Przeprowadźmy kolejny eksperyment myślowy:

Wyobraź sobie, że stopniowo skracamy połączenie między dwoma rezystorami, aż stanie się nieskończenie małe. Teraz masz efektywnie jeden rezystor z punktem podziału gdzieś pośrodku. Jeden koniec tego rezystora jest podłączony do napięcia zasilania, powiedzmy 5 woltów. Drugi koniec jest podłączony do masy, którą nazwiemy 0 woltami, ponieważ użyjemy go jako punktu odniesienia dla naszych pomiarów napięcia.

Ponownie, wyobraź sobie, że stopniowo przesuwamy punkt podziału w górę w kierunku końca 5 V lub w dół w kierunku końca 0 V. W którym miejscu wzdłuż tego połączonego rezystora można oczekiwać, że zmierzone napięcie spadnie z 5 V do 0 V?

Czy jest jasne, że napięcie nie zmienia się skokowo w jednym punkcie, ale jest proporcjonalne do ułamek rezystora poniżej punktu podziału? Spadek napięcia jest liniowy wzdłuż długości połączonej rezystancji.

Teraz wyobraź sobie, że stopniowo przywracamy długość tego połączenia, które rozciągnęliśmy w pierwszej wizualizacji. I wyobraź sobie, że samo połączenie nie ma oporu - zero. (To nie jest całkiem zero, ale jest tak blisko, że możemy to zignorować). Czy jest jasne, że napięcie nie będzie się różnić na obu końcach połączenia, gdy je ponownie rozciągniesz?

Całkowite napięcie spada liniowo na całkowitej rezystancji , a dzielnik wskaż „próbki” tego napięcia w określonej części całości.

Prąd nie „obchodzi” ani nie „wie”, czy przepływa przez wiele pojedynczych rezystorów, czy jeden ciągły; napięcie spada w sposób ciągły wzdłuż każdego segmentu ścieżki oporu. Połączenia „zerowego oporu” po prostu nie mają znaczenia .

Jeśli chodzi o prąd, nie ma rozgraniczenia, jest tylko jedna ścieżka, która ma pewien (całkowity) opór. Powiedzmy, że masz szeregowo rezystor 1k \ $ \ Omega \ $ i 2k \ $ \ Omega \ $. Razem: 3k \ $ \ Omega \ $, a jeśli zastosujesz na nim 3 V, otrzymasz zgodnie z prawem Ohma

\ $ I = \ dfrac {V} {R} = \ dfrac {3V } {3k \ Omega} = 1mA \ $

Teraz prawo Ohma ma również zastosowanie do każdego pojedynczego rezystora w łańcuchu. Aby znaleźć napięcie na rezystorze 1k \ $ \ Omega \ $:

\ $ V = I \ cdot R = 1mA \ cdot 1k \ Omega = 1V \ $

Rzeczywiście otrzymujesz ułamek oryginalnego 3V, dlatego nazywa się to dzielnikiem, którego stosunek jest określony przez stosunek między rezystorami. Ale dla prądu nie ma różnicy między obciążeniem 3k \ $ \ Omega \ $ a obciążeniem złożonym z 1k \ $ \ Omega \ $ plus rezystor 2k \ $ \ Omega \ $.

Co jest złego w myśleniu o analogii wody? Gdy pompa przepycha wodę przez kapilarę, manometr poniżej pokaże pełne ciśnienie w punkcie X, ale około połowę ciśnienia w punkcie Y. Woda nie „wie”, jakie ciśnienie ma być, po prostu napotyka mniejszy opór gdy przemieszcza się w dół kapilary, a ciśnienie spada proporcjonalnie.

(Nawiasem mówiąc, jest to sposób, w jaki zawór obejściowy w domowej instalacji centralnego ogrzewania kontroluje natężenie przepływu przez grzejniki).

Chodzi o prawo Ohma .

Napięcie na dwóch rezystorach powoduje przepływ prądu do obu z nich. Ten prąd będzie taki sam dla wszystkich rezystorów, jeśli są one połączone szeregowo, i będzie określony przez prawo Ohma.

Na każdym rezystorze przepływający prąd wywoła spadek napięcia, ponownie wyrażony przez Prawo pana O.

