Jak rozumieć spadek napięcia?

Jak rozumieć spadek napięcia?

W książkach do elektrotechniki znaleźć możemy tajemnicze sformułowanie brzmiące: ,,spadek napięcia na rezystorze”. Czy nie zastanawiało Cię czemu rezystor w ogóle powoduje spadek napięcia i co to tak naprawdę znaczy? Zapraszam na artykuł w którym wyjaśniam dlaczego napięcie czasami spada.

Napięcie – prawda czy fikcja?

Ładunki elektryczne nie poruszają się w naszych przewodach z własnej woli i do utworzenia prądu elektrycznego potrzebują pewnej zachęty. W świecie elektrycznym ową zachętą jest napięcie – im jest ono wyższe, tym większa siła popycha elektrony, przez co poruszają się one szybciej i zasadniczo tworzą większy prąd. To wszystko może wydawać się proste i oczywiste, ale ostrzegam, że to co napiszę za chwilę może całkowicie wywrócić Twój świat do góry nogami. Trzymaj się mocno.

Napięcie elektryczne nie istnieje. Mam na myśli to, że nie jest ono zjawiskiem fizycznym samym w sobie, tak samo z resztą jak potencjał. Napięcie oraz potencjał to pojęcia matematyczne wymyślone przez ludzi, którzy nie byli w stanie zobaczyć energii (bo jej nie widać), ale bardzo chcieli ją w jakiś sposób opisać.

W prądzie elektrycznym nie chodzi wszak o to, by elektrony płynęły bez celu od jednego bieguna baterii do drugiego. Cała gra idzie o energię jaką mogą nam przy okazji tego ruchu dostarczyć. I choć to właśnie energia jest w całej tej ,,elektrycznej rodzinie” najważniejsza, to z jakiegoś powodu o napięciu i potencjale pisze się zwykle więcej. Dlaczego? Wydaje mi się, że są one po prostu świetnym i bardzo klarownym opisem tejże energii. Znając napięcie od razu wiemy z czym mamy do czynienia i ile możemy z tego wykrzesać.

napięcie i energia

Domyślamy się na przykład, że bateria o napięciu 1,5 V nigdy nie wyzwoli takiej energii jak uderzenie błyskawicy o napięciu kilkuset milionów woltów. Wiemy też, że małej diody LED lepiej nie wpinać do gniazdka elektrycznego, bo napięcie 230 V natychmiast ją zabije. To samo napięcie będzie z kolei świetne do zasilenia typowej żarówki, której na pewno nie rozświetli podłączenie do zwykłego ,,paluszka”.

Owy związek napięcia i energii jest jak widać niezwykle prosty – więcej woltów oznacza więcej energii jaką niesie ze sobą każdy pojedynczy elektron. Przelicznik jest przy tym prosty – na przykład napięcie 230 V to dokładnie 230 J/C (dżuli na kulomb), czyli jeden kulomb niesie ze sobą energię 230 dżuli. A skoro wiemy, że 1 kulomb to około 6 trylionów elektronów, to możemy powiedzieć, że przy napięciu 230 V, przepływ 6 trylionów elektronów przez żarówkę dostarczy jej dokładnie 230 J energii. Oczywiście związek napięcia z energią sięga znacznie głębiej aniżeli prosta zamiana jednostek i jeżeli jesteś zainteresowany tym tematem, to poniżej przejdziesz do napisanego przeze mnie, dość obszernego artykułu:

Czym jest napięcie elektryczne? – artykuł na TeoriaElektryki.pl

Kiedy napięcie spada?

Wydawać by się mogło, że skoro w gniazdku mamy 230 V, a na baterii napisane jest 3 V, to wartości te są stałe i święte. Niestety nie. Napięcie spada i są dwie rzeczy, które możesz z tym zrobić: Albo się z tym pogodzisz i przyjmiesz to jako prawdę objawioną, albo postarasz się zrozumieć dlaczego tak się dzieję. Jeśli wybierasz opcję numer dwa, to dobrze trafiłeś.

