so với tải của nó (quy tắc 1:20), chúng ta có thể giả vờ rằng tải không có ở đó khi tính điện áp giữa. Ở đây, sự khác biệt là hàng ngàn, bằng cách lựa chọn có chủ ý của R2 và R3.

Tất nhiên, thay vì lý luận ngắn gọn này, chúng ta có thể phân tích chính xác theo đó dòng điện qua R2 bằng tổng dòng điện qua R3 và R1, và điện áp trung điểm cuối cùng nhỏ hơn 40V một chút do cực nhỏ hiệu ứng tải của R1.

Pin không cung cấp hiện tại, nó cung cấp điện áp

Giáo viên của bạn đang đi sai ở điểm này:

mỗi pin tự cung cấp 2A dòng điện

Một pin lý tưởng không cung cấp một dòng điện cố định, nó cung cấp một điện áp . Điện áp được cố định . Hiện tại không cố định. Dòng điện sẽ là bất cứ thứ gì được tiêu thụ bởi phần còn lại của mạch.

Cách dễ dàng để giải thích với cô ấy là: khi một pin phải tự hoạt động, nó phải cung cấp 2A. Nhưng khi chúng tôi có hai pin làm việc cùng nhau, chúng chia sẻ công việc. Và do đó, pin chỉ cần cung cấp 1A mỗi trường hợp thứ hai.

Cô ấy sẽ quay lại với bạn: làm sao chúng ta biết nó sẽ là 2A? Bởi vì đó là những gì điện trở đó sẽ vẽ cho điện áp cụ thể đó. Luật Ohm không thể bị lừa.

Giáo viên vật lý của bạn rõ ràng là không đối thoại với ngay cả các thiết bị điện tử thô sơ, vì vậy cô ấy có thể không thay đổi suy nghĩ của mình bằng cách tranh luận một mình. Nhưng cô ấy là một giáo viên khoa học, và kết quả thực nghiệm đã vượt qua mọi lý lẽ hợp lý.

Bạn thực tế đến mức nào khi tham gia một bản demo quy mô nhỏ bao gồm pin 2 x 9V song song, một điện trở phù hợp (trong khu phố của tôi, có rất nhiều bảng mạch điện tử cũ bị loại bỏ) và đồng hồ vạn năng kỹ thuật số với dòng điện phù hợp (mA) thang đo?

Nghiêm túc mà nói, nếu bạn định dạy điện tử trong một lớp vật lý, thì việc rắc các thí nghiệm / trình diễn vật lý sẽ là một ý kiến ​​hay.

Bài học cho giáo viên là bạn có thể xử lý từng vòng lặp riêng biệt - nhưng bạn PHẢI cẩn thận về việc sử dụng dòng điện và điện áp chính xác trong vòng lặp đó. Nếu có nhiều nguồn điện áp hoặc hiện tại, đây là nguồn lỗi phổ biến trong số các sinh viên. Thật không may, nó dường như cũng là một nguồn gây ra lỗi cho giáo viên này.

Như ví dụ cho thấy rõ, dòng điện đi qua điện trở là (I1 + I2). Nếu bạn chọn một trong hai vòng lặp, phương trình là

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

I2 + I2 = 2A

Đó là phương trình theo Định luật Kirchoff và là giải pháp duy nhất theo Định luật Kirchoff.

Về lý thuyết, không có gì ngăn một nguồn điện áp cung cấp 0,1A và nguồn kia cung cấp 1.9A - điều đó sẽ đáp ứng hoàn toàn Định luật Kirchoff. Trong thực tế, các nguồn điện áp sẽ cung cấp một nửa mỗi. Nhưng với suy nghĩ xa hơn, trong thực tế sẽ luôn có một số khác biệt nhỏ giữa các nguồn điện áp và nếu đường dây trên cùng bị đoản mạch thì một nguồn điện áp sẽ dẫn dòng vô hạn vào nguồn điện áp khác! (Điều này sẽ dẫn đến thảo luận về các điện trở cân bằng hiện tại, nếu bạn muốn thử nghiệm thực tế với pin và đồng hồ đo.) Tuy nhiên, dòng điện qua điện trở sẽ luôn là 2A, và sẽ không bao giờ là bất cứ thứ gì ngoài 2A.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Rõ ràng giáo viên của bạn trực giác không chấp nhận thực tế là việc kết hợp các pin (song song) buộc mỗi pin phải giảm một nửa công suất đầu ra của nó. Sự tương tự thủy lực có thể giúp đỡ.

• Mỗi pin là một bể nước.
• Các điện trở là một đường ống hẹp (chảy ra).