Matematykę można znaleźć wszędzie, ale najpierw należy zrozumieć, jak działa rezystor. Ponieważ jest to temat nadużywany, chciałbym zasugerować przeczytanie wiki o rezystorze i prawie Ohma. Kiedy zrozumiesz oba, dzielnik napięcia będzie magicznie jasny.

W każdym razie:

Skąd energia elektryczna „zna” stosunek rezystancji w dzielniku napięcia?

Skąd wiesz, że skacząc z mostu, spadasz z określoną prędkością? To tylko z powodu fizyki.

Obraz jest taki: elektrony są popychane przez siłę. Całkowitą siłę (napięcie zasilania) dzieli się między wartość oporu w każdej części toru. Przepływ elektronów równoważy się w taki sposób, że suma wszystkich napięć na wszystkich elementach sumuje się do napięcia zasilania.

Wyjaśnienie: Prąd to w zasadzie „wszystkie elektrony w przewodzie poruszają się powoli w określonym kierunku”. Wyobraź sobie kilka piłek w wężu. Jeden musi wyjść z drugiej strony, gdy naciśniesz jeden na swojej stronie.

Aby je poruszyć, musisz użyć siły. Jest to siła elektryczna, która występuje, gdy pole elektryczne (w zasadzie napięcie) działa na naładowane rzeczy, w naszym przypadku elektrony.

Aby przyspieszyć ich ruch, musisz wywierać większą siłę. (a raczej częściej ta sama siła)

To, ile siły potrzeba w stosunku do prędkości / prądu, zależy od oporu ścieżki.

Wszystkie elektrony na ścieżce poruszają się. Oznacza to, że w źródle zasilania, przewodach i rezystorach, wszystkie elektrony poruszają się mniej więcej zgodnie.

Teraz elektrony się poruszają. Dla każdej nieskończenie małej części ścieżki występuje opór, który określa, jak duże musi być napięcie, aby elektrony się poruszały. Poruszają się dalej, ponieważ jest prąd. Są do tego zmuszeni.

Napięcia każdej części ścieżki sumują się do całkowitego napięcia.

Cóż, najpierw widok z jednym rezystorem. Przyjrzymy się temu z konfiguracją akumulatora samochodowego i powiemy, że mamy ujemną masę i + 12 V gorące.

W naszym pierwszym obwodzie przenosimy 12 woltów na 12 omów oporu i przesuwamy 1 amper przez 12 watów w całym naszym obciążeniu. To wszystko, co może się tam przenieść. Względna różnica między końcem zasilania a końcem odbiorczym jest taka sama.

Można to postrzegać również jako uziemienie + 6 V i -6 V, a obwód działałby dokładnie tak samo. Zwiększenie zasilania (na gorąco) lub obniżenie zlewu (masy) spowoduje różnicę w potencjale (napięciu).

Teraz zmieńmy nasze obciążenie: dwa rezystory po 6 omów każdy. Nasz całkowity opór wynosi teraz ponownie 12 omów, więc nadal będziemy pobierać 1 amper. Każde obciążenie zużywa teraz połowę tego: 6 watów. Aby zużywać 6 watów na rezystorze 6 omów przy 1 amperie mocy, musisz stracić 6 woltów. Pamiętaj, że prąd pozostaje stały w obwodzie, gdziekolwiek go mierzysz. Dlatego bezpiecznik jest skuteczny w dowolnym miejscu w obwodzie szeregowym. Pamiętaj, że natężenie prądu to w zasadzie przepływ (galony na minutę), a uzyskana moc jest połączeniem przepływu i ciśnienia (napięcia). Zatem napięcie * natężenie prądu == waty (moc napędowa).

Więc to jest część elektryczna. Aby użyć analogii do wody, musisz trochę inaczej pomyśleć o systemie wodno-kanalizacyjnym. „Zlew”, do którego teraz przepływa woda, należy traktować jako znajdujący się pod ciśnieniem, co zapewnia pewne przeciwciśnienie. Obciążenia to turbiny w rurze. Jeśli nasze zasilanie wynosi 100 psi, a nasz zlew ma 50 psi, uzyskamy przepływ.

Różnica ciśnień między dwoma punktami na rurze, która występuje po obciążeniu, będzie pomijalnie mała. Nadal będzie wywierał presję na świat zewnętrzny, ale ciśnienie względne w odniesieniu do naszego zbiornika zlewu 50 psi będzie bardzo niskie. Dodanie podziału z dużą ilością potoków po ostatnim załadowaniu tego nie zmieni.

