Существует ли неявная «единица времени», связанная с измерением электроэнергии? (например, миль в час, кб в секунду, ампер в ???)

19

Я очень новичок в электронике, и я прохожу через то, что должно быть общей проблемой в понимании напряжения, тока и сопротивления. Я ограничу свой вопрос током, так как подозреваю, что этот предмет может пролить свет на напряжение и сопротивление.

Я прочитал несколько вопросов здесь:

И они немного помогли, но я все еще борюсь. Одна конкретная часть, которую мне трудно решить мысленно, заключается в том, что я читаю об основных единицах измерения, но я не совсем уверен, что измеряется. Например, фунт измеряет силу тяжести, притягивающую совокупность атомов. Галлон - это количество жидкости, которое может занимать фиксированное количество места. Электричество ... Я теряюсь в деталях того, что наблюдается.

Многие единицы измерения представляют собой фиксированное количество чего-то, что не изменяется (если на них не воздействуют). Например:

1 галлон молока
16 унций говядины
30 кубических литров воздуха

Кажется, что это не имеет смысла для чего-то подобного току, который постоянно измеряет электроны в движении. В качестве альтернативы мы выполняем измерения чего-либо, так как оно меняется со временем:

35 миль в час
128 килобит в секунду
5000 галлонов в минуту

Когда дело касается тока, мы просто говорим «усилители», а не «усилители на что-то ». Ну, я понимаю, что «амперы» измеряют поток электронов, но что именно означает этот «поток»? Является ли это количество электронов (или число чего-то еще), проходящих через местоположение в цепи в секунду (или некоторую другую единицу) времени? Когда я касаюсь проводов моего мультиметра к проводу, что именно он "смотрит"?

Я читал, что вольт - это показатель потенциальной энергии, связанной с джоулями и кулонами ( http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_2/1.html ) (больше путаницы, но это нормально), и я считаю, что кулоны измеряются в секунду. Переносит ли в секунду также и усилители?

Единственное, о чем я могу думать, это то, что усилители могут быть больше похожи на давление, когда вы измеряете фунты на квадратный дюйм .

Я знаю, что электричество есть электричество, и никакая аналогия не идеальна. Я пытаюсь понять, что такое электричество, я просто не знаю, как на самом деле проводятся эти измерения. Возможно, я переосмысливаю, но любая более глубокая проницательность была бы великолепна.

(Если это уже было объяснено до смерти, я прошу прощения, возможно, я не знаю лучшего поискового термина для использования.)

Чувак, как кто-то новичок в этом сайте, я так поражен, что так много людей потратили столько времени, чтобы помочь мне понять это. Как и во многих других вещах, я думаю, что это займет время и гораздо больше чтения / опыта, чтобы «погрузиться», но все ответы были очень полезны. Я отмечаю ответ «время включения усилителей» как тот, который мне больше всего помог, потому что он ответил на суть моего вопроса «усилители на что ?». Я представляю «амперы», похожие на « узлы », в том смысле, что величины являются частью определения слова, а не указываются в явном виде, поскольку они будут в другой единице, например, «мили в час ». Не идеальная аналогия, но, по крайней мере, она помогает мне понять, куда делись все сложные цифры.

current-measurement

— Клифф Прюитт
источник

Относительно понимания "вольт", см. Electronics.stackexchange.com/questions/73375/…

— Фил Фрост,

Кроме того, не попадайтесь в ловушку, думая, что электрический заряд - это электроны. Электроны имеют электрический заряд, и хотя в их названии есть «электр», они не являются единственным видом электрического заряда. electronics.stackexchange.com/questions/72875/…

— Фил Фрост,

Спасибо Фил. Этот вопрос выглядит как отличное чтение. Я обязательно пройду через это. Как я уже говорил в своем посте, в настоящее время я пытаюсь получить хорошее представление о токе (одна вещь за раз, верно?), Но некоторые из связанных с напряжением моментов в ответах действительно помогли понять ток, поэтому я ценю ссылка на сайт.

