Как электричество «узнает» отношение сопротивления в делителе напряжения?

Мне трудно осмыслить, что / как работает в установке делителя напряжения. Я прочитал пару других вопросов / объяснений, где ответчик сказал «не думать об этом с точки зрения воды», но в некоторой степени это сложно сделать.

Что я не понимаю, так это то, как электричество меняется / адаптируется после ПЕРВОГО резистора в зависимости от соотношения между ним и ВТОРОМ резистором? Я знаю, что это связано с «давлением» и трубами, но если у вас есть сопротивление выше в цепи потока, концептуально, как это имеет значение, какое сопротивление дальше вниз по трубе?

И выходить за пределы делителей напряжения (но все же в области вопроса падения напряжения и отношений) - как / почему ВСЕ напряжение падает на резистор в цепи с одним резистором, но с 2+ резисторами / нагрузками, электроны "знают", чтобы каким-то образом пропорционально падало напряжение? (Очевидно, я знаю, что электроны сознательно не работают над этим и не принимают решения). Почему падение напряжения не является статическим по сравнению со статическим сопротивлением / нагрузкой? Почему это зависит от других резисторов / нагрузок в цепи?

(Я не возражаю против технических, но если возможно, пожалуйста, по крайней мере, добавьте визуальную концепцию или демонстрацию, если возможно! :) Спасибо!

Давайте сделаем еще один мысленный эксперимент:

Представьте, что мы постепенно сокращаем соединение между двумя резисторами, пока оно не станет бесконечно малым. Теперь у вас фактически есть один резистор с точкой делителя где-то посередине. Один конец этого резистора подключен к напряжению питания, скажем, 5 Вольт. Другой конец соединен с землей, которую мы назовем 0 Вольт, потому что мы будем использовать ее в качестве контрольной точки для нашего измерения напряжения.

Опять же, представьте, что мы постепенно перемещаем точку делителя вверх к концу 5V или вниз к концу 0V. В каком месте этого комбинированного резистора вы ожидаете падение измеренного напряжения с 5 В до 0 Вольт?

Понятно ли, что напряжение не имеет ступенчатого изменения в одной точке, а пропорционально доле резистора ниже точки делителя? Падение напряжения линейно по длине объединенного сопротивления.

Теперь представьте, что мы постепенно восстанавливаем длину той связи, которую мы растянули в первой визуализации. И представьте, что само соединение не имеет сопротивления - ноль. (Это не совсем ноль, но это так близко, что мы можем игнорировать это). Понятно ли, что при повторном растяжении напряжение не будет отличаться на обоих концах соединения?

Суммарное напряжение падает линейно по отношению к общему сопротивлению , и точка делителя «отбирает» это напряжение в определенной части от общего.

Ток не «заботится» и «не знает», протекает ли он через множество отдельных резисторов или через один непрерывный; напряжение непрерывно падает вдоль каждого отрезка пути сопротивления. Соединения с «нулевым сопротивлением» просто не имеют значения .

Что касается тока, то здесь нет делителя, есть только один путь, который имеет определенное (полное) сопротивление. Допустим, у вас есть 1к и 2k резистор в серии. Итого: 3k , и если вы приложите 3V к нему, вы получите, согласно закону Ома $\Omega$$\Omega$$\Omega$

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

Теперь закон Ома также применим к любому отдельному резистору в цепи. Чтобы найти напряжение на резисторе 1k : $\Omega$

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

Так что на самом деле вы получаете долю исходного 3В, поэтому он называется делителем, соотношение которого определяется соотношением между резисторами. Но в настоящее время нет никакой разницы между нагрузкой 3k и один , состоящий из 1к плюс 2k резистором.$\Omega$$\Omega$$\Omega$

Что не так с размышлениями о водной аналогии? С насосом, проталкивающим воду через капилляр, манометр ниже будет видеть полное давление в точке X, но примерно половину давления в точке Y. Вода не «знает», какое давление находиться, она просто встречает меньшее сопротивление когда он движется вниз по капилляру, и давление уменьшается пропорционально.

