Ответы:
Ваш учитель был прав.
Ток - это движущиеся электрические заряды (обычно электроны). Они не делают это самостоятельно без причины, не более того, как тележка с покупками движется по полу магазина самостоятельно. В физике мы называем силу, которая толкает заряды электродвижущей силой, или «ЭДС». Это почти всегда выражается в единицах вольт, поэтому мы обычно берем небольшой ярлык и большую часть времени говорим «напряжение». Технически ЭДС - это физическая величина, а вольт - это единица измерения, в которой она может быть измерена.
ЭДС можно генерировать несколькими способами:
Этот эффект может быть увеличен, чтобы создавать различные высокие напряжения, и является основой для работы генераторов Ван де Граафа .
Общее напряжение, которое вы получаете от одного и обратно, даже при большой разнице температур, довольно мало. Соединяя вместе многие из этих комбинаций, вы можете получить полезное напряжение. Единственный выход и обратно называется термопарой и может использоваться для измерения температуры. Многие вместе это генератор термопар. Да, они действительно существуют. Там были космические корабли, работающие по этому принципу с источником тепла, возникающим в результате распада радиоизотопа.
Электронные трубки частично используют этот принцип. Вместо того, чтобы нагревать что-то, чтобы электроны разлетались самостоятельно, вы можете нагреть это почти до той точки, чтобы они разлетались при приложении небольшого дополнительного напряжения. Это основа вакуумного лампового диода и важна для большинства вакуумных ламп. Вот почему у этих трубок были нагреватели, и вы могли видеть их свечение. Требуются светящиеся температуры, чтобы добраться до того места, где эффект термоэлектроники является значительным.
Этот принцип также используется во многих воспламенителях гриля для барбекю. Пружинный механизм сильно ударяет кристалл кварца так, что он создает достаточное напряжение, чтобы вызвать искру.
Используя аналогию с жидкостью, напряжение - это давление, ток - скорость потока.
«Напряжение» является производной величиной. Трудно понять его физический смысл без понимания количеств, из которых он получен.
Итак, это определение потенциального поля. Точка всегда будет иметь потенциал, даже если на ней нет заряда. Думайте об этом как о «энергии, необходимой для доставки туда единичного заряда из бесконечности». Потенциальная разница между двумя точками одинакова; это энергия, необходимая для переноса единичного заряда из одной точки в другую. Или подумайте об этом на более конкретном примере, например, о небесных телах. Разница потенциалов между высотой 100 км и высотой 200 км над поверхностью Земли - не что иное, как разность потенциальных энергий между двумя объектами весом 1 кг на данных высотах.
Когда мы приходим в реальный мир, потенциал точки является одним из всех индивидуальных потенциалов, вызванных окружающими зарядами (применима теория суперпозиции).
Напряжение появляется всякий раз, когда есть дисбаланс электрического заряда (то есть электронов). Так как заряды отталкивают и притягивают противоположные заряды, любая совокупность электрически заряженных частиц создает некую силу друг на друга. Если существует дисбаланс между отрицательным и положительным, образуется своего рода «давление» или «толчок». В проводящих материалах электроны могут свободно проходить через материал, а не фиксироваться в атомах, и поэтому будут течь до точки наименьшего «давления».
Некоторые усложняющие соображения:
Быстрый ответ, первое приближение, эмпирический ответ: напряжение - это электрическое давление.
Но более подробно об этом: напряжение не похоже на напряжение, не совсем так. Вместо этого это математическая / физическая концепция, которая называется «потенциалы». Напряжение больше похоже на высоту в гравитационном поле, где каждый электрон или протон похож на валун. Высота не давление или вес или сила. Если валун находится на вершине холма, валун находится в месте с высоким потенциалом. Это означает, что валун хранит потенциальную энергию (PE) и будет высвобождать эту энергию в виде кинетической энергии (KE), если ему будет позволено двигаться вниз (перемещаться в место с низким потенциалом). Поднятый на такое же напряжение (высоту), большие валуны будет иметь более высокий PE.
Точнее: напряжение - электрический потенциал. Это не сила (это не похоже на прижимную силу или вес валуна, и это не похоже на величину силы, воздействующей на электрический заряд в электрическом поле.) Кроме того, напряжение не является потенциальной энергией, так как если мы уберем валун, тогда гравитация, высота и потенциал все еще существуют. Потенциалы являются частью самого поля. Образцы напряжения могут висеть в пустом пространстве.