— Клифф Пруитт

2

Могу поспорить, что вам понравится читать amasci.com/miscon/whatis.html

— Фил Фрост,

2

"Кубических литров"? это что-то от Пикассо? Литр - это мера объема, поэтому говорить о кубических литрах - все равно что говорить о квадратных акрах!

— Энди ака

22

Ампер включает в себя время ...

Ампер = кулонов в секунду

Это говорит о том, что проще ...

Current = amount of charge per time interval

Это показатель расхода. Как вода ... литров (объем -> количество) в минуту (время)

В глубине

С практической точки зрения, ампера является мерой количества электрического заряда, проходящего точку в электрической цепи за единицу времени с 6,241 × 10 ¹⁸ электронов, или один кулон в секунду, составляющий один ампер.

- Статья в Википедии

прощупывание

Когда я касаюсь проводов моего мультиметра к проводу, что именно он "смотрит"?

Если вы находитесь в режиме измерения напряжения, вы эффективно измеряете «давление» между двумя выводами - степень, до которой заряды в одном выводе стремятся достичь другого (но не могут). Причина, по которой градиент заряда не может быть нейтрализован, зависит от цепи. В конденсаторе, например, какой-то барьер препятствует этому. Наличие напряжения между двумя точками требует наличия такого градиента.

Если вы находитесь в режиме измерения тока, провода установлены на пути тока (последовательно с), и измеритель измеряет, сколько заряда течет через них в единицу времени (он фактически делает это косвенно, применяя закон Ома).

дальнейшее чтение

Боданис, Дэвид (2005), Electric Universe, Нью-Йорк: Three Rivers Press, ISBN 978-0‐307‐33598‐2

— DrFriedParts
источник

1

«Степень, до которой заряды в одном отведении стремятся достичь другого (но не могут)» - о боже. После всех описаний и аналогий, которые я прочитал, это одно утверждение помогло мне прийти к соглашению с «напряжением» больше, чем любое другое, которое я прочитал. Меня всегда смущало, как что-то может иметь высокое напряжение без высокого тока, но я думаю, если бы у вас было только 100 электронов, которые очень хотели бы двигаться, это было бы так. И подсчет числа их, которые перемещаются в секунду, будет Текущим. Я (вроде) на трассе? Благодарность!

— Клифф Пруитт

2

@CliffPruitt, даже если у вас есть миллиард электронов, которые очень сильно хотят двигаться, но не могут, у вас все равно не может быть тока. Вольт измеряет электрический потенциал . Давление также является потенциальным . Высота это еще один. Резервуар высокого давления не обязательно сливает жидкость. Камень на горе не обязательно падает. Скала не должна быть большой, чтобы быть высокой. Резервуар не должен быть большим, чтобы выдерживать высокое давление.

— Фил Фрост,

Не быть педантом, но он должен читать Current = charge per unit timeили rate of change of charge; нет необходимости включать единицы измерения, когда вы просто указываете размеры.

— Джастин Л.

@ Джастин - Да. Это имеет больше смысла. Я пытался отразить структуру вопроса, но это лучше, по-вашему. Перераб.

— DrFriedParts

@PhilFrost Да, понял. Я просто пытался удерживать ток в миксе, но я понял, что на двух клеммах батареи без цепи есть напряжение, но нет тока.

— Клифф Пруитт

6

Самая фундаментальная единица заряда - это электрон, но работать с ним практически невозможно. Кулон - это большая единица заряда, представляющая заряд около 6 241 509 324 000 000 000 электронов. Ампер - это сокращенная единица, представляющая скорость потока, равную одному кулону (т.е. 6 241 509 324 000 000 000 электронов) в секунду, то есть, если через провод протекает один ампер постоянного тока, в один конец будет поступать примерно 6 241 509 324 000 000 000 электронов, и оставив другой, чем наоборот.

— Supercat
источник

Благодаря очень для приведения литералов чисел в картину. Это действительно помогает. Я не могу поверить, что это не то, что объясняется в каждой литературе для начинающих. Кажется, очень важно знать, что означает измерение.

