In che modo l'elettricità "conosce" il rapporto della resistenza in un divisore di tensione?

Sto facendo fatica a concettualizzare cosa / come funzionano le cose in una configurazione del partitore di tensione. Ho letto un paio di altre domande / spiegazioni in cui il rispondente ha detto di "non pensarci in termini di acqua", ma è difficile non farlo, in una certa misura.

Quello che non capisco è come cambia / si adatta l'elettricità dopo la PRIMA resistenza in base al rapporto tra essa e la SECONDA resistenza? So che è nell'arena di avere a che fare con "pressioni" e tubi, ma se hai una resistenza più in alto nella catena del flusso, concettualmente che importanza ha la resistenza più in basso nel tubo?

E fare un passo fuori dai divisori di tensione (ma ancora nell'ambito della questione della caduta di tensione e dei rapporti) - come / perché TUTTA la tensione viene fatta cadere su un resistore in un circuito a una resistenza, ma con 2+ resistori / carichi, il gli elettroni "sanno" in qualche modo razionare la tensione scende proporzionalmente? (Ovviamente so che gli elettroni non lo stanno consapevolmente risolvendo e prendendo decisioni). Perché una caduta di tensione non è statica su una resistenza / carico statico? Perché dipende dagli altri resistori / carichi nel circuito?

(Non mi dispiace tecnico, ma se possibile, per favore almeno aggiungere qualche tipo di concezione visiva o dimostrazione, se puoi! :) Grazie!

Facciamo un altro esperimento mentale:

Immagina di ridurre gradualmente la connessione tra i due resistori fino a quando non è infinitamente piccola. Ora hai effettivamente un resistore con il punto di divisione da qualche parte nel mezzo. Un'estremità di questo resistore è collegata alla tensione di alimentazione, diciamo 5 Volt. L'altra estremità è collegata a terra, che chiameremo 0 Volt perché la useremo come punto di riferimento per la nostra misurazione della tensione.

Di nuovo, immagina di spostare gradualmente il punto di divisione verso l'alto verso l'estremità a 5 V o verso il basso verso l'estremità a 0 V. In quale posizione lungo questo resistore combinato ti aspetteresti che la tensione misurata scenda da 5 Volt a 0 Volt?

È chiaro che la tensione non ha un cambiamento di passo in un punto, ma è proporzionale alla frazione del resistore sotto il punto di divisione? La caduta di tensione è lineare lungo la lunghezza della resistenza combinata .

Ora immagina di ripristinare gradualmente la lunghezza di quella connessione che abbiamo allungato nella prima visualizzazione. E immagina che la connessione stessa non abbia resistenza: zero. (Non è del tutto zero, ma è così vicino che possiamo ignorarlo). È chiaro che la tensione non sarà diversa alle due estremità della connessione mentre la allunghi di nuovo?

La tensione totale scende linearmente sulla resistenza totale e il punto di divisione "campiona" quella tensione in una parte specifica del totale.

La corrente non "cura" o "sa" se scorre attraverso molti singoli resistori o uno continuo; la tensione scende continuamente lungo ogni segmento del percorso di resistenza. Le connessioni "resistenza zero" non contano .

Per quanto riguarda la corrente non esiste un divisore, c'è solo un percorso che ha una certa resistenza (totale). Diciamo che hai un 1k$\Omega$ e un 2k$\Omega$resistenza in serie. Totale: 3k$\Omega$e se applichi 3V su di esso ottieni, secondo la Legge di Ohm

$I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{3V}{3k\Omega} = 1mA$

Ora la legge di Ohm si applica anche a qualsiasi singolo resistore nella catena. Per trovare la tensione attraverso il resistore 1k : $\Omega$

$V = I \cdot R = 1mA \cdot 1k\Omega = 1V$

Quindi effettivamente ottieni una frazione del 3V originale, ecco perché si chiama un divisore, il cui rapporto è definito dal rapporto tra i resistori. Ma per la corrente non c'è differenza tra un carico di 3k$\Omega$ e uno composto da 1k$\Omega$ più un 2k$\Omega$ resistore.

Cosa c'è di sbagliato nel pensare all'analogia dell'acqua? Con una pompa che spinge l'acqua attraverso un capillare, il manometro in basso vedrà la piena pressione nel punto X, ma circa la metà della pressione nel punto Y. L'acqua non "sa" a quale pressione essere, incontra solo meno resistenza mentre percorre il capillare e la pressione si riduce in proporzione.

