Если напряжение измеряется между двумя точками на проводе, если между ними нет сопротивления, разве напряжение равно нулю?

У меня есть последовательная схема. Допустим, у батареи есть разность потенциалов 10 Volts.

На двух точках провода, прежде чем ток попадет на какие-либо резисторы, я присоединяю считыватели к вольтметру. Поскольку сопротивления нет, а формула для напряжения такова V = IR, означает ли это, что напряжение будет показывать ноль между этими двумя точками?

Но как это может быть - мы знаем, что через нас протекает 10 вольт!

Мой учитель приводит пример, что электричество похоже на текущую реку. Напряжение это сила проточной воды. Куча скал в середине реки, и это сопротивление. Но если вы не сложите камни и не проведете измерения в двух точках, это не означает, что в потоке реки нет энергии (читай: напряжение).

Может кто-нибудь уточнить, пожалуйста?

Кажется, у вас есть напряжение и ток, связанные между собой.

Напряжение более правильно называется электродвижущей силой . Само по себе оно не течет и не передает энергию.

Ток (обычно измеряется в амперах) является мерой того, сколько электрического заряда движется в единицу времени. Сам по себе ток также не является потоком энергии.

Поток энергии называется силой . Чтобы получить питание, вам нужны ток ( ) и напряжение ( ). Мощность равна произведению двух:$I$$E$

Это помогает думать об этом с точки зрения аналогичных механических систем, поскольку мы можем наблюдать механические системы непосредственно своими чувствами. Механические системы также имеют мощность, где она равна произведению силы и скорости:

Если у вас есть сила, но нет скорости, у вас нет силы. Примером может служить резиновая полоса, натянутая между двумя неподвижными опорами. Полоса оказывает усилие на опоры. Это напряжение - потенциальная энергия. Но ничто не движется, и ни одна из этой энергии, накопленной в растянутой полосе, не переносится ни на что другое.

Однако, если полоса может перемещать опоры, теперь у нас есть скорость. Когда полоса перемещает опоры, энергия, накопленная в растянутой полосе, будет преобразована в кинетическую энергию в опорах. Скорость, с которой происходит передача энергии, является мощностью.

Напряжение - это сила, которая перемещает электрический заряд. Ток - это скорость электрического заряда. Сопротивление - это как легко перемещать опоры.

Вот механическая система, которая больше похожа на вашу схему:

У нас есть жесткое кольцо, прикрепленное к двигателю, которое прикладывает некоторую силу для его поворота. Также к кольцу прикреплен тормоз, который сопротивляется повороту кольца. Чтобы эта аналогия была правильной, это должен быть тормоз, который обеспечивает силу, пропорциональную скорости движения кольца через него. Представьте, что он соединен с вентилятором, поэтому, когда кольцо вращается быстрее, вентилятор вращается быстрее, создавая более аэродинамическое сопротивление .

Если двигатель прикладывает усилие 1 , то тормоз должен прикладывать равную силу в противоположном направлении. Если сила тормоза не равна силе двигателя, то кольцо будет испытывать суммарную силу, которая будет ускорять или замедлять его, пока сила тормоза не станет равной, и кольцо не начнет вращаться с постоянной скоростью. Таким образом, если сила двигателя постоянна, скорость кольца является функцией силы тормоза. Это аналогично закону Ома.$1kN$

Какие еще силы действуют на ринге? Поскольку мы рассматриваем идеализированную систему без трения, ее нет. Если вы должны были вставить тензодатчики в точках A и B, вы бы измерили разницу между ними. B сжимается, когда двигатель толкает кольцо в тормоз против его сопротивления, а A растягивается, когда двигатель высасывает его из тормоза.

Но в чем разница между B и C? здесь ничего нет. Если это не очевидно интуитивно, учтите, что вы должны вырезать зазор в кольце и вставить руку, чтобы эта машина могла разбить его. Есть ли момент, когда вы бы предпочли это сделать? Нет, ваша рука будет одинаково разбита независимо от того, где вы делаете это на левой стороне ринга.

Усилия, измеряемые тензодатчиками, аналогичны напряжению. Мы можем измерять только напряжения относительно некоторого другого напряжения. Вот почему ваш вольтметр имеет два датчика. Куда бы вы ни положили, черный вывод определяется как «0 В». Итак, сценарий, который вы представляете в своем вопросе, похож на измерение разницы между B и C: он равен нулю.

Это кажется немного странным, потому что мы знаем, что существует сила сжатия на всей этой стороне кольца. Кажется, что это должно быть хорошо для чего-то. Но учтите: вес всего газа в атмосфере Земли приводит к давлению на уровне моря около 15 фунтов на квадратный дюйм. Означает ли это, что мы можем сделать машину, которая работает только потому, что она подвержена этому давлению? Нет. Чтобы работать с этим атмосферным давлением, нам нужна разница в давлении. Без разницы мы не можем заставить воздух двигаться. Рассмотрим снова определения силы, приведенные выше, и должно стать ясно, насколько это верно.