— Клифф Пруитт

@Cliff: На самом деле это будет объяснено. Просто найдите «Ampere», и вы должны найти кулон в секунду, что должно привести вас к поиску кулона.

— Олин Латроп

Электронные заряды на 2/3 или 1/3 являются более фундаментальными. En.wikipedia.org/wiki/Quark#Electric_charge

— Пит Киркхам,

@PeteKirkham: электрические заряды подразделяются? Я знаю, что заряженные частицы рассматриваются как содержащие кварки, и если измерять заряды различных комбинаций кварков и включать их в уравнения, эти уравнения сработают, если назначить кваркам заряды, составляющие 1/3 электрона ( или заряд протона), но я не думаю, что возможно когда-либо попасть в кварк в ситуации, когда его заряд можно наблюдать непосредственно; тот факт, что группа из трех одинаковых кварков имеет заряд, равный одному электрону, не означает, что у каждого кварка один будет заряд 1/3.

— суперкат

«Фундаментальный» и «непосредственно наблюдаемый» - это не одно и то же. Существует множество свидетельств того, что наименьший непосредственно наблюдаемый заряд состоит из комбинации зарядов от более фундаментальных частиц, независимо от непосредственного наблюдения частиц.

— Пит Киркхам

3

Вместо того, чтобы отвечать на ваш вопрос напрямую (другие сделали это довольно хорошо), я хотел бы представить интеллектуальную модель и аналитический инструмент, который должен помочь вам понять эти ответы. Этот инструмент анализа размеров .

Фундаментальная концепция заключается в том, что единица - это символ, которым можно манипулировать алгебраически. Я думаю, что пример лучше. Мы знаем, что объем прямоугольного кубоида - это его ширина, умноженная на высоту, умноженная на его глубину. Допустим, мы измеряем его высотой 1 метр, ширину 2 метра и глубину 3 метра. Потом:

объем знак равно 1 м \cdot 2 м \cdot 3 м

$\text{volume} = 1m \cdot 2m \cdot 3m$

$m$ $x$

1 м \cdot 2 м \cdot 3 м знак равно 6 м^{3}

$1m \cdot 2m \cdot 3m = 6m^3$

То есть объем этого кубоида составляет шесть кубометров. Но мы можем измерить объем в единицах, отличных от кубических метров. Фактически, любые три единицы длины, умноженные вместе, являются единицей объема. Площадь - это две единицы длины, умноженные вместе, поэтому, если я умножу площадь на длину, я получу объем. Допустим, я хочу измерить громкость в какой-то придурковатой единице, которую я только что составил, акр-дюйм.

$6m^3$ $6 \cdot m \cdot m \cdot m$ $m$ $in$ $ac$

\frac{6 м м м}{1} \frac{1 a с}{4046,86 м^{2}} \frac{1 я N}{2,54 с м} \frac{100 с м}{1 м} \approx 0,058 a с \cdot я N

$\require{cancel} \frac{6 \cancel{m m} \cancel{m}}{1} \frac{1ac}{4046.86\cancel{m^2}} \frac{1in}{2.54\cancel{cm}} \frac{100\cancel{cm}}{1\cancel{m}} \approx 0.058ac \cdot in$

Шесть кубометров равняется 0,058 акр-дюймам. Зачем мне измерять объем в акрах-дюймах? Понятия не имею, но могу. Дело в том, что единицами можно манипулировать алгебраически.

Это дает новое понимание того, что означают единицы. Выберите любую единицу, например, ватт , и википедия скажет вам что-то вроде:

W знак равно \frac{J}{s} знак равно \frac{N \cdot м}{s} знак равно \frac{К грамм \cdot м^{2}}{s^{3}} знак равно В \cdot A

$W = \frac{J}{s} = \frac{N\cdot m}{s} = \frac{kg\cdot m^2}{s^3} = V \cdot A$

Элегантность единиц СИ заключается в том, что все единицы связаны с коэффициентом 1, поэтому нам не нужно его писать. Так что это говорит о том, что один ватт равен одному джоулю в секунду. Или один ньютон-метр в секунду. Или один килограмм квадратный метр в секунду в кубе. Или один ватт - это один вольт-ампер. Это все одно и то же.

