Якщо напруга вимірюється між двома точками на проводі, а опір між ними не дорівнює нулю?

У мене є ланцюг серії. Скажімо, акумулятор має різницю потенціалів 10 Volts.

На двох точках дроту до того, як струм потрапить на будь-які резистори, я прикріплюю зчитувачі вольтметра. Оскільки опору немає, а формула напруги є V = IR, чи означає це, що напруга буде читати нуль між цими двома точками?

Але як це може бути - ми знаємо, що через нього протікає 10 вольт струму!

Приклад, який дає мій учитель, - це те, що електрика - це як річка, що біжить. Напруга - сила проточної води. Куча скеля посеред річки, і це опір. Але якщо ви не купуєте скелі і не вимірюєте в двох точках, це не означає, що в потоці річки немає сили (читайте: напруга).

Може хтось, будь ласка, уточнить?

У вас, здається, напруга і струм зв’язані.

Напруга більш правильно називається електрорушійною силою . Вона сама по собі не тече і не передає енергію.

Струм (зазвичай вимірюється в амперах) - це міра того, скільки електричний заряд рухається за одиницю часу. Струм теж сам по собі не є потоком енергії.

Потік енергії називається потужністю . Щоб мати потужність, потрібно як струм ( ), так і напруга ( ). Потужність дорівнює добутку двох:$I$$E$

Це допомагає думати про це з точки зору аналогічних механічних систем, оскільки ми можемо спостерігати механічні системи безпосередньо своїми відчуттями. Механічні системи також мають потужність, де вона дорівнює добутку сили і швидкості:

Якщо у вас є сила, але немає швидкості, у вас немає сили. Прикладом може бути гумка, натягнута між двома нерухомими опорами. Смуга чинить силу на опори. Ця напруга є потенційною енергією. Але нічого не рухається, і жодна з цієї енергії, що зберігається в розтягнутій смузі, не передається ні на що інше.

Однак якщо смуга може переміщати опори, тепер ми маємо швидкість. Коли смуга переміщає опори, енергія, що зберігається в розтягнутій смузі, буде перетворена на кінетичну енергію в опорах. Швидкість, з якою відбувається ця передача енергії, - потужність.

Напруга - це сила, яка рухає електричний заряд. Струм - швидкість електричного заряду. Опір - як легко переміщати опори.

Ось механічна система, яка більш аналогічна вашій схемі:

У нас є жорстке кільце, прикріплене до двигуна, який прикладає певну силу, щоб повернути його. Також прикріпленим до кільця, у нас є гальмо, яке чинить опір повороту кільця. Щоб ця аналогія була належною, це повинно бути гальмом, яке забезпечує силу, пропорційну швидкості руху кільця, що рухається по ньому. Уявіть, що він поєднаний з вентилятором, тому, коли кільце повертається швидше, вентилятор повертається швидше, створюючи більше аеродинамічного опору .

Якщо двигун прикладає силу 1 , то гальмо має застосовувати рівну силу в протилежному напрямку. Якщо сила гальма не дорівнює силі двигуна, то кільце відчує чисту силу, яка буде прискорювати або уповільнювати його, поки сила гальма не буде рівною, і кільце повернеться з постійною швидкістю. Таким чином, якщо сила двигуна постійна, швидкість кільця є функцією сили гальма. Це аналогічно закону Ома.$1kN$

Які ще сили діють на ринг? Оскільки ми розглядаємо ідеалізовану систему без тертя, її немає. Якби ви вставили тензодатчики в точках A і B, ви б виміряли різницю між ними. B стискається, коли мотор засуває кільце в гальмо проти його опору, а А розтягується, коли мотор висмоктує його з гальма.

Але яка різниця між B і C? немає. Якщо це не очевидно, зрозумійте, що ви повинні вирізати проміжок у кільці і вставити руку, щоб ця машина могла розбити її. Чи є момент, коли ви вважаєте за краще це робити? Ні, ваша рука буде однаково розбита незалежно від того, де ви це робите в лівій частині кільця.

Сили, виміряні тензодатчиками, аналогічні напрузі. Ми можемо вимірювати лише напруги відносно якоїсь іншої напруги. Тому ваш вольтметр має два зонди. Куди б ви не поставили чорний відвід визначається як "0V". Отже, сценарій, який ви представляєте у своєму запитанні, подібний до вимірювання різниці між B і C: він дорівнює нулю.

Це здається трохи дивним, адже ми знаємо, що на цілій стороні кільця є сила стиску. Схоже, що для чогось має бути добре. Але врахуйте це: вага всього газу в атмосфері Землі призводить до тиску на рівні моря близько 15 фунтів на квадратний дюйм. Чи означає це, що ми можемо зробити машину, яка працює лише тому, що вона піддається цьому тиску? Ні. Для роботи з цим атмосферним тиском нам потрібна різниця в тиску. Без різниці ми не можемо зробити рух повітря. Розглянемо ще вище визначення влади, і повинно стати зрозумілим, наскільки це правда.

