Почему схемы считаются петлями?

Итак, я знаю, что когда вы говорите о чем-то вроде схемы, которая включает в себя батарею, схема выглядит как петля, но это просто из-за того факта, что источник питания физически находится близко к выходу.

Тем не менее, это не должно быть так, верно? Батареи просто автономны, потому что это удобно, но вы можете разрядить источник питания, подключив его к ЛЮБОЙ положительно заряженной конечной точке, если я правильно понимаю.

Поэтому схемы считаются циклами только потому, что об этом так удобно думать? Как река не может течь по кругу, так и электричество не может, потому что оно сработает до чистого нулевого потенциала, что означает отсутствие движения!

Большинство цепей считаются петлями, потому что заряд в проводящих материалах имеет тенденцию сравнительно быстро выравнивать разности электростатического потенциала. Возьмите длинный провод / прут, например. Допустим, вы можете добавить электроны к одной стороне. Сначала вы начинаете с 0 электронов. Когда вы добавляете первый электрон, вокруг ничего больше нет, поэтому он может идти куда угодно. Когда вы добавляете второй электрон, он выталкивает первый электрон как можно дальше, чтобы попытаться создать баланс заряда в стержне. Это первое движение электрона на самом деле является крошечным током, и его движение можно использовать для извлечения из него работы (потому что для добавления второго электрона в систему потребовалась работа). Добавление третьего электрона подтолкнет второй электрон к середине. Второй электрон Движение - половина первого, так что вы можете извлечь из него только половину работы. Первый электрон находится на другом конце и не двигался в этой точке. Если вы продолжите добавлять электроны к стержню на одном конце, движение других электронов будет все меньше и меньше. Вскоре вы окажетесь под напряжением в тысячи вольт и не сможете извлечь из этого никакой работы, потому что электронам просто некуда деться.

Вместо этого, что если мы уберем электроны с одной стороны и добавим их с другой? Теперь каждый электрон, с которым вы это делаете, заставит все остальные электроны двигаться в одном направлении в одинаковом направлении. Теперь вы можете извлечь из системы единое количество работы для каждого перемещаемого вами электрона. Но что ты сделал? Вы создали петлю, в которой ваша рука перемещает отдельные электроны одновременно. Вот почему большинство схем используют петлю. Есть что-то, что толкает электроны в одном (или, может быть, в обоих) направлении. В вашем случае это батарея, но генераторы и различные другие методы могут быть использованы для «накачки» электронов с целью извлечения из них работы в другом месте.

Вы можете думать о батарее как о электронном насосе, он химически перемещает электроны от положительного конца к отрицательному, чтобы поддерживать определенное «электрическое давление» (это то, что ранние парни называли разностью потенциалов в некоторых старых книгах, и это не плохая модель).

Чтобы реально заставить эту вещь делать что-то полезное, вам нужно указать путь для потока электронов, который использует движущиеся электроны для выполнения какой-то интересной задачи [1]. Это может быть нагревание тонкого провода для освещения, или запуск какой-либо другой электрохимической реакции для зарядки другой батареи, или создание магнитного поля в двигателе или что-то еще. Этот путь, безусловно, должен быть циклом, если вы хотите, чтобы система работала дольше, чем очень кратко (подумайте, нано секунд).

Обратите внимание, что ни в одной точке не упоминается земля или что-то подобное, все напряжения измеряются относительно некоторой произвольной точки в ваших действиях, и для того, чтобы это напряжение делало что-либо полезное, должна быть петля для протекания тока [2].

Основание - одно из тех действительно дерьмовых слов, которое означает, по крайней мере, 3 разные вещи в очень зависимой от контекста форме, игнорируйте пока.

[1] Электроны в медном проводнике при любом токе, с которым вы хотите играть, двигаются в среднем очень медленно, думайте меньше миллиметра в секунду, но провод похож на трубу, полную шарикоподшипников, вы нажимаете один за другим конец, один выскочил другой намного быстрее, чем любой шар на самом деле движется вниз по трубе.

[2] Да, я знаю, ворота флэш-памяти, электростатические линзы, лазерные принтеры, всевозможные незначительные исключения, но пока с этим покончено.