$P$ $E$ $I$

п знак равно я Е

$P = I E$

Зная, что ток может быть измерен в амперах, а напряжение - в вольтах, тогда мощность должна измеряться в вольт-амперах. И эй, согласно Википедии, это ватт:

W знак равно В \cdot A

$W = V\cdot A$

следовательно:

\frac{W}{В \cdot A} знак равно 1

$\frac{W}{V\cdot A} = 1$

$10V$ $10mA$

п знак равно \frac{10 м A}{1} \frac{10 В}{1} \frac{A}{1000 м A} \frac{W}{В \cdot A} знак равно 0,1 W

$P = \frac{10\cancel{mA}}{1} \frac{10\cancel{V}}{1} \frac{\cancel{A}}{1000\cancel{mA}} \frac{W}{\cancel{V}\cdot \cancel{A}} = 0.1W$

Вот еще несколько примеров размерного анализа:

— Фил Фрост
источник

ОК, все это имеет большой смысл. Часть, от которой я зацикливаюсь, состоит в том, что для того, чтобы все это работало, и чтобы мы общались друг с другом и имели в виду одно и то же, где-то кто-то должен был придумать единицу, которую мы измеряем «один», верно? Мы можем сказать, что один «Verne» равен 0,025 Дж, но без какой-либо определенной единицы измерения нам нужна только формула, показывающая отношение, а не система измерения. Таким образом, «ампер» применяет это отношение и использует 1 джоуль и 1 секунду в качестве значений в формуле с открытым окончанием. Да?

— Клифф Пруитт

@CliffPruitt все определения единиц СИ в конечном итоге разрешаются в одну из семи базовых единиц СИ , которые имеют определения, основанные на воспроизводимых физических явлениях.

— Фил Фрост,

@CliffPruitt, книга, которую я нашел интересным источником ответов на вопросы о том, как измерения были измерены с помощью единиц, которые мы используем сегодня, - «Наука измерения» . Он охватывает как историю каждой абстрактной величины, так и стандартизацию единиц измерения этой величины. Одним из предостережений является то, что он был написан в 1974 году, и с тех пор было несколько изменений в стандартах.

— RBerteig

2

Когда дело доходит до напряжения, мы просто говорим «усилители», а не «усилители на что-то».

У тебя недоразумение.

Ампер измеряет ток.

Вольт измеряет разность потенциалов. Напряжение - это еще одно слово для разности потенциалов, когда вы измеряете его в единицах вольт.

Как ответили другие, амперы измеряют поток электронов, а ампер эквивалентен 1 кубометру заряда в секунду.

Когда ток в проводе изменяется, нередко измеряют скорость изменения в «амперах в секунду» или А / с.

Я читал, что вольт является мерой потенциальной энергии, связанной с джоулями и кулонами

Вольт можно переписать в ваттах на ампер или в джоулях на куолом. Давайте посмотрим на вторую форму, джоулей на куолом.

Это означает, что если потенциал в некоторой точке пространства остается постоянным при 1 В, потребуется 1 джоул энергии, чтобы протолкнуть 1 С заряда в это место.

Или потребуется 1 Дж / с, чтобы переместиться на 1 С / с в это место; 1 Вт на ампер тока, протекающего в это место.

— Фотон
источник

«Когда дело доходит до напряжения, мы просто говорим усилители» - упс, извиняюсь за вводящее в заблуждение промах. Я понимаю, что напряжение измеряет потенциальную энергию, а не ток. С таким количеством терминов я пытаюсь понять, что неправильное слово выходит не в то время.

— Клифф Прюитт

1

Механическая аналогия может помочь разберитесь.