Są trzy główne powody, dla których napięcie spada:

Wyczerpanie źródła – jeśli mamy do czynienia ze źródłem napięcia, które może ulec wyczerpaniu (tak jak bateria, czy akumulator) to owo wyczerpanie objawia się właśnie spadkiem napięcia. I nic w tym dziwnego – jak pisałem napięcie opisuje energię ogniwa, a więc zużywając tę energię poziom napięcia również musi spadać. Zjawisko to ściśle związane jest z tzw. rezystancją wewnętrzną baterii, która zasługuje na zupełnie odrębny artykuł.
Zbyt duże obciążenie źródła – wyłącz wszystkie urządzenia w swoim domu i zmierz multimetrem napięcie w gniazdku. Następnie włącz piekarnik, czajnik elektryczny i pralkę i zmierz napięcie ponownie – istnieje duża szansa, że różnica w obu pomiarach wyniesie kilka woltów. Dlaczego? Związane jest to częściowo ze wspomnianą przed chwilą rezystancją wewnętrzną, o której opowiem innym razem.
Spadek napięcia na odbiorniku – dwa poprzednie przykłady mówią o sytuacji, w której nasze źródło napięcia ,,przestaje wyrabiać”. Spadek napięcia na odbiorniku to jednak zupełnie inny temat. Możemy mieć najlepsze źródło napięcia na świecie, takie, którego praktycznie nie da się zagiąć, a mimo to każdy podłączony do niego odbiornik będzie powodował tzw. ,,spadek napięcia”, który to jest właśnie tematem tego artykułu. O co w tym chodzi? Zapraszam dalej.

W pierwszych rozdziałach większości książek do elektrotechniki czytamy o napięciu, prądzie, czy rezystancji. Uradowani, że wszystko załapaliśmy przechodzimy następnie do rozdziału o obwodach elektrycznych. Możemy tam napotkać rysunek prostego obwodu: jest bateria, kilka rezystorów, jakaś żarówka, a poniżej opis: ,,Napięcie baterii wynosi 9 V. Spadek napięcia na każdym z rezystorów wynosi 2 V. Spadek napięcia na żarówce równy jest 1 V…„. Ale jak to? Przed chwilą czytałem o napięciu i nie było tam mowy o tym, że coś może je zaburzyć! Dlaczego w ogóle rezystor i żarówka powodują spadek napięcia?

spadek napięcia w obwodzie
Strzałki ,,spadku napięcia” zwrócone są zawsze przeciwnie do napięcia baterii

Aby odpowiedzieć na to pytanie pokażę kilka przykładów, do zrozumienia których potrzebne nam będzie Prawo Ohma. Jeśli je znasz – świetnie. Jeśli nie jesteś do końca pewny swojej wiedzy, to polecam zapoznać się z przygotowanym przeze mnie artykułem:

O czym mówi Prawo Ohma? – artykuł na TeoriaElektryki.pl

Spadek napięcia na żarówce

Weźmy baterię o napięciu 3 V i podłączmy do niej małą żarówkę przystosowaną dokładnie do tego napięcia. Żarówka oczywiście zaświeci dzięki wykorzystaniu energii elektrycznej płynącej z baterii. Aby dowiedzieć się jak duży prąd przez nią płynie możemy albo podpiąć amperomierz, albo zmierzyć rezystancję żarówki. Załóżmy, że wynosi ona 60 Ω, stąd stosując Prawo Ohma otrzymujemy wartość natężenia prądu równą 0,05 A.

spadek napięcia i Prawo Ohma

To, że w takim układzie żarówka świeci nie powinno Cię dziwić. Jest napięcie, a więc jest energia. Płynie prąd, a więc energia jest dostarczana do żarówki. Żarówka otrzymuje energię, a więc świeci i się nagrzewa. Proste? Pewnie, że tak, ale nie zaszkodzi chyba napisać nieco dokładniej co takiego się tu dzieje.

Zamknięcie obwodu, czyli stworzenie przewodzącej ścieżki między ujemnym i dodatnim biegunem baterii to moment, w którym zaczyna płynąć prąd. Elektrony znajdujące się w obwodzie zaczynają przyspieszać i popychać siebie nawzajem, bo każdy z nich chce dotrzeć do bieguna dodatniego. Normalnie byłyby one w stanie dopłynąć tam w ułamku sekundy, ale jest coś co skutecznie je wyhamowuje. Mowa tutaj o przeszkodzie w postaci żarówki.

