Come fa la corrente a sapere quanto deve fluire prima di aver visto la resistenza?

Con i seguenti circuiti come esempi:

e

In che modo la corrente Isaprà quanto fluirà? Qualsiasi altra onda viaggerebbe prima nel circuito e poi tornerebbe indietro e direbbe che tanta corrente dovrebbe fluire?

Non sono sicuro se questo è ciò che stai chiedendo, ma sì, quando la batteria è collegata, un'onda di campo elettrico viaggia dalla batteria lungo i cavi fino al carico. Parte dell'energia elettrica viene assorbita dal carico (a seconda della legge di Ohm) e il resto viene riflesso dal carico e ritorna alla batteria, alcuni vengono assorbiti dalla batteria (di nuovo la legge di Ohm) e alcuni si riflettono sulla batteria, ecc. Alla fine la combinazione di tutti i rimbalzi raggiunge il valore di stato stazionario che ti aspetteresti.

Di solito non ci pensiamo in questo modo, perché nella maggior parte dei circuiti accade troppo rapidamente per misurare. Per le lunghe linee di trasmissione è comunque misurabile e importante. No, la corrente non "sa" quale sia il carico fino a quando l'onda non lo raggiunge. Fino a quel momento, conosce solo l' impedenza caratteristica o "impedenza di sovratensione" dei fili stessi. Non sa ancora se l'altra estremità è un cortocircuito o un circuito aperto o un'impedenza nel mezzo. Solo quando l'onda riflessa ritorna può "sapere" cosa c'è dall'altra parte.

Vedere Esempio di riflessione del circuito ed effetti della linea di trasmissione nei sistemi logici ad alta velocità per esempi di diagrammi reticolari e un grafico di come la tensione cambia a passi nel tempo.

E nel caso in cui non lo capissi, nel tuo primo circuito, la corrente è uguale in ogni punto del circuito. Un circuito è come un circuito di tubature, tutte piene d'acqua. Se fai fluire l'acqua con una pompa in un punto, l'acqua in ogni altro punto del circuito deve fluire alla stessa velocità.

Le onde del campo elettrico di cui sto parlando sono analoghe alle onde di pressione / suono che viaggiano attraverso l'acqua nel tubo. Quando si sposta l'acqua in un punto del tubo, l'acqua all'altra estremità dei tubi non cambia istantaneamente; il disturbo deve propagarsi attraverso l'acqua alla velocità del suono fino a raggiungere l'altra estremità.

Poiché la teoria è stata trattata, vado con un'analogia approssimativa (Spero di capire cosa stai chiedendo correttamente, non è così chiaro)

Ad ogni modo, se immagini una pompa (la batteria), alcuni tubi pieni d'acqua (i fili) e una sezione in cui il tubo si restringe (il resistore)
L'acqua è sempre lì, ma quando avvii la pompa crea pressione (tensione ) e fa scorrere l'acqua intorno al circuito (corrente). Il restringimento del tubo (resistenza) limita il flusso (corrente) a una certa quantità e provoca una caduta di pressione attraverso di essa (tensione attraverso la resistenza, in questo caso uguale alla batteria)

Con il secondo circuito (due resistori in parallelo) è ragionevolmente chiaro che la stessa quantità di corrente che fluisce nella giunzione superiore deve fluire dalla giunzione inferiore (vedi Kirchoff) Se i resistori sono uguali, condivideranno la corrente altrettanto. questo può essere considerato come un unico grande tubo (filo) che si divide in due tubi più stretti (resistori) e poi si fonde nuovamente in un grande tubo. Se sono disuguali, uno prenderà più flusso (corrente) dell'altro ma il totale fuori si sommerà sempre al totale in.

Potresti porre la stessa domanda con l'analogia dell'acqua: come fa l'acqua a "sapere" quanto scorre? Perché è limitato dalla larghezza dei tubi e dalla pressione delle pompe.