В одной механической аналогии сила аналогична напряжению, а скорость аналогична (электрическому) току .

Как вы, возможно, знаете, произведение силы и скорости - это (механическая) мощность, а аналогично, произведение напряжения и тока - (электрическая) мощность.

В то время как сила - это энергия на метр, напряжение - это энергия на кулон (кулон - это единица электрического заряда).

В то время как скорость составляет метры в секунду, ток - кулоны в секунду.

Мы называем силу и напряжение через переменные в то время как скорость и ток являются через переменные.

В любом случае, произведение поперечной и сквозной переменной является энергия в секунду, которая является мощностью.

— Альфред Центавра
источник

Правильно ли я понимаю, что, хотя скорость определяет скорость (и направление) одного объекта, напряжение отличается, поскольку оно связано с количеством объектов (электронов), и эти объекты всегда движутся с фиксированной скоростью? Сопротивление уменьшает количество электронов в движении, но не их скорость. Правильно ли я это понимаю или я совершенно не в себе?

— Клифф Пруитт

Напряжение не имеет отношения к числу объектов; речь идет о том, «сколько» они хотят переместить.

— Джастин Л.

@CliffPruitt Не думай об электронах, движущихся со скоростью света. Эти силы , передаваемые через них двигаться со скоростью света. Электроны не делают. amasci.com/miscon/speed.html

— Фил Фрост,

@CliffPruitt, ясно, что ваши представления о напряжении и токе не тесно связаны с версиями учебников. Где вы берете эти идеи?

— Альфред Центавра

@AlfredCentauri У меня нет нулевого формального образования в этом. Я программист по профессии. Я начал с того, что просто хотел повозиться с аудио-электроникой и нашел, что фон меня заинтересовал. В настоящее время материал, который я читаю, - это PDF-файлы здесь: allaboutcircuits.com - я просто не очень хорошо изучаю вещи, если не могу понять «почему», и электричество… сбивает меня с толку. :-)

— Клифф Пруитт

0

Давайте приведем пример с общей аналогией для цепей.

Контур похож на реку . Вода в реке всегда течет "под гору", потому что вода на вершине холма хочет идти вниз. Вода всегда будет искать более низкую точку.

Если вода всегда идет вниз, то как же это кругооборот?

Ну, вы можете думать о «петлеобразной» реке, текущей вниз по склону - но на одном конце есть какое-то водяное колесо, которое поднимает воду внизу вверх. Это колесо берет низкоуровневую воду без какой-либо мотивации течь куда-либо и «толкает» ее на высокий уровень с большой мотивацией течь вниз.

Если мы думаем о «высоте» как о «потенциальной энергии», водяное колесо берет воду с низкой потенциальной энергией и переводит ее в положение с высокой потенциальной энергией - по существу, «впрыскивая» гравитационную потенциальную энергию в воду. эта вновь заряженная вода не тратит времени на то, чтобы снова потратить эту энергию на спуск.

Эта «склонность к спуску» называется потенциалом, который в нашем случае аналогичен напряжению .

Течение реки ... хорошо ... Течение . Как бы вы измерили течение реки?

Я бы сказал ... «возьми секундомер и посчитай, сколько литров воды пройдет через определенную отметку в реке за одну секунду». Это звучит как разумный способ количественного определения тока. Литров в секунду.

В контуре ваша вода заряжена. Вместо того, чтобы определять, сколько литров воды проходит через точку на проводе в секунду, вы можете измерить, сколько единиц заряда проходит через определенную точку на проводе в секунду.

Точно так же, как сказать «кубические дециметры» - это глоток, и мы даем ему удобную единицу измерения - «литр», мы также даем удобное название «заряд в секунду» - «ампер».

Мы часто это делаем - «миль на галлон» превращается в «пробег», «килограммы раз в метр в секунду» превращается в «ньютон», «джоулек в секунду» превращается в «ватт».

Если сила тяжести не делает это для вас, рассмотрите воду в трубах и давление воды .

