Se la tensione viene misurata tra due punti su un filo, senza alcuna resistenza intermedia la tensione è zero?

Ho un circuito in serie. Supponiamo che la batteria abbia una differenza potenziale di 10 Volts.

Su due punti del filo prima che la corrente colpisca qualsiasi resistore, attacco i lettori di un voltmetro. Poiché non esiste resistenza e la formula per la tensione è V = IR, significa che la tensione dovrebbe leggere zero tra questi due punti?

Ma come può essere - sappiamo che ci sono 10 volt di corrente che scorre attraverso!

L'esempio del mio insegnante è che l'elettricità è come un fiume che scorre. La tensione è la forza dell'acqua corrente. Mucchio di rocce nel mezzo del fiume e questa è la resistenza. Ma se non accumuli rocce e misuri in due punti, ciò non significa che non vi sia potenza (leggi: tensione) nel flusso del fiume.

Qualcuno può chiarire per favore?

Sembra che la tensione e la corrente siano confuse.

La tensione è più propriamente chiamata forza elettromotrice . Di per sé, non fluisce né trasferisce energia.

La corrente (solitamente misurata in ampere) è una misura della quantità di carica elettrica che si muove per unità di tempo. Anche la corrente non è di per sé un flusso di energia.

Il flusso di energia si chiama potere . Per avere energia, sono necessari sia la corrente ( ) che la tensione ( ). Il potere è uguale al prodotto dei due:$I$$E$

Aiuta a pensarci in termini di sistemi meccanici analoghi, poiché possiamo osservare i sistemi meccanici direttamente con i nostri sensi. Anche i sistemi meccanici hanno potenza, dove è uguale al prodotto di forza e velocità:

Se hai forza ma nessuna velocità, non hai potere. Un esempio potrebbe essere un elastico teso tra due supporti fissi. La band esercita una forza sui supporti. Questa tensione è energia potenziale. Ma nulla si muove e nessuna di quell'energia immagazzinata nella banda allungata viene trasferita ad altro.

Tuttavia, se la banda può spostare i supporti, ora abbiamo la velocità. Man mano che la banda sposta i supporti, l'energia immagazzinata nella banda allungata verrà convertita in energia cinetica nei supporti. La velocità con cui avviene questo trasferimento di energia è la potenza.

La tensione è una forza che muove la carica elettrica. La corrente è la velocità della carica elettrica. La resistenza è quanto è facile spostare i supporti.

Ecco un sistema meccanico più analogo al tuo circuito:

Abbiamo un anello rigido, attaccato ad un motore che applica una forza per girarlo. Attaccato anche all'anello, abbiamo un freno, che resiste alla rotazione dell'anello. Perché questa analogia sia corretta, deve trattarsi di un freno che fornisce una forza proporzionale alla velocità dell'anello che si muove attraverso di essa. Immagina che sia accoppiato a una ventola, quindi quando l'anello gira più velocemente, la ventola gira più velocemente, creando più resistenza aerodinamica .

Se il motore applica una forza di , il freno deve applicare una forza uguale nella direzione opposta. Se la forza del freno non è uguale a quella del motore, l'anello subirà una forza netta che lo accelererà o decelererà fino a quando la forza del freno non sarà uguale e l'anello gira a velocità costante. Pertanto, se la forza del motore è costante, la velocità dell'anello dipende dalla forza del freno. Questo è analogo alla legge di Ohm.$1kN$

Quali altre forze agiscono sul ring? Dato che stiamo prendendo in considerazione un sistema idealizzato senza attrito, non ce ne sono. Se si inserissero degli estensimetri nei punti A e B, si misurerebbe una differenza tra loro. B viene compresso mentre il motore inserisce l'anello nel freno contro la sua resistenza e A viene allungato mentre il motore lo aspira dal freno.

Ma qual è la differenza tra B e C? non c'è nessuno. Se ciò non è intuitivamente ovvio, considera che devi tagliare uno spazio nell'anello e inserire la mano in modo che questa macchina possa romperlo. C'è un punto in cui preferiresti farlo? No, la tua mano sarà ugualmente distrutta indipendentemente da dove lo fai sul lato sinistro dell'anello.

Le forze misurate dagli estensimetri sono analoghe alla tensione. Possiamo misurare solo tensioni relative ad altre tensioni. Ecco perché il tuo voltmetro ha due sonde. Ovunque metti il ​​cavo nero è definito come "0 V". Quindi, lo scenario che presenti nella tua domanda è come misurare la differenza tra B e C: è zero.

Sembra un po 'strano, perché sappiamo che esiste una forza di compressione su tutto il lato dell'anello. Sembra che dovrebbe essere buono per qualcosa. Ma considera questo: il peso di tutto il gas nell'atmosfera terrestre provoca una pressione a livello del mare di circa 15 libbre per pollice quadrato. Questo significa che possiamo realizzare una macchina alimentata solo perché esposta a questa pressione? No. Per lavorare con questa pressione atmosferica, abbiamo bisogno di una differenza di pressione. Senza alcuna differenza, non possiamo far muovere l'aria. Considera di nuovo le definizioni di potere di cui sopra e dovrebbe diventare chiaro come sia vero.