Żarnik żarówki jest dla rozpędzonych, niosących energię elektronów jednym wielkim torem przeszkód. Nie przez przypadek jest on wykonany z niezwykle cienkiego i słabo przewodzącego, wolframowego drucika. Wpływając do żarnika, elektrony tłoczą się i zderzają z jego atomami (a według kilku teorii nawet ze sobą wzajemnie). Zderzenia te powodują chwilowe spowolnienie elektronów i utratę energii.

spadek napięcia animacja
Elektrony próbujące przedostać się przez żarnik tracą energię

Bezlitośnie obijane atomy żarnika wpadają w coraz to silniejsze wibracje, przez co żarnik rozgrzewa się do oślepiającej białości. W ten sposób żarówka zaczyna świecić, a wszystko to kosztem małych, biednych elektronów. Na szczęście nie dokonują one w żarniku żywota i przy pomocy resztek sił (oraz napierających z tyłu kolegów) docierają wreszcie do dodatniego bieguna baterii, gdzie mogą w spokoju zakończyć swoją misję.

Cały ten proces to istny festiwal przemiany jednego rodzaju energii w inny. Energia chemiczna zgromadzona w baterii zamieniana jest na energię kinetyczną wysyłanych do obwodu elektronów. W trakcie zderzeń z atomami żarnika ta sama energia kinetyczna zamieniana jest na energię cieplną, której ilość jest tak ogromna, że żarnik rozgrzewa się i rozbłyska. Możemy zatem jednym zdaniem powiedzieć, że żarówka świeci dzięki odbieraniu energii napływającym elektronom.

Wcześniej pisałem o tym, że jak elektrony mają dużo energii, to mamy wysokie napięcie, a jak mało, to napięcie jest niskie. Skoro zatem żarnik jest miejscem, w którym energia elektronów maleje, to znaczy że musi on też być miejscem, w którym w jakiś sposób spada napięcie. Jak? Zapraszam dalej.

Napięcie naszej baterii wynosi 3 V. Elektrony przemieszczają się z ujemnego bieguna baterii, którego potencjał powszechnie przyjmuje się jako 0 V, do bieguna dodatniego o potencjale +3 V. Jeżeli po obu stronach baterii podłączymy woltomierz, to właśnie taką różnicę potencjałów nam on wskaże: całe 3 V.

napięcie baterii

Gdyby nasz żarnik był na tyle duży, że moglibyśmy jedną z sond woltomierza przyłożyć na przykład w połowie jego długości, to okazałoby się, że… napięcie wynosi tam tylko połowę napięcia baterii, a więc 1,5 V. I nic w tym dziwnego – skoro elektrony płynąc przez żarnik oddają mu całą energię, to logicznym jest, że po pokonaniu połowy jego długości oddadzą mu tej energii dokładnie połowę. Połowa energii = połowa napięcia, co widzimy na woltomierzu.

spadek napięcia w połowie żarówki

Przesuwając sondę dalej napięcie będzie wciąż spadać, aż wreszcie znajdzie się ona za żarnikiem i tutaj miernik wskaże nam oczywiście wartość 0 V. Elektrony przekazały co miały w zanadrzu i teraz pozostało im tylko dotrzeć do bieguna dodatniego.

napięcie za żarówką

Podsumujmy. Na początku napięcie wynosiło 3 V. Przesuwając sondę po żarniku stopniowo spadało, aż do wartości 0 V. Możemy zatem powiedzieć, że spadek napięcia na żarówce wynosi 3 V. Po ,,fizycznemu” powiedzielibyśmy, że ilość energii dostarczanej do żarówki wynosi dokładnie 3 dżule na kulomb.

