Коротке замикання = відсутність потужності?

Тепер я хочу будувати речі, і мені дуже цікаво вивчати речі (врахуйте, що я починаю з нуля).
Тож я читаю весь цей веб-сайт, і наступний рядок у цій статті змусив мене почесати голову протягом певного часу:

[про номінальну потужність ланцюга]
Так само, якщо ми маємо стан короткого замикання, подається струм, але немає напруги V = 0, тому 0 x I = 0, тож знову розсіяна потужність у ланцюзі 0.

Я впевнений, що ви можете розплавити матеріал, підключивши його до обох кінців акумулятора. Не те, що я спробував це сам, але навіть торкаючись металевим дротом обох кінців акумуляторної батареї AAA виробляє блискітки та тепло. Чи дійсно правильно, що в ланцюзі в режимі короткого замикання не розсіюється живлення ?

Також я пам'ятаю, що в ланцюзі не могло бути потоку електронів, якщо не було падіння напруги між обома кінцями ланцюга. Тоді, чи не вказаний рядок я суперечливий?

Ви не повинні бути настільки жорсткими щодо свого професора.

Більшість плутанин, що виникають у новонароджених з ЕЕ, полягають у тому, що ми говоримо про теоретичні схеми IDEAL як частину навчального процесу. В ідеальних схемах речі часто діють досить протилежно вашим інтуїтивним та експериментальним уявленням про те, як речі насправді працюють.

Такі речі, як коротке замикання, трансформатори, діоди та багато іншого, з чим ми працюємо, мають ідеальні моделі, які ми використовуємо для їх опису та розуміння в межах того, як ми намагаємось їх використовувати. Реальність набагато складніше і набагато важче, якщо не неможливо, визначити цілком.

Як таке визначення "короткого замикання" насправді є "ідеальною складовою". Це опір з нульовим опором, тобто . Тобто сила батареї буде діяти через неї без протилежної сили. Натиснувши на нічого, ви не працюєте, і ніяка сила не розсіюється.$0\Omega$

У реальному житті, звичайно, провід, який ви використовуєте для вимкнення акумулятора, має невеликий опір. Сама батарея також має певний внутрішній опір. Оскільки обидва з них малі, результуючий струм дуже великий. Це означає, що багато живлення розсіюється в дроті, а в акумуляторі і речі швидко нагріваються.

Як я вже казав, не будьте так важко вашим професором. Багато ЕЕ приймає ідеали за номіналом, усвідомлюючи, що реальність є зовсім іншою. Ідеальні моделі дають нам базову точку роботи, яка дозволяє нам проектувати речі до робочого рівня точності, не гублячись в хаосі реальних ефектів світу.

Однак ми завжди маємо пам’ятати, що ідеали - це міф.

навіть торкаючись металевим дротом обох кінців батареї AAA виробляє блискітки та тепло

Щоб проаналізувати цю схему, ви повинні врахувати як внутрішній опір акумулятора, так і фактичний опір дроту.

Оскільки справжній провід має ненульовий опір, деяка потужність дійсно буде подаватися на дріт і перетворюватися на тепло.

Але також, оскільки справжній акумулятор має внутрішній опір, деяка потужність буде перетворена в тепло всередині акумулятора, де це не принесе користі і може пошкодити акумулятор.

Заява (з веб-сайту) правильна лише в чисто теоретичному сенсі, оскільки насправді немає такого поняття, як короткий 0 Ом. Всі дроти мають певний опір, а сама батарея має внутрішній опір. Ваш професор справді був правильним - якщо є струм потоку, то спостерігається падіння напруги, хоча воно може бути дуже малим.

Фактично, одним із способів вимірювання струму в ланцюзі є розміщення невеликого каліброваного опору (що називається шунтируючим резистором), що має типовий 0,01 Ом послідовно з навантаженням, і вимірювання падіння напруги (як правило, в мілівольтах) шунта.

Нульова напруга з коротким замиканням справедлива лише за наявності нульового опору. Це теоретичне твердження.

Насправді (принаймні, для нас при кімнатній температурі) завжди буде деякий опір, і тому коротке замикання матиме деяку напругу і, таким чином, потужність.

Розглянемо ідеальну схему (а) нижче. Через ланцюг протікає струм 2 А. Він йде від А до В, через резистор до С, потім назад до Д, і через джерело напруги до А, завершуючи ланцюг.

Тепер, що таке падіння напруги в проводі AB і скільки потужності там розсіюється? Це ідеальний провід, тому його опір дорівнює нулю, і тому падіння напруги та потужність також дорівнюють нулю. Незалежно від того, що через нього протікає струм 2 А. Ідеальний провід - це коротке замикання, і ось такий, який не розсіює енергію, як сказав ваш вчитель.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

$V_2\ /\ R_2$$10\ \mathrm{V}\ /\ 0\ \Omega$$R_2$$\lim_{R_2\to0} {V_2\over R_2} = \infty$

Очевидно, є й падіння напруги, оскільки напруга мережі навколо ланцюга має дорівнювати нулю. Ненульовий раз напруга нескінченний струм дає нескінченну силу. Це відрізняється від (а), оскільки тут все джерело напруги було короткозамкненим.

^{моделювати цю схему}

Коли ряд резистивних елементів з'єднані послідовно і приводяться в дію від джерела напруги, загальна кількість потужності буде обернено пропорційною загальному опору (якщо бути точним, це напруга, поділене на опір), але частка потужності, отримана кожен окремий резистивний елемент буде пропорційний його опору.

Якщо у вас є дріт із опором 1 Ом, з'єднаний послідовно з лампочкою, опір якого 99 Ом, і ця комбінація приводиться в дію з джерелом 100 вольт, то загальна потужність складе 100 вольт на квадрат, поділене на 100 Ом загальний опір, тобто 100 Вт. З цієї потужності 99% буде розсіюватися в лампочці, а 1% - у дроті.

Якщо опір лампочки повинен був падати до 0,001 Ом, то загальна розсіяна потужність становила б 100 вольт, поділених на загальний опір 1,001 Ом, тобто 9,9990 Вт. З цієї потужності близько 0,1% (10 Вт) буде розсіюватися в короткошерстній лампочці і 99,9% (9980 Вт) в проводі. Зауважте, що максимальне розсіювання потужності в лампочці відбудеться, якби її опір був рівним опору проводу. У цьому випадку 5000 Вт розділиться порівну між дротом і колбою (кожна отримує 2500 Вт).

Це, мабуть, випливає з припущення, що навіть при ідеалізації струм через ланцюг все ще є кінцевим, і, отже, V = IR означає V = 0.

Більш розумною моделлю короткого в реальному світі було б те, що напруга залишається ненульовою; в ідеальному випадку нульового опору ви мали б нескінченний струм. Потужність P = IV також була б нескінченною.

Ваше запитання мене викликало цікавість, тому я розмістив своє . Я думаю, що коментар Ніка Алексєєва в основному відповідає на ваше запитання - модель короткого замикання, про яку ви читаєте, призначена для моделювання більш доброякісних схем, а не тих, що плавляться.