EDIT - Sembra che la domanda che mi viene posta sia un po 'diversa da come pensavo inizialmente. Il problema è che ci sono alcune risposte diverse (come puoi vedere) a diversi livelli di astrazione, ad esempio dalla legge di Ohm a Maxwell alla fisica quantistica. A livello di singolo elettrone penso che potresti avere un problema a causa della dualità delle onde di particelle e del doppio percorso (vedi esperimento a doppia fenditura con il fotone) menzionato da Majenko.
Si noti che la ragione per cui ho detto sopra che "l'acqua è sempre lì" è perché gli elettroni stessi non scorrono a ~ 2/3 la velocità della luce attorno a un circuito, piuttosto l'energia da uno viene propagata a quella successiva (una specie di) e così via. Un po 'come le palle che rimbalzano casualmente e l'una nell'altra, con una tendenza media complessiva a rimbalzare nella direzione del potenziale applicato. Un modo più semplice di pensarci è come una linea di palle da biliardo - se colpisci la palla bianca a un'estremità, l'energia verrà "trasmessa" attraverso tutte le palle (non cambieranno effettivamente posizione), e poi palla a l'altra estremità si spezzerà.
Ho la sensazione che la spiegazione quantistica potrebbe andare qualcosa del genere: possiamo solo prevedere la probabilità che un singolo elettrone "sceglierà" un percorso (o si troverà in una particolare area) ma il processo non sarebbe osservabile direttamente (cioè la fisica teorica)

In entrambi i casi, ritengo sia una domanda eccellente e abbia bisogno di una buona risposta (cercherò di migliorarla se il tempo lo consente), sebbene al livello più basso possa essere meglio affrontato nello stack fisico.

All'inizio, la corrente non lo sa davvero. Supponendo che un grande interruttore del fumetto nella linea, quando aperto, rappresenti un'enorme impedenza. La carica (capacitiva) si accumula su entrambi i lati; in particolare, gli elettroni affollano il terminale negativo e il terminale positivo manca dello stesso numero di elettroni dalla normale (carica di immagine). Il flusso di corrente è trascurabile (fA *), quindi non vi è alcuna caduta potenziale sul resistore. Gli elettroni non hanno alcun movimento o flusso netto perché la repulsione elettrostatica con i loro vicini, incluso il grosso gruppo sull'interruttore, è uguale alla forza derivante dalla polarizzazione del campo elettrico esterno.

Quando l'interruttore viene chiuso per la prima volta, gli elettroni extra vicino all'interruttore si avvicinano all'altro contatto, riempiendo la carica dell'immagine. Ora che non c'è un grosso gruppo di elettroni prepotenti che si rifiutano di spostarsi e di respingere, il resto ^_diventa balistico ^{_{( non è vero , però)}} e inizia a sfrecciare nel circuito.

Quelli dentro e vicino alla resistenza incontrano ... resistenza (dai; dovevo) . Non ci sono quasi tanti elettroni o siti liberi, quindi, a differenza della grandissima impedenza presentata in precedenza dallo switch, la carica si accumula su entrambe le estremità mentre i buggy impazienti si spingono per un punto in linea. Continua ad accumularsi fino al raggiungimento dell'equilibrio: il campo elettrostatico dal gruppo di elettroni in attesa di attraversare la resistenza è uguale al bias di campo elettrico esterno.

A questo punto la corrente sa quanto deve fluire e non cambierà [fino a quando non ti renderai conto di aver inserito un resistore da 1,3 ohm invece di 1,3 kohm, e si frigge e riapre i circuiti].

Se all'inizio la sorgente fosse totalmente rimossa dal sistema, non ci sarebbe alcuna carica capacitiva iniziale. Una connessione istantanea con la sorgente (interruttore DPST) porterebbe a un campo elettrico che si propaga lungo il filo vicino a c , accelerando e trascinando elettroni insieme ad esso, e portando allo stesso affollamento di tipo stadio di football che lascia i resistori. Nel caso di resistori paralleli, tuttavia, le porte di detto stadio possono avere larghezze diverse, quindi le correnti di equilibrio differiranno.