Spadek napięcia na kilku rezystorach

Wiemy już, że pojedyncza żarówka potrafi pochłonąć całą energię dostarczaną przez elektrony, co objawia się spadkiem napięcia równym napięciu baterii. Co jednak w sytuacji, gdy w obwodzie znajdują się dwie lub więcej żarówek jedna za drugą? Skoro jedna żarówka ,,zjada” całą energię, to czy dla pozostałych cokolwiek zostanie?

Przed chwilą widziałeś, że napięcie w połowie żarnika wynosi 1,5 wolta. A gdybyśmy tak żarnik przecięli w tym miejscu i oba kawałki połączyli drutem? Czy cokolwiek się zmieni?

napięcie między żarówkami

W teorii zamiast jednej żarówki mamy teraz dwie o rezystancji 30 Ω. W praktyce jednak nic się nie zmieniło. Po pokonaniu połowy oryginalnego żarnika, czyli pierwszych 30 Ω, napięcie wynosi 1,5 V i ten kawałek wstawionego przewodu niczego nowego tutaj nie wnosi.

Żarnik moglibyśmy oczywiście dzielić na tyle części ile chcemy, a sytuacja wciąż wyglądałaby tak samo. Zmieńmy zatem podejście. Zostawmy żarnik w całości, tak by miał rezystancję 60 Ω i wstawmy obok niego drugi identyczny. Jak zachowa się obwód? Skoro wiemy, że 60 Ω potrafi zabrać całą energię, to czy zostanie jej choć trochę dla drugiego żarnika? Zmierzmy napięcie między nimi:

spadek napięcia na żarówce

Zaskoczony? Mimo, że żarniki mają aż po 60 Ω każdy, to z jakiegoś powodu postanowiły podzielić się energią po równo. Jak to możliwe? Wcześniej pojedynczy, 60-omowy żarnik zabierał całą energię, a teraz nagle posłusznie oddaje jej połowę swojemu sąsiadowi. Skąd w żarnikach taka współpraca?

Wszystko to bierze się z faktu, że Prawo Ohma naprawdę trudno jest oszukać. Nie ma ono wpływu na rezystancje żarówki, ani na napięcie jakie dostarcza bateria, ale może ono sterować prądem płynącym w obwodzie. Kiedy żarówka była jedna, to zabierała ona całą energię, a prąd płynący w obwodzie wynosił 0,05 A. Po wstawieniu drugiej żarówki całkowita rezystancja obwodu rośnie dwukrotnie i ponownie stosując Prawo Ohma wychodzi nam, że wartość prądu maleje do wartości zaledwie 0,025 A. To drogi Czytelniku diametralnie zmienia całą sytuację.

Przede wszystkim dwa razy mniejszy prąd oznacza, że elektrony płyną w obwodzie 2 razy wolniej. A skoro płyną dwa razy wolniej to siła zderzeń z atomami żarnika jest dwukrotnie mniejsza. Co za tym idzie elektrony nie zostawiają już w żarniku o rezystancji 60 Ω całej energii, a jedynie jej połowę! Z jednej strony to dobrze, bo zostaje jeszcze druga połowa energii na przebycie drugiej żarówki. Minus tego jest oczywiście taki, że obie żarówki będą świeciły wyraźnie słabiej. Potwierdzeniem naszych słów może być zmierzenie napięcia za pierwszą żarówką. Zauważymy wtedy, że wynosi ono już tylko 1,5 V, a jak pamiętamy pojedyncza żarówka ,,zabierała” dla siebie pełne 3 V.

spadek napięcia na kilku rezystorach

Gdyby żarówki były trzy, każda dostała by po 1 wolcie, czyli 1/3 całkowitej energii. Cztery żarówki to podział na energii na cztery i tak dalej. Taki idealnie równy podział energii ma miejsce rzecz jasna tylko wtedy, gdy żarówki mają taką samą rezystancję. Jeśli mielibyśmy w obwodzie żarówki o rezystancjach kolejno 30 Ω i 60 Ω, to spadek napięcia rozłożyłby się proporcjonalnie – na pierwszej wyniósłby 1 V, a na drugiej 2 V.