(Это, кстати, то, как перепускной клапан в домашней системе центрального отопления контролирует расход через радиаторы).

Картина такова: электроны выталкиваются силой. Общее количество силы (напряжение питания) делится на величину сопротивления в каждой части дорожки. Поток электронов уравновешивается таким образом, что сумма всех напряжений на всех элементах складывается в напряжение питания.

Пояснение: Ток - это «все электроны в проводе, движущиеся медленно в одном направлении». Представьте себе кучу шариков в шланге. Нужно выйти с другой стороны, когда вы нажимаете одну на своей стороне.

Чтобы заставить их двигаться, вы должны приложить силу. Это электрическая сила, когда электрическое поле (в основном напряжение) воздействует на заряженные предметы, электроны в нашем случае.

Чтобы заставить их двигаться быстрее, вы должны приложить больше усилий. (а точнее, одна и та же сила чаще)

Сколько силы требуется относительно скорости / тока, зависит от сопротивления пути.

Все электроны на пути движутся вдоль. Это означает, что все в источнике питания, проводах и резисторах, все электроны движутся более или менее в унисон.

Теперь электроны движутся. Для каждой бесконечно малой части пути существует сопротивление, которое определяет, какое большое напряжение должно присутствовать, чтобы заставить электроны двигаться вперед. Они двигаются, потому что есть течение. Они вынуждены.

Напряжения каждой части пути составляют общее напряжение.

Это все о законе Ома .

Напряжение на двух резисторах создает ток, протекающий в оба из них. Этот ток будет одинаковым для всех резисторов, если они соединены последовательно, и будет задан законом Ома.

На каждом резисторе протекающий ток будет вызывать падение напряжения, опять же определяемое законом г-на О.

Вы можете найти математику везде, но сначала поймите это и как работает резистор. Поскольку это тема, которой злоупотребляют, я бы предпочел, чтобы вы читали вики о резисторе и законе Ома . Как только вы поймете и то и другое, делитель напряжения станет волшебно чистым.

Тем не мение:

Как электричество «узнает» отношение сопротивления в делителе напряжения?

Откуда ты знаешь, что если ты спрыгнешь с моста, ты упадешь с определенной скоростью? Это просто из-за физики.

Ну, во-первых, это вид с одним резистором. Мы рассмотрим это с настройкой автомобильного аккумулятора и скажем, что у нас отрицательное заземление и напряжение + 12В.

В нашей первой цепи мы смещаем 12 вольт на 12 Ом сопротивления и перемещаем 1 А на 12 Ватт через нашу нагрузку. Это все, что может двигаться туда. Относительная разница между стороной подачи и получения одинакова.

Вы также можете рассматривать это как + 6В горячее и -6 В заземление, и схема будет действовать точно так же. Повышение напряжения (горячее) или опускание раковины (земли) создаст разницу в потенциале (напряжении).

Теперь давайте изменим нашу нагрузку: два резистора по 6 Ом каждый. Наше общее сопротивление теперь снова 12 Ом, поэтому мы все равно будем тянуть 1 ампер. Каждая нагрузка теперь потребляет половину этого: 6 Вт. Чтобы потреблять 6 Вт на резисторе 6 Ом при 1 А, вы должны потерять 6 Вольт. Помните, что ток остается постоянным в цепи, где бы вы его ни измеряли. Вот почему предохранитель эффективен в любом месте последовательной цепи. Помните, что сила тока - это в основном поток (галлоны в минуту), а полученная мощность - это комбинация потока и давления (напряжения). Таким образом, напряжение * сила тока == Вт (движущая сила).

Так что это электрическая часть. Чтобы использовать водную аналогию, вы должны думать о водопроводной системе немного по-другому. «Раковина», куда течет вода, должна рассматриваться как находящаяся под давлением, поэтому она создает некоторое противодавление. Нагрузки представляют собой турбины в трубе. Если наш запас составляет 100 фунтов на квадратный дюйм, а наш слив - 50 фунтов на квадратный дюйм, мы получим поток.