Thêm một pin bổ sung song song giống như thêm một chiếc xe tăng ở cùng độ cao (trái ngược với pin nối tiếp, giống như những chiếc xe tăng xếp chồng). Thêm một bể ở cùng độ cao (hoặc tương đương, mở rộng bể) không làm tăng áp lực lên đường ống. Do đó, hiện tại sẽ không tăng.

Vì vậy, nếu pin phụ không ảnh hưởng đến điện áp (= áp suất) và dòng điện, thì đó là gì hiệu quả? Tất cả những gì nó làm là gấp đôi thời gian cần thiết để tiêu hao pin. Nói cách khác, sức mạnh vẫn như cũ, nhưng tổng lượng năng lượng tăng gấp đôi.

Một tương tự tốt đẹp là kẹt xe; giao thông sẽ không tăng tốc bằng cách có nhiều xe tham gia xếp hàng.

Như những người khác đã nêu chính xác, cô ấy đang trộn lẫn giữa quy tắc và sự chồng chất, hoặc điện áp và các nguồn hiện tại.

Vì cô ấy đã sử dụng quy tắc đường giao nhau (được biết là luật đầu tiên của Kirchhoffs [1]), tôi sẽ thêm luật thứ hai của Kirchhoffs [2] để hoàn thành lời giải thích. Đơn giản hóa, nó nói rằng điện áp giảm trong mỗi vòng kín của mạch phải bằng với nguồn điện áp. Vậy 40 * 2 = 80 trong vòng lặp phải và trái. Nếu dòng điện thực sự là 4A thì định luật thứ hai không thỏa mãn các vòng lặp (40 * 4> 80 hoặc 0 <80 nếu người ta quyết định sử dụng điện áp rơi của điện trở chỉ trong một vòng).

Nếu điều đó ổn với cài đặt của bạn, bạn có thể hỗ trợ đối số đó bằng một ví dụ. Các thành phần cho một bằng chứng trực tiếp (pin 1,5V, điện trở, vạn năng nhỏ) nên dễ dàng có được. Bạn thậm chí có thể sử dụng bóng đèn ("cổ điển", không phải đèn LED) để cho thấy độ sáng không tăng nếu bạn gắn thêm pin song song.

Tuy nhiên, tôi không tiếp cận cô ấy trước lớp học. Cô ấy có thể bị căng thẳng khi phải đối mặt trước nhiều người. Có lẽ phrasing toàn bộ điều như một câu hỏi sẽ giúp: "Nếu hiện tại là 4A, làm thế nào điều này đáp ứng luật thứ hai của K?".

Dù sao, tôi nghĩ rằng đây là một ví dụ tuyệt vời cho thấy rằng người ta phải thực sự cẩn thận khi và làm thế nào để phân chia các hệ thống trong các hệ thống con nhỏ hơn. Hãy nhớ điều này, nó cũng có thể xảy ra với bạn khi mọi thứ phức tạp hơn (chắc chắn nó đã xảy ra với tôi).

Người giới thiệu

• [1] https://www.miniphysics.com/kirchhoffs-first-law.html
• [2] https://www.miniphysics.com/kirchhoffs-second-law.html

Đây là một ví dụ nghèo nàn của một vấn đề phân tích cicuit.

Về mặt phân tích, đây là một hệ thống chưa được xác định. Đặt I1 và I2 là dòng điện từ BAT1 và BAT2. Từ KCL, chúng tôi có

I1 + I2 = 80/40 = 2

Một phương trình, hai ẩn số và vô số nghiệm.

Sự chồng chất không thể được sử dụng, bởi vì nó yêu cầu một trong các nguồn điện áp được đặt thành 0, do đó, điện áp trên điện trở phải đồng thời là 0V và 80V.

Rõ ràng, tốt hơn là làm theo logic do giáo viên đề xuất và tìm lỗi. Ở đây, logic của cô về việc tham gia hai mạch là hoàn toàn chính xác nhưng có một lỗi nhỏ khi thực hiện. Cô ấy xứng đáng nhận được sự từ chối ít hơn nhiều so với cô ấy nhận được.

Trong một ví dụ hiện đại ban đầu của truyền thuyết đô thị, việc phát minh ra cánh cửa thú cưng được gán cho Isaac Newton (1642 Hóa1727) trong một câu chuyện (tác giả ẩn danh và được xuất bản trong một cột giai thoại vào năm 1893) cho hiệu ứng mà Newton dại dột thực hiện lỗ lớn cho con mèo trưởng thành của anh ta và một cái nhỏ cho mèo con của cô ấy, không nhận ra những chú mèo con sẽ theo mẹ qua con lớn.