Podsumujmy

Uważam, że spadek napięcia to jedno z najważniejszych zagadnień w elektrotechnice i warto go dobrze zrozumieć. Podsumujmy go zatem w kilku szybkich punktach:

Napięcie określa ilość energii każdego elektronu – im wyższe napięcie, tym więcej energii dostarczy każdy elektron. Należy jednak uważać, bo o ile energii może być zbyt mało, o tyle może być jej też za dużo. Zbyt wysokie napięcie to główna siła niszcząca delikatną elektronikę.
Napięcie spada tylko wtedy, kiedy płynie prąd – spadek napięcia odzwierciedla zużywaną energię, a energia zużyta może być tylko wtedy, gdy elektrony fizycznie ją dostarczą. Stąd spadek napięcia występuje tylko w sytuacji, gdy obwód jest zamknięty, a prąd płynie.
Energia dzielona jest między wszystkimi odbiornikami – jeden rezystor bierze wszystko – dwa i więcej muszą się już podzielić. O tym, który ile energii dostanie decyduje ich rezystancja. Większa rezystancja oznacza większy spadek napięcia, mniejsza rezystancja to mniej zużywanej energii.
Przewody też powodują spadek napięcia – choć w artykule zagadnienie to pominąłem, to wszystkie przewody mają pewną rezystancję, dlatego tak istotny dla elektryków i automatyków jest ich właściwy dobór. Chodzi o to, by spadek napięcia na przewodach był jak najmniejszy i energia mogła dotrzeć do odbiorników bez większych strat.

Mam nadzieję, że po dzisiejszej lekturze temat spadku napięcia nie jest już dla Ciebie dziwnym sloganem wyjętym z nudnych podręczników szkolnych. Zrozumienie spadku napięcia jest kluczowe w kwestii zagadnień związanych z mocą i rozpływem prądów w obwodach elektrycznych, o których opowiem w innych artykułach.

Dzięki za poświęcony czas!


Bibliografia

  1. Elektrotechnika – S. Bolkowski,
  2. Podstawy Elektrotechniki i elektroniki – M. Doległo,
  3. Elektronika łatwiejsza niż przypuszczasz – D. Nuhrmann,

Czekasz na więcej? Napisanie jednego artykułu zajmuje mi około dwa tygodnie. Chcę by moje treści były maksymalnie przydatne, rzetelne i poparte wiedzą naukową. Jeśli masz ochotę dołączyć do grona znawców Teorii Elektryki to zapraszam do zapisania się na newsletter lub do zajrzenia na facebook’a. W ten sposób nie umknie ci żaden nowy artykuł.

*Zapisując się do newslettera, zgadzasz się na otrzymywanie drogą mailową informacji o nowych artykułach i wydarzeniach związanych z serwisem TeoriaElektryki.pl

Ten post ma 12 komentarzy

  1. Jan

    A mam takie, może trochę nie związane z tematem, pytanie. Czy jeśli założę potencjometr na przewód doprowadzający prąd do silnika jednofazowego, żeby zmniejszyć jego obroty, to mogę w ten sposób ten silnik uszkodzić?

    1. Artur Szulc

      Silnik nie uruchomi się w ten sposób, bowiem zaraz po podaniu napięcia potencjometr albo wybuchnie, albo zacznie się topić i palić. Kiedyś jeden rezystor wybuchł mi niemal prosto w twarz – nie polecam takich eksperymentów. Kwestia regulacji obrotów silnika jednofazowego zależy od tego jakiego typu jest to silnik – komutatorowy? A może klatkowy? Silnik komutatorowe reguluje się zmianą napięcia zasilającego – klatkowe wymagają bardziej złożonej regulacji częstotliwościowo-napięciowej. No chyba, że mowa tutaj o małym silniku modelarskim prądu stałego na niskie napięcie – wówczas można kombinować na wiele sposobów.

      1. Jan

        Napisane jest „jednofazowy silnik indukcyjny z kondensatorem rozruchowym i pracy”. Generalnie chodzi o to, że przed robotą na szlifierce, trzeba wyosiować pas. A jest to trochę trudne, jak silnik od razu wchodzi na najwyższe obroty. Fajnie jakby się dało jakoś zmniejszyć obroty na czas kalibracji.