Разница давлений между двумя точками на трубе, которая находится после нагрузки, будет пренебрежимо мала. Он по-прежнему будет оказывать давление на внешний мир, но относительное давление при сравнении с нашим резервуаром для раковины 50 фунтов на квадратный дюйм будет очень низким. Добавление разбиения с большим количеством каналов после последней загрузки не изменит его.

Если мы вставим трубу перед первой загрузкой и подключим ее после последней загрузки, мы увидим на ней 100 фунтов на квадратный дюйм ... или 50 фунтов на квадратный дюйм относительно наших двух резервуаров. Если мы посередине этих двух равных турбин коснемся нашей раковины, мы увидим давление в 25 фунтов на квадратный дюйм. Вода должна была потратить немного энергии, чтобы пройти через первую турбину.

Пока у нас достаточно давления (напряжения), чтобы вращать турбину (приводить в действие нагрузку), мы увидим падение поперек этой турбины, равное разнице давления с обеих сторон. Если мы поместим туда несколько турбин, мы увидим падение давления, пропорциональное количеству усилий, необходимых для вращения турбины.

Помните, что напряжение и давление относятся к относительному заданию. В конце концов, 0psi на земле обычно измеряется относительно, и фактически составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм (абсолютный). Итак, представьте на секунду, что ваша цепь питания горячая на +24 В относительно заземления на + 12 В, и это может иметь больше смысла, поскольку вы визуализируете некоторое обратное давление в своей голове и действительно сосредоточитесь на том факте, что относительное давление является движущей силой точка.

Мы создаем большую мощность на наших турбинах, используя более крупные трубы и большие турбины с одинаковым давлением, или мы можем повысить давление на существующие трубы. Однако падение давления в наших турбинах всегда будет оставаться пропорциональным, пока вода может течь.

Это все в электрическом поле. Поэтому, если у нас есть цепь с двумя резисторами и мы подключаем батарею, появляется электрическое поле, идущее от одного конца батареи к другому концу через два резистора. Это та часть, которая движется со скоростью света (в материале). Это поле зависит от материала провода и сопротивления, а также от ширины пути и т. Д. Поэтому сила поля в разных точках зависит от сопротивления. Электроны в материале затем реагируют на поле. Скорость, с которой они движутся, определяется силой поля, а это определяется значениями сопротивлений. Таким образом, электроны движутся с предсказанной скоростью, потому что поле, которое их контролирует, само контролируется резисторами.

Надеюсь, это то, что вы искали,

Мне также нравится думать об этом в водной аналогии, но проще. Это работает так:

Подумайте о трубе, где диаметры разных сечений разные. Чем больше диаметр, тем больше воды может течь. Более высокое сопротивление будет работать как трубы меньшего диаметра, позволяя пропускать меньше воды.

Скажем, у вас есть 2 сопротивления: 1k и 2k. Сопротивление 2k "труба" составляет примерно половину диаметра сопротивления 1k "труба". Если вы обеспечите хороший выход для воды между ними (то есть разделенной линии напряжения), через нее пройдет много воды, но не все. Часть воды все равно будет проходить через «трубу» 1к, так как в ней есть место, если она пуста. Как много? примерно 1/3 воды сможет использовать трубу 1k за то же время, что 2/3 выходит через трубу разделения напряжения. Таким образом, с точки зрения потенциала, у вас будет приблизительно 2 / 3В, проходящих через делитель. Все зависит от того, сколько воды попадает (из-за первого сопротивления) и сколько воды может попасть на землю (из-за второго сопротивления).

В конце концов, он в конечном итоге станет полным потенциалом на двух концах, потому что это обязательно, но в середине у вас будет потенциал, который смог бы пройти через этот маршрут, который был гораздо более заманчивым, чем другой маршрут.

Я не уверен, что аналогия точна на 100%, но это ментальная модель ... она не должна быть точной, просто выразительной :)