Извини, нет. Батарея или любой источник питания в конечном итоге должны оставаться электрически нейтральными. Восстанавливающие силы на разделенном заряде очень велики, и постоянное разделение заряда в масштабе схемы просто не произойдет. Это означает, что если ток течет из одного терминала, он должен проходить через другой. Ближайшим исключением является электретный микрофон, который содержит постоянно разделенные заряды - но не много.

Схема ДОЛЖНА быть петлей. Когда контур замкнут, ток протекает через нагрузку. Когда петля разомкнута, цепь отключается.

Возможно, вы можете предположить, что напряжение - это «сила», которая заставляет заряды протекать в петле. Ток - это поток на единицу времени.

Без цикла нет тока.

... но вы можете отключить источник питания, подключив его к ЛЮБОЙ положительно заряженной конечной точке, если я правильно понимаю.

Нет . Посмотрите на энергосбережении и сохранения заряда . Если мы отводим заряды из положительной потенциальной точки, они ДОЛЖНЫ возвращаться через контрольную точку (отрицательный вывод батареи, GND и т. Д.), То есть течь в замкнутом контуре.

Я считаю, что есть более общий ответ, и мы должны думать о токе, а не о напряжении.

Все цепи должны следовать закону Кирхгофа - основанному на фундаментальных уравнениях Максвелла, которые описывают, как ток течет в любой среде.

Если узел не подключен (через любой носитель на любой частоте), он не может составлять часть цепей. И наоборот, любой узел, который каким-либо образом связан, является частью схемы.

Закон Кирхгофа можно просто сформулировать как «сумма токов в любой цепи равна нулю», т. Е. Для каждого тока, выходящего (в этом случае мы будем называть это положительным током) из узла, идентична и противоположна (отрицательная) комбинаторная сумма токов должен войти в тот же узел.

Если вы сделаете логический вывод, все узлы должны быть соединены в один или несколько циклов, чтобы сумма в цепи была равна нулю. Все негативы и позитивы должны точно отменяться.

Вы отчасти правы в том, что электроны перейдут от потенциала к более высокому потенциалу. Таким образом, вы можете подумать, что если у меня есть напряжение в точке в пространстве A с проводом, идущим в другую точку в пространстве B, то электроны будут течь через провод.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Однако напряжение само по себе ничего не значит. Напряжение - это разность потенциалов между двумя точками.

^{смоделировать эту схему}

То есть вам нужна общая контрольная точка для того, чтобы фактически утверждать напряжения в первую очередь. Поэтому вы в конечном итоге получаете петлю с некоторым сопротивлением, нравится вам это или нет.

Однако это также поднимает другой вопрос. В приведенной выше схеме, даже без опорной проволоки, есть еще некоторое сопротивление между отрицательными сторонами источников напряжения, хотя и огромны. Таким образом, у вас есть петля, и в проводе будет течь крошечный ток, хотя он может быть слишком мал, чтобы вы могли его измерить.

Также важно отделить понятие тока от понятия движения электронов. Ток является абстрактным представлением, тогда как движение электронов является физическим явлением. Мы говорим, что ток проходит через батарею или конденсатор, но на самом деле электроны этого не делают. Скорее, равное количество электронов покидает их, как и на другой стороне. Эта разница тонкая, но важная.

Ток представляет собой поток носителей электрического заряда, обычно электронов или электронодефицитных атомов.

если мы возьмем батарею: ток течет в замкнутом контуре, который является электрическим током

но кто-то скажет мне хорошо, но что произойдет, когда вы дотронетесь до положительного источника сыворотки, мы задохнулись,

Ну, ответ очень прост: человек делает замкнутую петлю с землей, чтобы заставить электроны течь в его теле, но птица не шокирована, потому что она не делает замкнутую петлю

схема, которая включает в себя батарею, ... выглядит как петля

Это IS петля. Электролит батареи является хорошим проводником , коротким замыканием.

Возможно, у вас неправильное представление о том, что батареи «заряжают» или что ток через электролит равен нулю? Нет, не работает так. Батареи ведут себя как короткие замыкания, очень низкое внутреннее сопротивление, а простая цепь с батарейкой представляет собой замкнутый контур.

Аккумуляторы не обеспечивают заряд в цепях. Текущий заряд происходит из самой меди, из электронного моря металла.