¿Cuál es el significado físico del potencial eléctrico, diferencia de potencial y voltaje?

jimyy 10/16/2014. 4 answers, 4.670 views
potential definition voltage

Cuando se asemeja a la corriente de electricidad a través de un cable a las personas que caminan por una calle: los electrons son personas, la current es la cantidad de personas, la resistance son las barreras en el camino.

Pero, ¿cuál es el potencial eléctrico en este ejemplo?

¿Cuál es el significado físico de la diferencia de potencial de 2 V? ¿Y qué cambia en el flujo de electrones cuando el potencial es 1 o 2 V?

4 Answers


Alfred Centauri 10/16/2014.

Le daré una oportunidad, aunque no estoy seguro si esto aclarará o nublará el problema.

electrons are people,

DE ACUERDO

current is the number of people,

No, esa no es la analogía correcta. La corriente es un flow y una flow personas (electrones) es un flujo de personas (electrones) y la amount de corriente es el number (coulombs) de personas (electrones) que pasan un punto fijo en la calle (conductor) por segundo.

resistance is the barriers on the way.

DE ACUERDO

Vale la pena tener en cuenta que los electrons repel each other . Entonces, para mejorar esta analogía, necesitamos que las personas se repelan entre sí.

Para mantener esto simple, hagamos que la gente camine en un solo archivo y suponga que una persona está unida a un resorte que está unido a la persona que está delante y también a un resorte que está unido a la persona que está en la parte posterior.

Entonces, si todos están separados por igual y moviéndose de manera uniforme, no hay fuerza neta en ninguna persona.

However , si hay resistencia (barreras, fricción, etc.), una persona puede reducir la velocidad debido al impacto con una barrera y luego sentir una fuerza del resorte que es comprimida por la persona que está detrás y un resorte que se extiende por la persona en frente.

No es difícil de ver, extrapolando a partir de esto, que a medida que la línea de personas avanza por la calle, los muelles se comprimen more entre las personas al principio de la calle que al final de la calle.

Esto significa que la density de personas es mayor allí; la gente está más unida al principio que al final.

Entonces, la energy potencial almacenada en los manantiales es mayor al final donde enter las personas que al final donde la gente exit . Este debe ser el caso, ya que la energía se pierde por las barreras y la fricción a medida que la gente avanza por la calle.

Tenga en cuenta que el flow de personas es steady a pesar de que la densidad de personas varía de mayor al principio a menor al final de la calle.

De manera similar, cuando hay una corriente constante a través de una resistencia, la densidad de charge es mayor en un extremo que en el otro a pesar de que el flow de carga a través de la resistencia es constante.

Es esta diferencia de densidad de carga la que da lugar a la tensión (diferencia de potencial) a través de la resistencia.


Steeven 10/16/2014.

But what is potential in this example?

En su analogía de la gente en la calle, el electric potential sería una tienda con venta en un extremo de la calle, o tal vez un accidente u otra cosa interesante. Las personas tienden a moverse hacia el final interesante (menos potencial) y lejos del otro y menos interesante (mayor potencial). Al igual que una piedra desea caerse y no levantarse, porque los puntos up y down tienen un potential diferente.

¿Cuál es el significado físico de la diferencia de potencial de 2 V?

La unidad Volts es Joules/Coulomb , $ [\ mathrm {V}] = [\ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {C}}] $. Recuerde que $ \ mathrm {C} $ es el charge . Entonces estamos hablando de energía por carga. Y un mayor potencial tiene más energía por carga.

Ahora, volvamos a la analogía de la gente en la calle. Si de repente ocurre un accidente, entonces las personas de repente comienzan a moverse hacia él, porque es muy interesante (menos potencial). Quizás corran para llegar rápido. Cuanto más cerca estén, más lentos se moverán ya que pronto estarán allí y ya podrán ver más y más.

Si usted es un oficial de policía o un guardia de seguridad de la tienda o cualquiera que retenga a la gente, cuanto más alejados estén del lugar interesante, más desearán mudarse: cuanto más empujan o más corren. Y aquí es muy difícil contenerlos.

Si estás mucho más cerca del punto interesante en la calle, entonces la gente ya puede ver lo que está sucediendo y empujan menos.

Como en un concierto de rock, si los altavoces son malos, la gente se alejará empujará a la multitud para acercarse. A medida que se acercan, pueden escuchar la música cada vez mejor y gradualmente dejan de presionar.

Es como que su energía, con la que intentan moverse, baja más y más a medida que se acercan. La energía por persona (es decir, la energy per charge ) disminuye a medida que alcanzan el potencial más bajo.

¿Eso hace sentir?

¿Y qué cambia en el flujo de electrones cuando el potencial es 1 o 2 V?

$ 1 $ o $ 2 \ mathrm {V} $ es solo una medida de cuánto potencial hay en algún momento en la calle. Si la situación habitual (la calle en todos los puntos antes de que ocurra el accidente) es $ 0 \ mathrm {V} $, entonces cuando el accidente tiene lugar de repente tiene una diferencia de potencial que comenzará a dragging gente en esa dirección.