        1. Artur Szulc

          Zgodnie z moim doświadczeniem, a zawodowo zajmuję się głównie silnikami indukcyjnymi jedno- i trójfazowymi, nie ma niestety na to prostego sposobu. Bezpiecznie spowolnić taki silnik można jedynie za pomocą odpowiednio dobranego falownika. Znam takich co próbowali mocno obciążać wał, by ten kręcił się wolniej, ale z pewnością nie jest to zdrowe dla uzwojeń.

          1. Jan

            Tak coś czułem, że to nie będzie prosta sprawa. Z silnikiem trójfazowym jest mniej problemów?

          2. Artur Szulc

            Podobnie. Najłatwiej jest z silnikiem komutatorowym prądu stałego. Do niego wystarczy prosty, chiński sterownik i można sobie jakoś poradzić.

  2. Artur Szulc

    Dzień dobry!
    Dziękuję za konstruktywną krytykę i Pana/Pani argumenty. Jeśli mój popularnonaukowy blog Panu/Pani nie odpowiada, to na pewno znajdzie Pan wiele innych rzetelnych źródeł naukowych. Pozdrawiam!

  3. Aleksander

    Dzień dobry!
    Miałbym pytanie dotyczące dotarcia elektronów, które „wypłynęły” z żarnika. Nie do końca rozumiem co odpowiada za ich ruch w stronę baterii, skoro napięcię pomiędzy nią, a żarnikiem wynosi 0. Cytuje: „Na szczęście nie dokonują one w żarniku żywota i przy pomocy resztek sił (oraz napierających z tyłu kolegów) docierają wreszcie do dodatniego bieguna baterii, gdzie mogą w spokoju zakończyć swoją misję.” Skoro elektronom zostały, jak Pan powiedział, resztki sił to również oznacza, że została im jakaś energia kinetyczna. Elektrony które napierają na te przednie w reakcji łańcuchowej również muszą mieć jakiś ostatek energii. Czy to oznacza, że napięcię, które zje/ zjedzą żarniki nie będzię równe napięciu baterii?
    Pozdrawiam serdecznie, dzięki Panu wiele się nauczyłem 😀
    P.S. Wydaje mi się że w tym sformułowaniu cyt.”Po ,,fizycznemu” powiedzielibyśmy, że ilość energii dostarczanej do żarówki wynosi dokładnie 3 dżule na kulomb.” powinno być „ilość energii dostarczonej przez każdy ładunek”

    1. Artur Szulc

      Witam i dziękuję za komentarz! Rozumiem, że stwierdzenia ,,Między żarówką, a baterią napięcie wynosi 0 V” oraz ,,Po opuszczeniu żarówki została im jeszcze jakaś energią” nieco się kłócą. Skoro jest energia, to czemu napięcie wynosi 0 V? Już wyjaśniam. Żarówka zabiera elektronom energię bo ma rezystancję, ale przewody prowadzące od baterii do żarówki też ją mają! Analizując cały obwód okaże się, że żarówka zabiera 99,8% energii, przewód po jednej stronie zabiera 0,1% energii i przewód po drugiej stronie zabiera 0,1% energii. Teraz: Elektrony wychodzą z baterii. Po dotarciu do żarówki utraciły już 0,1% z powodu przewodu. W żarówce tracą one kolejne 99,8% energii i po wyjściu z niej zostaje im ostatnie 0,1% energii na pokonanie drugiej połowy obwodu i dotarcie do baterii. I choć miernik pokazuje nam, że tam już 0,0 V, to gdyby był on baaaardzo dokładny, to wskazałby, że w rzeczywistości istnieje jeszcze jakieś napięcie rzędu 0,0001 V. To jest właśnie ta resztka energii, która zostaje na pokonanie ostatniego odcinka przewodu i dotarcie do baterii. A zatem reasumując – żarówka nigdy nie zje dokładnie tyle napięcia ile dostarcza bateria, bo owo napięcie zjadają też przewody. W rzeczywistości jednak rezystancja przewodów w porównaniu z żarówką jest tak mizernie mała, że dla uproszczenia przyjmujemy, iż wynosi ona 0 V. No chyba, że żarówka znajduje się kilkadziesiąt metrów od baterii, wtedy rezystancja przewodów będzie grać istotną rolę. Na koniec gratuluję dociekliwości i chęci dogłębnego zrozumienia tematu. Dzięki temu komentarzowi wiem, co muszę poprawić i wyjaśnić dokładniej. Dzięki!