Напряжение - это способ описания / визуализации / измерения электрических полей.
Чтобы описать электронные поля, мы можем нарисовать линии потока между противоположными электрическими зарядами. Или вместо этого мы можем нарисовать диаграмму напряжения, изопотенциальные поверхности, перпендикулярно линиям потока. Где бы мы ни находили электрические силовые линии, мы также найдем напряжение.
Что нет напряжения? Каковы типичные заблуждения? Вот один из них: «Напряжение - это потенциальная энергия». Нет, неправильно. Напротив, напряжение - это математическая концепция «Потенциалы», которые не являются энергией, и при этом они «не способны что-то делать». Вот еще одна ошибка: «напряжение - это потенциальная энергия на единицу заряда». Нет, неправильно. Это просто физическое определение единицы Вольт, связывающее ее с единицами Джоуля и Кулона. На самом деле все идет иначе: количество энергии (объем работы, проделанной при перемещении заряда через определенную разность напряжений) определяется путем умножения заряда на изменение напряжения! Электрическая энергия определяется напряжением! Но самому напряжению не нужны ни движущийся заряд, ни запас потенциальной энергии, поскольку напряжение - это способ описания поля в пустом пространстве. Тестовые заряды, используемые для описания напряжения, представляют собой мнимые бесконечно малые заряды. Еще одна ошибка: «На поверхности проводов появляется напряжение». Неправильно, напряжение на самом деле распространяется в пространство вокруг проводов. На полпути между вашими 9-вольтовыми клеммами батареи вы найдете потенциал 4,5 В, который висит один в пустом пространстве! Но типичные вольтметры не будут определять пространственное напряжение, поскольку для этого требуется вольтметр с бесконечным Z (inp) или, по крайней мере, несколько сотен гигаом. Нормальные вольтметры 10Meg DMM потребляют значительный ток, закорачивают любые чистые электронные поля, поэтому они должны касаться поверхности проводника для измерения напряжения. Вы найдете потенциал 4,5 В, висящий один в пустом пространстве! Но типичные вольтметры не будут определять пространственное напряжение, поскольку для этого требуется вольтметр с бесконечным Z (inp) или, по крайней мере, несколько сотен гигаом. Нормальные вольтметры 10Meg DMM потребляют значительный ток, закорачивают любые чистые электронные поля, поэтому они должны касаться поверхности проводника для измерения напряжения. Вы найдете потенциал 4,5 В, висящий один в пустом пространстве! Но типичные вольтметры не будут определять пространственное напряжение, поскольку для этого требуется вольтметр с бесконечным Z (inp) или, по крайней мере, несколько сотен гигаом. Нормальные вольтметры 10Meg DMM потребляют значительный ток, закорачивают любые чистые электронные поля, поэтому они должны касаться поверхности проводника для измерения напряжения.
Что такое напряжение? Это стопка невидимых мембран, которые заполняют пространство между заряженными конденсаторными пластинами. Напряжение - это структура концентрических луковых слоев, которые окружают любой заряженный объект, причем луковые слои проходят перпендикулярно линиям потока электрического поля. Итак, «стопки слоев напряжения» - это один из способов описания электрического поля. Другой, более знакомый способ - использовать «силовые линии».
На самом деле мы не можем.
Электростатическая сила пропорциональна градиенту потенциала, но не напрямую потенциалу. Сила на один кулон заряда пропорциональна градиенту потенциала:
На самом деле, 1 В означает, что если у вас есть 1 джоуль электрической энергии, она будет переведена в механическую энергию с зарядом +1 кулона [поэтому она будет ускоряться или увеличивать ее на 1/2 мВ ^ 2 на 1 Дж]. На самом деле это аналог энергии.
Добавление к тому, что Ганниш сказал:
Напряжение в точке A буквально является мерой работы, которую вы бы потратили, если бы выдвинули положительный заряд от 0 В (обычно это либо бесконечно большое расстояние от А, либо заземление) до А.
Напряжение важно в электронике, потому что, если мы начнем с положительного заряда в точке A, он сможет выполнить ту же самую работу, достигнув 0 В (например, включив светодиод в процессе).
То, что подталкивает выборы, - это разница в потенциальной энергии, очень похожая на то, как вас притягивает / притягивает к земле гравитация. Это создает благоприятные условия для перемещения электронов в одну сторону, это также отчасти объясняет, почему электроны движутся «случайно» в проводе.