In che modo la corrente in un delta fluviale "sa" quale ramo prendere? "Corrente" in ogni caso indica il flusso aggregato di molecole d'acqua o elettroni, quindi in primo luogo, sostituisci la domanda con "Come fa ogni elettrone (o molecola) a sapere da che parte andare"? Non lo fa; verrà semplicemente spazzato via nel flusso immediatamente locale e, a livello micro o atomico, prenderà il posto di quello in partenza appena prima di esso. Quindi, cosa succede proprio nel punto di divergenza? Ai nostri occhi macro, la direzione che prende è casuale, distribuita come il (i) rapporto (i) delle correnti di diramazione. Al livello più basso, un piccolo disturbo lo spingerà in un modo o nell'altro.

(Descrizione / analogie molto approssimative, lo so - perdona le imprecisioni implicite.)

"Conoscere" quanto fluire implica conoscenza, il che implica intelligenza.

La corrente non è intelligente e non scorre di per sé. La corrente viene tirata o "assorbita" dal carico - in questo caso i resistori.

La quantità di corrente assorbita dal carico è determinata dalla legge di Ohm:

$I=\dfrac{V}{R}$

Nel primo circuito è abbastanza semplice da calcolare.

$I_S$

$\dfrac{1}{R_T} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}$

o

$R_T = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

$R_1$$R_2$$R_1$$R_2$

In realtà, la corrente non sa quanto fluire a t = 0.

Ogni resistore ha una certa capacità, poiché consistono in lati conduttori separati con un isolante (anche se non perfetto). A causa di questa capacità, a t = 0, la corrente si precipita tanto quanto l'alimentazione può fornire. Quindi rallenta dopo un po 'al suo valore normale. Ogni resistore pratico può essere modellato come un resistore e un condensatore in parallelo. Quindi, il tuo primo circuito è in realtà un circuito RC parallelo.

Inoltre, non dimenticare che il campo E (campo elettrico) crea il campo B (campo magnetico) e viceversa. Quando si applica una tensione attraverso il resistore, si crea un campo elettrico all'interno del resistore. Ciò provoca un cambiamento nello stato del campo elettrico (si aumenta il campo elettrico da zero a un valore diverso da zero). Il cambiamento nel campo elettrico crea campo magnetico e infine crea un flusso di corrente.

Per ulteriori informazioni, consultare le equazioni di Maxwell .

Quanto la corrente lo sa? Sa a causa della meccanica statistica (con Boltzman e poi Fermi-Dirac coinvolti, e successivamente Maxwell), quando i fermioni (elettroni) a temperatura particolare tendono ad occupare il volume del conduttore (metallo) quando gli elettroni volano liberi come particelle di gas ideale e rimbalzano contro gli atomi. La velocità (energia) delle singole particelle è di circa 1K miglia al secondo (inferiore alla velocità della luce), la velocità di deriva è di pochi millimetri al secondo (vedi wiki "velocità di deriva"). La distanza media di volo libero degli elettroni definisce la "conduttività". All'osservatore del flusso di elettroni, il comportamento degli elettroni sembrerà una tendenza delle particelle a mantenere "l'elettroneutralità", quando ogni parte locale del conduttore contiene approssimativamente la stessa quantità di elettroni e protoni. Gli elettroni vengono caricati, quindi si applicano forza repellente l'uno all'altro. Il coinvolgimento di forza, velocità e massa nel tempo significa che ci sono fotoni virtuali emessi e assorbiti durante l'accelerazione e la decelerazione degli elettroni. Questi fotoni si stanno propagando molto più velocemente delle particelle e creano "pressione". Nel complesso, a seconda del materiale, la velocità della parete di pressione è vicina alla velocità della luce. Può essere chiamato "onda". Il resto della storia è meglio spiegato da Endolith sopra.

I numeri per il rame a temperatura ambiente sono riportati in questo articolo .