Si ocurren dos accidentes al mismo tiempo en diferentes puntos de la calle, entonces uno involucra la caída de un motorista ($ 1 \ mathrm {V} $) y otro involucra un camión grande con un tanque de nitrógeno líquido estallando, mientras que un automóvil atrapa el fuego y la gente están gritando ($ 2 \ mathrm {V} $, el punto es que es más interesante).

No son igualmente interesantes, por lo que la diferencia en el potencial $ 2 \ mathrm {V} -1 \ mathrm {V} = 1 \ mathrm {V} $ es hacia el hecho más interesante. Si el accidente de menor potencial no sucediera, entonces el flujo de personas sería más intenso y más rápido, pero desde que ocurrieron dos eventos, las personas no están seguras de dónde quieren ir. Sin embargo, ven que el accidente más grande es más interesante.

Si two tanques de nitrógeno líquido explotan al mismo tiempo en diferentes puntos (es decir, dos puntos con el mismo potencial) entonces un tipo pobre que está justo en el medio, está tan confundido que no sabe dónde ¡ir! ¡Así que se queda allí y cambia de opinión una y otra vez, y nunca se mueve a ninguna parte!

Esta analogía parece ser una sociedad de personas indecisas ...


solid 10/16/2014.

Dado que tu pregunta es algo pictórica, intentaré seguir con esto y evitaré explicaciones matemáticas / físicas más profundas.

electrons are people

ok con eso

current is the number of people

no, eso es un error Actualmente es el número actual de personas que cruzan una línea en la calle por vez. Como Steeven ya mencionó en un comentario 2 Ampere (supongamos que 1 A es 1 hombre para hacerlo simple) significa que 2 hombres más cruzan la línea de izquierda a derecha que en el camino. Cuántas personas cruzan la línea en la calle en una dirección no está representado por 2 amperios.

resistance is the barriers on the way.

Estoy bien con eso.

But what is potential in this example?

Prefiero compararlo con un potencial que es más claro: un área montañosa. El potencial eléctrico es similar al potencial en gravedad. Entonces, en ese ejemplo de personas, el potencial eléctrico es el camino cuesta abajo. Para las personas (electrones) que van cuesta abajo no se necesita energía, incluso pierden energía potencial. Las personas que permanecen al mismo nivel en la calle están ganando y sin perder nada. Las personas que van cuesta arriba necesitan energía para obtener energía potencial (para los electrones esto podría ser un campo magnético que acelera los electrones). Tomando esta explicación para el potencial eléctrico su siguiente pregunta es fácil de responder.

¿Cuál es el significado físico de la diferencia de potencial de 2 V?

Es solo el gradiente de la carretera montañosa. Si su tipo de pendiente tiene un alto voltaje y si es plano solo tiene un pequeño voltaje.

¿Y qué cambia en el flujo de electrones cuando el potencial es 1 o 2 V?

¿Recuerdas mi explicación de la corriente? Elevar el voltaje de 1 V a 2 V (haciendo que la carretera sea más empinada) tiene el efecto sobre los electrones de que más electrones cruzan la línea de izquierda a derecha por vez. Puedes imaginar este efecto como que el camino se vuelve tan empinado que la gente comienza a deslizarse hacia abajo (no todos, sino más y más), si quieren o no.

Espero que esta ecuación menos explicación se adapte a tus necesidades.

Editar: a Rob Jeffries, no puedo escribir un comentario porque no tengo 50 reputación, así que estoy obligado a responder de esta manera. No estoy de acuerdo con usted en que la analogía se cae debido a una calle plana.

Los electrones en un conductor también se pueden mover sin aplicar ningún campo eléctrico. Mientras no haya una orientación preferida (y la gente en un mundo con solo un camino llano vacío no tiene una orientación preferida) no hay corriente, al menos no hay corriente global. No solo no se deshace sino que incluso encaja perfectamente en la analogía. Imagine que una carretera baja primero cuesta abajo, que es un piso perfecto y que vuelve a descender. La gente gana velocidad en el primer tramo cuesta abajo y en un mundo perfecto con un solo camino donde no hay pérdidas (fricción o lo que sea) mantienen el impulso y la velocidad en la parte plana. Siguen caminando y caminan más rápido cuando alcanzan la parte cuesta abajo de nuevo. Y aquí tienes una explicación electrónica de personas para deriva de electrones en estructuras de semi conducción.


Prasanna Chaturvedi 07/03/2017.

En mi opinión, el potencial electrostático en cualquier punto de un campo eléctrico se puede ver como

Supongamos que una carga positiva forma un campo eléctrico

En ese campo si está presente algún cargo de prueba positivo o negativo

Supongamos una carga de prueba positiva

Entonces, esta carga de prueba positiva tenderá a alejarse de la carga de la Fuente debido a la fuerza de repulsión

Y si no se mueve Definitivamente debería tener suficiente energía disponible para contrarrestar esta fuerza de repulsión; de lo contrario, se habría alejado.

Por lo tanto, el potencial eléctrico en cualquier punto de un campo eléctrico se puede definir como la energía requerida para que una unidad la posea para mantener su posición contrarrestando la fuerza debida a E sobre ella.

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