Ваш вольтметр і ваш вчитель мають рацію, але аналогія води з електрикою може зайти лише настільки далеко. Одним з великих недоліків є те, що, на відміну від води, немає абсолютної напруги. Напруга завжди відносна між двома точками.

Немає такого поняття, як "10 вольт струму тече навколо". Напруга - сила, яка підштовхує заряди до струму. Поточні - це заряди, які фактично протікають. Цілком можливо мати напругу без струму, і струм без (або не вимірюваної) напруги.

Річкова аналогія вашого вчителя насправді все ще працює в цьому випадку, якщо ви її правильно застосовуєте. Напруга - це тиск у річці, що штовхає воду вниз за течією. У річці цей тиск можна побачити як висоту водної поверхні. Коли ви вкладаєте скелі в річку, поверхня річки буде вище скель, ніж нижче. Це було б відображено як різницю тиску, якщо ви вимірювали відносний тиск тиску між і над скелями.

Дріт - як річка, в якій немає скель. Тиск в одній точці і кілька футів вгору за течією все ще в основному однаковий. Ось що вам показує ваш вольтметр. Одна відмінність між справжньою річкою та мідним дротом полягає в тому, що мідний дріт - набагато ідеальніша річка, на відміну від усього, що може зробити реальна вода. Дріт настільки не-гірський (не резисторний), що для потоку накопичується дуже мало напруги. Насправді між двома точками на дроті є невелика різниця напруги, але провід є таким хорошим провідником, що ця різниця напруги занадто мала для звичайного мультиметра для вимірювання. Якщо ви заміните короткий шматок дроту на декілька 10 метрів дроту, а потім замірите його, ваш мультиметр може показувати невелику напругу.

через нього протікає 10 вольт струму!

Напруга не «тече». Це міра електроелектричного потенціалу, і так існує лише у двох точках.

Це те саме, що намагатися виміряти висоту гори; немає такого поняття, як "абсолютна висота", існує лише висота відносно чогось іншого, наприклад рівнини навколо неї, рівень моря тощо.

Справа в напрузі полягає в тому, що вона завжди повинна вимірюватися відносно чогось. Іншими словами, лічильники вимірюють різницю напруги, а не окремі рівні напруги . В ідеальній ситуації лічильник у вашому прикладі буде зчитувати нуль. Однак навіть дріт має невеликий опір, тому буде дуже маленьке зчитування напруги, якщо у вас лічильник з мікровольтовою точністю.

Виходячи на невелику дотичну з поясненням різниці напруги, рівні напруги насправді не шкодять людям. Саме перепади напруги шкодять людям. Ось як технічні працівники можуть працювати на 500000 лініях напруги, не обсмажуючись. Вони доводять рівень напруги до 500 КВ, тому різниця напруги в їх тілі дорівнює нулю.

Ось приклад одного мого вчителя фізики, який нам сказав, щоб допомогти зрозуміти це поняття. Уявіть, що ви на вершині Емпайр-Стейт-Білдінг. Та висота вам не шкодить. Однак якби ви стрибали, різниця у висоті вбила б вас. Це та сама концепція з напругою.

Насправді є падіння напруги між будь-якими двома точками вздовж дроту - але воно буде невеликим, оскільки опір дроту невеликий (навіть дріт має кілька камінчиків у ньому).

Приклад : Якщо опір дроту між двома зубцями дуже малий (скажімо, 1/1000 Ом) і струм 1 Амп тече, буде падіння напруги на 1/1000-го вольта (0,001 В) між зубці вашого вольтметра.

Якщо ваш вольтметр встановлений в діапазоні 10 В, ви не побачите цього падіння напруги і лічильник зчитує нуль.

Якщо ви можете отримати вольтметр для вимірювання до діапазону mV або навіть uV, ви побачите, що при переміщенні зубців лічильника по дроту ви отримаєте зміну напруги до тих пір, поки по ланцюгу тече струм.

Якщо НЕ протікає струм (тобто ланцюг розірваний), ви не отримаєте цього зміни напруги.

Це тому, що вольтметр вимірює різницю напруги між двома зондами. Оскільки між елементами ланцюга, наприклад резистором, між вашими відведеннями для падіння напруги немає, різниця напруги дорівнює нулю, і ви отримаєте показник напруги, що дорівнює нулю. Що стосується аналогії вашої річки, оскільки немає скель (резисторів AKA), кількість води та швидкість руху води між зондами будуть однаковими.

Якщо вимірюється напруга, то напруга - це все, що говорить вимірювання, за визначенням. Якщо ви просто називаєте його нулем, грунтуючись на інших міркуваннях, таких як опір і відстань проводу, а також величина струму, що протікає, то це вже не враховує вимірювання.