У меня вода под давлением на одном конце и вода под давлением на другом. Вода будет двигаться со стороны под давлением к негерметичной стороне. Давление - это мера силы всех молекул воды, желающих уйти от друг друга. Молекулы воды находятся на удобном расстоянии и создают давление, подталкивая эти молекулы воды ближе и ближе к этой удобной точке.

Возможно, вы помните, что электроны отталкивают друг друга. Когда у вас "высокое напряжение", у вас действительно "высокое электронное давление" - электроны наполнения слишком близко друг к другу для собственного комфорта.

Обратите внимание, что эта аналогия на самом деле очень буквальная - напряжение действительно можно рассматривать как буквально электронное давление!

Точно так же, как помещение слишком большого количества воздуха в воздушный шар ... вещи, которые собраны слишком близко друг к другу, захотят «уйти», и в этом есть реальная сила.

Теперь вернемся к нашим водопроводным трубам - вода будет хотеть спешить с давлением конца к негерметичной концу.

Тщательно подумайте о трубе. Когда мы позволяем воде спешить ... что на самом деле спешит? Это молекулы воды? Представьте себе одну молекулу воды в находящемся под давлением конце и позволяйте давлению «уйти». Эта молекула не бросится на другой конец. Он просто останется на месте, пока давление не выровняется.

Так что же на самом деле движется?

В давлении двигается.

Допустим, у вас есть маленький дисплей на каждом дюйме трубы, который измерял давление в этой точной точке. Сначала все слева высокие; все справа низкие.

Когда вы отпускаете давление ... вы видите, что эти дисплеи начинают меняться. «Высочество» начинает двигаться вправо.

Допустим, на одном дисплее отображается «50» для давления, а затем на следующем дисплее справа - «20». Через одну секунду на первом дисплее отображается «40», а на втором - «30». Вы можете видеть это как 10 единиц давления, движущихся вправо со скоростью 10 единиц давления в секунду. Это ток - 10.

Сейчас я немного разбираюсь с размерами и своего рода отмахиванием от руки некоторых различий между потенциалом и зарядом, но основной принцип тот же.

— Джастин Л.
источник

Хорошо, но теперь вы должны объяснить, как работает гравитация.

— Пит Киркхам

То, что мы называем «током» (в контексте закона Ома), не определяется как движение электронов, это не электроны в секунду, как вы указали. Это заряд движется. Это кулонов в секунду. Электроны в цепях постоянного тока малой мощности проходят через медь порядка сантиметров в час. Заряды движутся как волна на астрономически более высоких скоростях. Фактический дрейф электронов (сантиметры в час) также технически является током (в конце концов, это поток электронов), но это не то, о чем говорят люди, когда говорят о напряжении и сопротивлении.

— Адам Лоуренс

@ Пит Я перевожу требование «интуиции» с электрического потенциала (что трудно) на гравитацию, которую люди обычно гораздо более интуитивно понимают. трудно представить себе заряд, имеющий потенциалы и уходящий от высоких потенциалов; Легко представить, что вода высокая и течет вниз и говорит, что они аналогичны

— Джастин Л.

@Justin Да, гораздо легче понять гравитацию, потому что гравитация - это то, с чем мы имеем непосредственный естественный контакт. С другой стороны, что-то "в моем кишечнике" продолжает давить на меня, говоря мне, что это не то же самое, и это "что это на самом деле ?" что я продолжаю пытаться понять. Я думаю, что я нахожусь в том же положении, что и ребенок, который учится размножаться и испытывает беспокойство, потому что он не полностью понимает тригонометрию.

— Клифф Пруитт

@Madmanguruman Я думаю, что мне, очевидно, нужно лучшее понимание заряда. Я всегда предполагал, что что-то получило заряд из-за избытка или недостатка числа его электронов . Если электроны не движутся, я не думаю, что понимаю, что вызывает заряд. (Не чувствую необходимости отвечать. В любом случае, я немного перегружен.)

— Клифф Пруитт