Il tuo voltmetro e il tuo insegnante hanno entrambi ragione, ma l'analogia dell'acqua dell'elettricità può andare solo così lontano. Un grande svantaggio è che, a differenza dell'acqua, non esiste una tensione assoluta. La tensione è sempre relativa tra due punti.

Non esistono "10 volt di corrente che scorre intorno". La tensione è la forza che spinge le cariche per fare corrente. La corrente è la carica che scorre effettivamente. È del tutto possibile avere tensione senza corrente e corrente senza tensione (o nessuna misura).

L'analogia del fiume del tuo insegnante in realtà funziona ancora in questo caso se la applichi correttamente. La tensione è la pressione nel fiume che spinge l'acqua a valle. In un fiume, puoi vedere questa pressione come l'altitudine della superficie dell'acqua. Quando si accumulano rocce nel fiume, la superficie del fiume sarà più in alto sopra le rocce che in basso. Ciò si manifesterebbe come una differenza di pressione se si misurasse con un indicatore di pressione relativa tra sopra e sotto le rocce.

Il filo è come un fiume senza rocce. La pressione in un punto e pochi piedi a monte sono sostanzialmente le stesse. Questo è ciò che ti mostra il tuo voltmetro. Una differenza tra un fiume reale e un filo di rame è che il filo di rame è un fiume molto più ideale, diversamente da qualsiasi cosa l'acqua reale possa fare. Il filo è così non-rocce (non una resistenza) che si accumula pochissima tensione per il flusso. In realtà c'è una piccola differenza di tensione tra i due punti sul filo, ma il filo è un conduttore così buono che questa differenza di tensione è troppo piccola per essere misurata da un normale multimetro. Se si sostituisce il pezzo corto di filo con qualche decina di metri di filo e poi si misura attraverso quello, il multimetro potrebbe mostrare una piccola tensione.

ci sono 10 volt di corrente che scorre attraverso!

La tensione non "scorre". È una misura del potenziale elettrovoltaico e quindi esiste solo attraverso due punti.

È come provare a misurare l'altezza di una montagna; non esiste una "altezza assoluta", c'è solo l'altezza relativa a qualcos'altro, ad esempio la pianura circostante, il livello del mare, ecc.

La cosa sulla tensione è che deve sempre essere misurata rispetto a qualcosa. In altre parole, i misuratori misurano le differenze di tensione e non i singoli livelli di tensione . In una situazione ideale, il contatore nel tuo esempio leggerà zero. Tuttavia, anche il filo ha un po 'di resistenza, quindi ci sarà una lettura di tensione molto piccola se si dispone di un misuratore con precisione micro-volt.

Andando su una piccola tangente con la spiegazione della differenza di tensione, i livelli di tensione non danneggiano effettivamente le persone. Sono le differenze di tensione a ferire le persone. È così che i tecnici possono lavorare su 500.000 linee di tensione senza essere fritte. Portano il loro livello di tensione fino a 500 KV, quindi la differenza di tensione nel loro corpo è zero.

Ecco un esempio che un mio insegnante di fisica ci ha detto di aiutare a comprendere questo concetto. Immagina di essere in cima all'Empire State Building. Quell'altezza non ti danneggia. Tuttavia, se dovessi saltare, la differenza di altezza ti ucciderebbe. Questo è lo stesso concetto con la tensione.

In realtà c'è una caduta di tensione tra due punti qualsiasi lungo il filo - ma sarà piccola perché la resistenza del filo è piccola (anche il filo ha alcuni ciottoli).

Esempio : se la resistenza del filo tra i due poli è molto piccola (diciamo 1/1000 ohm) e scorre una corrente di 1 Amp, si verificherà una caduta di tensione di 1/1000 ° di volt (0,001 V) tra il i poli del voltmetro.

Se il voltmetro è impostato su un intervallo di 10 V, non si vedrà questa caduta di tensione e lo strumento visualizzerà zero.

Se riesci a ottenere un voltmetro per misurare fino alla gamma mV o anche uV, vedrai che mentre sposti i poli del misuratore lungo il filo otterrai una variazione di tensione finché la corrente scorre attraverso il circuito.

Se non c'è corrente che fluisce (cioè il circuito è rotto) non si otterrà questo cambiamento di tensione.

Questo perché un voltmetro sta misurando la differenza di tensione tra le due sonde. Poiché non esiste alcun elemento di circuito come un resistore tra i cavi per far cadere la tensione, la differenza di tensione è zero e si otterrà una lettura di tensione pari a zero. Per quanto riguarda la tua analogia fluviale perché non ci sono rocce (resistori AKA), la quantità di acqua e la velocità con cui l'acqua scorre tra le tue sonde sarà la stessa.

Se viene misurata la tensione, allora la tensione è qualunque sia la misura, per definizione. Se lo chiami zero in base ad altri ragionamenti, come la resistività e la distanza del filo e la quantità di corrente che scorre, allora questo non tiene più conto della misurazione.