(Questo è, per inciso, il modo in cui la valvola di bypass in un sistema di riscaldamento centralizzato domestico controlla la portata attraverso i radiatori).

L'immagine è questa: gli elettroni sono spinti da una forza. La quantità totale di forza (tensione di alimentazione) viene divisa tra la quantità di resistenza in ciascuna parte della pista. Il flusso di elettroni si equilibra in modo tale che la somma di tutte le tensioni su tutti gli elementi si sommi alla tensione di alimentazione.

Spiegazione: La corrente è sostanzialmente "tutti gli elettroni nel filo che si muovono lentamente in una direzione". Immagina un mucchio di palline in un tubo. Uno deve uscire dall'altro lato quando si preme uno sul lato.

Per farli muovere, devi esercitare una forza. Questa è una forza elettrica, che è quando un campo elettrico (fondamentalmente una tensione) agisce sulle cose cariche, gli elettroni nel nostro caso.

Per farli muovere più velocemente, devi esercitare più forza. (o meglio, la stessa forza più spesso)

Quanta forza è necessaria rispetto alla velocità / corrente, dipende dalla resistenza del percorso.

Tutti gli elettroni nel percorso si stanno muovendo. Significa che tutti, nella fonte di alimentazione, fili e resistori, tutti gli elettroni, si muovono più o meno all'unisono.

Ora gli elettroni si stanno muovendo. Per ogni parte infinitesimale del percorso, esiste una resistenza, che determina quanto deve essere presente una tensione elevata per far muovere gli elettroni. Si muovono, perché c'è una corrente. Sono costretti a farlo.

Le tensioni di ciascuna parte del percorso si sommano alla tensione totale.

Riguarda la legge di Ohm .

Una tensione sui due resistori crea una corrente che scorre in entrambi. Questa corrente sarà la stessa per tutti i resistori, se collegati in serie, e sarà data dalla legge di Ohm.

Su ogni resistenza, la corrente che scorre indurrà una caduta di tensione, sempre data dalla legge di O.

Puoi trovare la matematica ovunque, ma prima capisci questo e come funziona un resistore. Poiché è un argomento abusato, preferirei suggerirti di leggere wiki sulla resistenza e la legge di Ohm . Una volta compresi entrambi, il divisore di tensione sarà magicamente chiaro.

Comunque:

In che modo l'elettricità "conosce" il rapporto della resistenza in un divisore di tensione?

Come fai a sapere che se salti giù da un ponte, cadi a una certa velocità? È solo dovuto alla fisica.

Bene, prima di tutto è la vista con un resistore. Vedremo questo con una configurazione della batteria dell'auto e diremo che abbiamo un terreno negativo e un + 12v caldo.

Nel nostro primo circuito, spostiamo 12 volt su 12 ohm di resistenza e spostiamo 1 amp per 12 watt sul nostro carico. Questo è tutto ciò che può spostarsi lì. La differenza relativa tra la fornitura e l'estremità ricevente è la stessa.

Potresti vederlo anche come una massa calda + 6v e -6v e il circuito si comporterebbe esattamente allo stesso modo. Aumentare la fornitura (caldo) o abbassare il lavandino (terra) creerà una differenza di potenziale (tensione).

Ora cambiamo il nostro carico: due resistori da 6 ohm ciascuno. La nostra resistenza totale ora è di nuovo di 12 ohm, quindi disegneremo ancora 1 amp. Ogni carico ora ne consuma la metà: 6 watt. Per consumare 6 watt su una resistenza da 6 ohm con 1 amp di potenza, è necessario perdere 6 volt. Ricorda, la corrente rimane costante in un circuito ovunque tu la misuri. Ecco perché un fusibile è efficace ovunque in un circuito in serie. Ricorda che l'amperaggio è fondamentalmente flusso (galloni al minuto) e la potenza derivata è una combinazione di flusso e pressione (tensione). Pertanto, voltaggio * amperaggio == watt (potenza motrice).

Questa è la parte elettrica. Per usare un'analogia dell'acqua, devi pensare al sistema idraulico un po 'diversamente. Il "pozzo" verso cui scorre l'acqua ora deve essere considerato pressurizzato, fornendo così una certa contropressione. I carichi sono turbine nel tubo. Se la nostra fornitura è di 100 psi e il nostro lavandino è di 50 psi, avremo flusso.