Bài đọc ngẫu nhiên: Triết học và lẽ thường

Nếu ai đó vẫn đang tìm kiếm ý nghĩa của trích dẫn ở trên, đối với họ, tôi đang cố gắng chỉ ra những sai lầm là một phần không thể thiếu trong các mạch thần kinh của con người.

Một thí nghiệm suy nghĩ bằng cách sử dụng hộp đen. Chúng tôi có hai hộp đen giống hệt nhau chứa hai pin với mỗi pin 80 V. Trong một hộp chỉ có một trong các pin được kết nối với các cực, trong hộp còn lại cả hai pin được kết nối song song.

Bạn có hai hộp đen này, một vôn kế, một đồng hồ đo hiện tại và điện trở 40 Ohm. Có thể quyết định bằng cách đo hộp nào là hộp có hai pin song song không?

Bạn có thể đo điện áp không tải, không chênh lệch.

Khi bạn đo dòng điện qua điện trở, bạn sẽ nhận được kết quả lý thuyết bằng cách sử dụng định luật Ohm cho cả hai hộp. Trong cả hai trường hợp, điện áp là 80 V và điện trở 40 Ohm.

Bạn không thể đo dòng điện ngắn mạch chỉ bằng đồng hồ đo hiện tại, không có phạm vi phù hợp và cầu chì của đồng hồ sẽ tan chảy nếu bạn thử với hộp đầu tiên.

Hỏi giáo viên của bạn những gì đo lường được thực hiện để phân biệt các hộp. Điều gì nên ở trong hộp thứ ba để truyền dòng điện 4 A qua điện trở? Điện áp nào là cần thiết để lái 4 A đến 40 Ohm?

Có nguồn điện áp và nguồn hiện tại.

Nguồn điện áp cung cấp điện áp không đổi.

Nguồn cung cấp hiện tại không đổi.

Các nguồn hiện tại liên tục cảm nhận lượng dòng điện họ cung cấp và điều chỉnh đầu ra điện áp của chúng (để đáp ứng giá trị thiết lập) mà theo luật Ohm sẽ ảnh hưởng đến dòng điện.

Bạn không thể "bơm" dòng điện với điện áp không đổi. Đó là nền tảng!

Nếu bạn muốn chứng minh rằng cô ấy sai, hãy dùng đồng hồ vạn năng, 2 pin, 1 điện trở và bảng mạch và yêu cầu cô ấy chứng minh nhân đôi hiện tại. Nhưng có lẽ cô ấy sẽ không biết máy vạn năng hoạt động như thế nào nên thật lãng phí thời gian ...

Lưới điện có thể cung cấp hàng ngàn và hàng ngàn ampe, thiết bị của bạn có

Hỏi cô ấy chuyện gì xảy ra nếu bạn có một pin duy nhất với hai bộ dây, sau đó bạn cắt pin làm đôi để tạo thành hai pin riêng biệt. Ngoài ra, hãy nhớ rằng pin nhiều hơn nguồn điện áp; nó có một loạt kháng nhỏ. Bạn biết đủ để tính toán mọi thứ nếu điện trở sê-ri là, ví dụ 0,01 Ohm. (Tính đến 8 chữ số thập phân) Các kỹ sư của chúng tôi rất thích có được pin giống như trong vấn đề của bạn với điện trở trong bằng không!

Một ý tưởng khác sẽ giúp bạn giải quyết loại vấn đề này là thay thế một nguồn điện áp nối tiếp bằng một điện trở với một nguồn hiện tại song song với cùng một điện trở đó. Các nguồn hiện tại song song thêm, giống như các nguồn điện áp nối tiếp. Để tìm hiểu thêm, hãy tìm kiếm trên Google.

Cô ấy sai và đúng cùng một lúc.

Tuyên bố 1. Nếu pin được kết nối song song Dòng điện cao (2 + 2).

Tuyên bố 2. Nếu pin nối tiếp, Điện áp tăng cao (80 + 80).

Định luật Ohm "(NẾU HIỆN TẠI LÀ 2A)" I = V / R. Mà nói "(Lấy các giá trị đã cho)" I = 80/40 = 2A hiện tại.

Nếu bạn lấy ý kiến ​​giáo viên của bạn (4A) và thử lại với V = IR.

NÓ KHÔNG ĐƯỢC CHO BẤT CỨ NƠI NÀO (bên dưới). TÔI ĐÃ ĐÁNH GIÁ LUẬT CỦA OHM cho ĐIỆN ÁP V = 4 * 40 = 160V (TẠI ĐÂY TÌNH NGUYỆN ĐÃ ĐƯỢC THAY ĐỔI ĐÚNG ĐẾN HIỆN TẠI HƠN).

Cô ấy đúng vì Pin song song. Giá trị của điện áp hoặc điện trở cần phải chính xác.