  4. Robert

    Witam dziękuję za udzieloną odpowiedz,masz całkowitą rację.Teraz tak sobie myślę że problem w zrozumieniu tych wszystkich zjawisk związanych z elektrycznością właśnie z tego co napisałeś wynika?przecież tak na prawdę do tej pory nie wiemy czym tak naprawdę jest ta potężna elektryczność?ja staram sobie z nią poradzić na zasadzie fizyki klasycznej może tu jest problem?jedno się zrozumie i wydaję się że coś tam się wie i nagle wyskakuje nowy problem i tak w kółko.
    Mechanika kwantowa to raczej nie na mój umysł,ale jestem tego zdania że jak się coś chce zrozumieć to trzeba próbować.Każdy inaczej rozumie to samo zagadnienie?nie ma wyjścia trzeba próbować prawda?Również pozdrawiam.

  5. Robert

    Witam jak zwykle super artykuł.
    Ja gdzieś kiedyś czytałem że spadek napięcia możemy rozumieć jako wynik przepływu prądu przez opór np.rezystor?
    Jak mamy obwód otwarty i nie ma przepływu prądu to napięcie zasilania mamy cały czas takie samo,gdy zamkniemy obwód i popłynie prąd przez rezystor to możemy sobie wyobrazić że przed nim mamy ciśnienie tak jakby większe a za nim mniejsze a różnica ciśnień to przecież ciśnienie czyli nasze napięcie.Tak też to chyba można sobie tłumaczyć prawda?
    W przykładzie z żarnikiem napisałeś że elektrony zderzając się z jego atomami chwilowo spowalniają,zapewne nabiorą dalej znowu swojego tak zwanego ruchu ale na pewno nie mają już tyle enegii której nabrały od źródła ciekawi mnie właśnie to spowolnienie?bo natężenie prądu musi być jednakowe w całym obwodzie prawda?mógłbyś tą kwestię jakoś rozwinąć?

    1. TeoriaElektryki

      Patrząc od strony mechaniki kwantowej to nie wiemy tak naprawdę co dzieje się z elektronami w rezystorze. To co widzimy to fakt, że rezystor się nagrzewa i najprościej jest nam to wytłumaczyć właśnie zderzeniami. Teorii na temat tego co zderza się w rezystorze z czym i jak to wygląda jest wiele, ale to niestety wciąż tylko teorie.

      W wyniku zderzenia MUSI dojść do utraty pędu obiektu nadlatującego. Pęd to oczywiście nie to samo co prędkość, ale z tejże prędkości się wywodzi, więc starając się opisać wszystko najprościej jak umiem pozwalam sobie na tego typu uproszczenia.

      Zakładając, że elektrony traktujemy jak cząsteczki (mechanika klasyczne) to przy zderzeniu muszą one tracić odrobinę prędkości, choćby na chwilę. Jak ją później odzyskują? Widzisz, przepływ prądu to układ naczyń połączonych. Na elektrony, które wytraciły prędkość napierają z tyłu kolejne elektrony, które jeszcze nie miały okazji się zderzyć i mają nieco większą prędkość. Elektrony popychają więc siebie nawzajem tak, że wszystkie mają mniej więcej jednakową prędkość w całym obwodzie. Prąd elektryczny to niestety dość złożone zjawisko wymiany energii między atomami rezystora, a elektronami, ale także elektronami między sobą i atomami rezystora między sobą. Dlatego moje wyjaśnienie należy traktować oczywiście tylko jako teorię opartą na zasadach mechaniki i termodynamiki. Zakładając bowiem, że elektrony to cząstki kwantowe, to prawdy na temat tego co dzieje się w rezystorach możemy się nigdy nie dowiedzieć. Pozdrawiam!

Dodaj komentarz