Ваш вольтметр и ваш учитель оба правы, но водная аналогия электричества может зайти так далеко. Один большой недостаток заключается в том, что, в отличие от воды, абсолютного напряжения нет. Напряжение всегда относительно между двумя точками.

Не существует такой вещи, как «10 вольт текущего тока». Напряжение - это сила, которая подталкивает заряды к току. Ток это заряды, на самом деле текущие. Вполне возможно иметь напряжение без тока и ток без (или без измеримого) напряжения.

Речная аналогия вашего учителя на самом деле все еще работает в этом случае, если вы примените ее правильно. Напряжение - это давление в реке, толкающее воду вниз по течению. В реке вы можете увидеть это давление как высоту поверхности воды. Когда вы сложите камни в реке, поверхность реки будет выше камней, чем внизу. Это проявилось бы как разность давлений, если бы вы измеряли с помощью относительного манометра между над и под камнями.

Провод похож на реку без камней. Давление в одной точке и в нескольких футах выше по течению остается в основном одинаковым. Вот что показывает твой вольтметр. Одно из различий между настоящей рекой и медным проводом состоит в том, что медный провод - гораздо более идеальная река, в отличие от всего, что может сделать настоящая вода. Провод настолько не намотан (не резистор), что очень небольшое напряжение накапливается для потока. На самом деле существует небольшая разница в напряжении между двумя точками на проводе, но провод такой хороший проводник, что эта разница напряжения слишком мала для обычного мультиметра для измерения. Если вы замените короткий отрезок провода на несколько десятков метров, а затем измерите его, ваш мультиметр может показать небольшое напряжение.

через него течет 10 вольт!

Напряжение не «течет». Это мера электровольтного потенциала, и поэтому существует только в двух точках.

Это то же самое, что пытаться измерить высоту горы; нет такой вещи как «абсолютная высота», есть только высота относительно чего-то еще, например, равнин вокруг него, уровня моря и т. д.

Дело в том, что напряжение всегда должно измеряться относительно чего-либо. Другими словами, измерители измеряют разницу напряжения, а не отдельные уровни напряжения . В идеальной ситуации индикатор в вашем примере будет показывать ноль. Однако даже провод имеет небольшое сопротивление, поэтому показания напряжения будут очень маленькими, если у вас есть измеритель с точностью до микровольт.

Начиная с небольшого касания с объяснением разницы напряжения, уровни напряжения фактически не причиняют вреда людям. Именно перепады напряжения причиняют людям боль. Таким образом, технические специалисты могут работать на 500 000 линий напряжения, не обжигаясь. Они доводят свой уровень напряжения до 500 кВ, поэтому разница напряжения на их теле равна нулю.

Вот пример, который один из моих учителей физики сказал нам, чтобы помочь понять эту концепцию. Представь, что ты на вершине Эмпайр Стейт Билдинг. Эта высота не вредит вам. Однако, если бы вы прыгнули, разница в высоте убила бы вас. Это то же самое понятие с напряжением.

На самом деле существует падение напряжения между любыми двумя точками вдоль провода - но оно будет небольшим, потому что сопротивление провода мало (даже в проводе есть несколько камушков).

Пример . Если сопротивление провода между двумя контактами очень мало (скажем, 1/1000 Ом) и протекает ток 1 А, то между напряжением будет падение напряжения на 1/1000 В (0,001 В). зубцы вашего вольтметра.

Если ваш вольтметр настроен на диапазон 10 В, вы не увидите это падение напряжения, и измеритель будет показывать ноль.

Если вы можете получить вольтметр для измерения вплоть до мВ или даже диапазона ультрафиолетовых лучей, вы увидите, что, перемещая штыри измерителя вдоль провода, вы будете испытывать изменения напряжения, пока ток протекает по цепи.

Если ток НЕ протекает (то есть цепь разорвана), вы не получите это изменение напряжения.

Это потому, что вольтметр измеряет разницу в напряжении между двумя датчиками. Поскольку между вашими выводами нет такого элемента цепи, как резистор для падения напряжения, разница напряжения равна нулю, и вы получите нулевое значение напряжения. Что касается аналогии с вашей рекой, потому что нет камней (резисторов АКА), то количество воды и скорость воды между вашими зондами будут одинаковыми.

Если измеряется напряжение, то это то, что говорит измерение по определению. Если вы просто называете его нулем, основываясь на других соображениях, таких как удельное сопротивление и расстояние от провода, а также на количестве протекающего тока, то это больше не учитывает измерение.