TLDR: gas di elettroni ideale con meccanica statistica-> Boltzman-> Fermi-Dirac-> Maxwell-> Ohm

Nessuno ha menzionato il fatto che tutti gli schemi adottano il cosiddetto modello di elementi raggruppati .

In uno schema un filo non è un filo nel senso comune, è una relazione di semplificazione tra nodi. Se volessi descrivere passo dopo passo cosa succede alla corrente (o cosa "rileva") lungo un filo, dovresti disegnare una serie infinita di elementi passivi.

Migliore analogia che mi ha aiutato a capirlo in modo semplice e veloce, mi sono incontrato da qualche parte su Internet, ma al momento non riesco a indicarne la fonte. Se qualcuno sa dove si trova, fammi sapere, quindi questo può essere incluso. L'analogia è molto breve e questa sarà una risposta molto breve. Nessuna formula. Quindi è un po 'non scientifico, ma è un'analogia elegante e davvero facile da immaginare e comprendere per l'essere umano.

La maggior parte delle persone immagina circuiti semplici come quelli degli esempi come un tubo vuoto riempito d'acqua. Ciò è in parte dovuto all'analogia del flusso d'acqua prolifico.

In realtà è molto più simile a un tubo pieno di sfere solide come un tubo da bowling. Quel tubo è riempito con palline in linea da un capo all'altro e non ci sono spazi tra di loro. Quando si spinge la palla a un'estremità, tutte le palle percorrono la stessa distanza .

Questo movimento è la corrente degli elettroni e la forza necessaria per muovere le sfere è la tensione applicata.

Altra fonte di confusione è la frase "percorso di minima resistenza". Qualcuno può immaginare una persona all'incrocio che scelga 1 di 3 modi possibili. Quando una persona ha preso la strada tutta la persona va in quel modo, e questo è esattamente il modo NON FLUSSO attuale . Invece la corrente si "spaccerà" e scorrerà in tutte le direzioni possibili, ma proporzionalmente alla resistenza in quei modi. A volte la resistenza è così alta, che la quantità attuale è così piccola, che è utile essere trascurati per semplificare.

$V_S$$\frac{V_S}{R}$

$I_1 = \dfrac{V_S}{R_1}$

$I_2 = \dfrac{V_S}{R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S$$R_1$$R_2$

$R_1 || R_2 || ... R_n = \dfrac{1}{(\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} + ... \dfrac{1}{R_n})}$

$R_1 || R_2 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}} = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

Usando di nuovo la legge di Ohm, è semplice calcolare È:

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1 || R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1} + \dfrac{V_S}{R_2} = V_S \times \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2} = V_S \times (R_1 || R_2)$

In realtà, le onde hanno molto a che fare con esso, fino a quando non si raggiunge uno stato stabile. Inizialmente, anche il circuito più semplice fatto di una batteria, un interruttore, un filo e una resistenza, è una linea di trasmissione, circondata da onde elettromagnetiche, e richiede un'analisi transitoria per capire. Questa analisi transitoria risponderà alla domanda iniziale in questo blog, se capisco la domanda ... Anche la batteria è complessa e inizialmente, fino al raggiungimento dello stato stazionario, richiede un'analisi governata da Maxwells eqn e altro. Negli anni passati, DC101 inizialmente era stato insegnato usando l'analogia dell'acqua nelle tubature, ecc. Analogie sono state disegnate anche per induttanza e capacità. È un ottimo modo per aiutare qualcuno a capire la DC, se hai cinque minuti per insegnarglielo, e la legge di Ohm è fino a quando porterai il tuo studente.

È come un'autostrada piena di macchine in cui l'autostrada è il conduttore e le macchine sono gli elettroni. Se ci sono lavori in corso che limitano l'autostrada da tre a una corsia, tutte le corsie rallentano e anche le auto a 20 miglia di distanza non saranno in grado di andare più veloci sulla sezione a tre corsie perché le auto davanti non le lasceranno.