La differenza di pressione tra due punti sul tubo che è dopo il carico sarà trascurabilmente piccola. Avrà ancora una pressione contro il mondo esterno, ma la pressione relativa quando riferita al nostro serbatoio del lavandino da 50 psi sarà molto bassa. L'aggiunta di una divisione con molti tubi dopo l'ultimo carico non la modifica.

Se inseriamo un tubo prima del primo carico e lo colleghiamo dopo l'ultimo carico, vedremo 100 psi su di esso ... o 50 psi rispetto ai nostri due serbatoi. Se tocchiamo nel mezzo di quelle due turbine uguali al nostro lavandino, vedremo 25 psi di pressione. L'acqua ha dovuto consumare un po 'di energia per passare attraverso la prima turbina.

Finché avremo abbastanza pressione (tensione) per far girare una turbina (guidare un carico), vedremo una caduta attraverso quella turbina pari alla differenza di pressione su entrambi i lati. Se inseriamo più turbine, vedremo una caduta di pressione proporzionale allo sforzo richiesto per far girare la turbina.

Ricordare che la tensione e la pressione si riferiscono entrambe al riferimento relativo. Dopotutto, 0psi sul terreno di solito viene misurato relativamente, ed è in realtà 14,7 psi (assoluto). Quindi, fingi per un secondo che il tuo circuito di alimentazione sia + 24v caldo a una terra + 12v, e potrebbe forse avere più senso perché visualizzerai una certa contropressione nella tua testa e ti concentrerai davvero sul fatto che la pressione relativa è la guida punto.

Creiamo più assorbimento di potenza attraverso le nostre turbine utilizzando tubi più grandi e turbine più grandi con la stessa pressione, oppure possiamo aumentare la pressione sui tubi attuali. Tuttavia, la caduta di pressione attraverso le nostre turbine rimarrà sempre proporzionale finché l'acqua può fluire.

È tutto in campo elettrico. Quindi se abbiamo un circuito con due resistori e colleghiamo una batteria, allora appare un campo elettrico che va da un'estremità della batteria, all'altra estremità attraverso i due resistori. Questa è la parte che viaggia alla velocità della luce (nel materiale). Questo campo è influenzato dal materiale del filo e della resistenza, nonché dalla larghezza del percorso, ecc. Pertanto, la resistenza del campo in punti diversi è tutta controllata dalla resistenza. Gli elettroni nel materiale reagiscono quindi al campo. La velocità con cui si muovono è controllata dall'intensità del campo e questo è impostato dai valori delle resistenze. Quindi gli elettroni si muovono alla velocità prevista perché il campo che li controlla, è esso stesso controllato dai resistori.

Spero che questo sia quello che stavi cercando,

Mi piace anche pensarci in un'analogia dell'acqua, ma più semplice. Funziona così:

Pensa a un tubo, in cui i diametri delle diverse sezioni sono diversi. Maggiore è il diametro, più acqua può fluire. Resistenze di valore superiore funzioneranno come tubi di diametro inferiore, consentendo un flusso d'acqua inferiore.

Supponi di avere 2 resistenze: 1k e 2k. Il "tubo" di resistenza 2k è circa la metà del diametro del "tubo" di resistenza 1k. Se fornisci una bella via di fuga per l'acqua tra loro (cioè la linea di tensione divisa), molta acqua la attraverserà ma non tutta. Parte dell'acqua passerà comunque attraverso il "tubo" da 1k, in quanto c'è spazio se è vuota. Quanto? circa 1/3 dell'acqua sarà in grado di utilizzare il tubo 1k nello stesso tempo in cui 2/3 fuoriescono attraverso il tubo di divisione della tensione. Quindi, in termini di potenziale, avrai circa 2 / 3V che attraversano il divisore. Tutto dipende da quanta acqua entra (a causa della prima resistenza) e da quanta acqua può uscire al suolo (a causa della seconda resistenza).

Finirà comunque per essere pieno potenziale alle due estremità, perché è obbligatorio, ma nel mezzo avrai il potenziale che è stato in grado di fuggire attraverso questa rotta, che era molto più allettante rispetto all'altra rotta.

Non sono sicuro che l'analogia sia accurata al 100%, ma questo è un modello mentale ... non ha davvero bisogno di essere preciso, solo espressivo :)