Jeśli umieścimy rurę przed pierwszym ładowaniem i podłączymy ją po ostatnim obciążeniu, zobaczymy na niej 100 psi ... lub 50 psi w stosunku do naszych dwóch zbiorników. Jeśli dotkniemy środka tych dwóch równych turbin do naszego zlewu, zobaczymy ciśnienie 25 psi. Woda musiała zużyć trochę energii, aby przejść przez pierwszą turbinę.

Dopóki mamy wystarczające ciśnienie (napięcie), aby obracać turbinę (napędzać obciążenie), zobaczymy spadek na tej turbinie równy na różnicę ciśnień po obu stronach. Jeśli umieścimy tam wiele turbin, zobaczymy spadek ciśnienia, który jest proporcjonalny do ilości wysiłku potrzebnego do obrócenia turbiny.

Pamiętaj, że zarówno napięcie, jak i ciśnienie odnoszą się do względnego odniesienia. W końcu 0 psi na ziemi jest zwykle mierzone względnie i faktycznie wynosi 14,7 psi (absolutne). Więc udawaj przez sekundę, że twój obwód zasilający jest gorący od +24 V do uziemienia +12 V i może to mieć większy sens, ponieważ wizualizujesz pewne przeciwciśnienie w głowie i naprawdę skupisz się na fakcie, że ciśnienie względne jest przyczyną punkt.

Zwiększamy pobór mocy w naszych turbinach, używając większych rur i większych turbin o tym samym ciśnieniu, lub możemy zwiększyć ciśnienie w obecnych rurach. Jednak spadek ciśnienia w naszych turbinach zawsze pozostanie proporcjonalny tak długo, jak długo woda będzie mogła płynąć.

Wszystko dotyczy pola elektrycznego. Jeśli więc mamy obwód z dwoma rezystorami i podłączymy baterię, wtedy pojawi się pole elektryczne przechodzące z jednego końca akumulatora na drugi przez dwa rezystory. To jest część, która porusza się z prędkością światła (w materiale). Na to pole ma wpływ materiał drutu i rezystancja, a także szerokość ścieżki itp. Dlatego siła pola w różnych punktach jest kontrolowana przez opór. Elektrony w materiale reagują następnie na pole. Szybkość, z jaką się poruszają, jest kontrolowana przez siłę pola, a to jest ustalane przez wartości rezystancji, więc elektrony poruszają się z prędkością przewidzianą, ponieważ kontrolujące je pole jest kontrolowane przez rezystory. Opór wpływa na pole niemal natychmiast, ponieważ porusza się z prędkością światła, w przeciwieństwie do wolno poruszających się elektronów.

Mam nadzieję, że tego właśnie szukałeś,

Lubię też myśleć o tym w analogii do wody, ale jest to łatwiejsze. Działa to w ten sposób:

Pomyśl o rurze, w której średnice różnych sekcji są różne. Im większa średnica, tym więcej wody może przepływać. Wyższe wartości rezystancji będą działać jak rury o mniejszej średnicy, pozwalając na mniejszy przepływ wody.

Załóżmy, że masz 2 opory: 1k i 2k. „Rura” o rezystancji 2k ma mniej więcej połowę średnicy „rury” oporowej 1k. Jeśli zapewnisz fajną ucieczkę dla wody między nimi (czyli podzieloną linię napięcia), przepłynie przez nią dużo wody, ale nie całość. Część wody będzie nadal przepływać przez „rurę” 1k, ponieważ jest w niej miejsce, jeśli jest pusta. Ile? około 1/3 wody będzie w stanie wykorzystać rurę 1k w tym samym czasie, w którym 2/3 ucieka przez rurę rozdzielającą napięcie. Więc jeśli chodzi o potencjał, przez rozdzielacz będzie przechodziło około 2/3 V. Wszystko zależy od tego, ile wody dostanie się (z powodu pierwszego oporu) i ile wody może dostać się do ziemi (z powodu drugiego oporu).

I tak skończy się na pełnym potencjale na obu końcach, ponieważ jest to obowiązkowe, ale w środku będziesz miał potencjał, który był w stanie uciec tą drogą, która była o wiele bardziej kusząca niż inną drogą.

Nie jestem pewien, czy analogia jest w 100% trafna, ale to jest model mentalny ... nie musi być tak naprawdę dokładny, tylko wyrazisty :)