Warum werden Schaltkreise als Schleifen betrachtet?

Ich weiß also, dass ein Schaltkreis, der eine Batterie enthält, wie eine Schleife aussieht, aber nur deshalb, weil sich das Netzteil physisch in der Nähe des Ausgangs befindet.

Das muss aber nicht so sein, oder? Batterien sind nur in sich geschlossen, weil es praktisch ist, aber Sie können eine Stromquelle entladen, indem Sie sie an einen positiv geladenen Endpunkt anschließen, wenn ich das richtig verstehe.

Werden Schaltkreise daher als Schleifen betrachtet, nur weil es praktisch ist, dies so zu sehen? Da ein Fluss nicht im Kreis fließen kann, kann auch kein Strom fließen, da er sich auf ein Nettopotential von Null auswirken würde und somit keine Bewegung bedeutet!

Die meisten Schaltkreise werden als Schleifen betrachtet, da Ladungen in leitenden Materialien dazu neigen, elektrostatische Potentialunterschiede relativ schnell auszugleichen. Nehmen Sie zum Beispiel einen langen Draht / Stab. Nehmen wir an, Sie können einer Seite Elektronen hinzufügen. Zuerst fängst du mit 0 Elektronen an. Wenn Sie das erste Elektron hinzufügen, ist nichts anderes in der Nähe, sodass es praktisch überall hingehen kann. Wenn Sie das zweite Elektron hinzufügen, drückt es das erste Elektron so weit wie möglich weg, um einen Ladungsausgleich im Stab herzustellen. Diese erste Elektronenbewegung ist eigentlich ein winziger Strom, und seine Bewegung könnte verwendet werden, um Arbeit daraus zu extrahieren (weil es Arbeit erforderte, das zweite Elektron zum System hinzuzufügen). Durch Hinzufügen eines dritten Elektrons wird das zweite Elektron in die Mitte verschoben. Das zweite Elektron s Bewegung ist die Hälfte der ersten, so dass Sie nur die Hälfte der Arbeit daraus extrahieren können. Das erste Elektron befindet sich am anderen Ende und hat sich zu diesem Zeitpunkt nicht bewegt. Wenn Sie dem Stab an einem Ende weiterhin Elektronen hinzufügen, wird die Bewegung der anderen Elektronen immer geringer. Bald haben Sie Tausende von Volt und können keine Arbeit mehr daraus gewinnen, weil die Elektronen einfach nirgendwo hingehen können.

Was wäre stattdessen, wenn wir Elektronen von einer Seite entfernen und auf die andere Seite addieren würden? Jedes Elektron, für das Sie dies tun, bewirkt, dass sich alle anderen Elektronen als Reaktion in eine Richtung um den gleichen Betrag bewegen. Jetzt können Sie für jedes Elektron, das Sie bewegen, eine einheitliche Menge an Arbeit aus dem System extrahieren. Aber was hast du getan? Sie haben eine Schleife erstellt, in der Ihre Hand jeweils einzelne Elektronen bewegt. Aus diesem Grund verwenden die meisten Schaltungen eine Schleife. Es gibt etwas, das Elektronen in eine (oder vielleicht beide) Richtung drückt. In Ihrem Fall ist es eine Batterie, aber Generatoren und verschiedene andere Methoden können verwendet werden, um Elektronen zu "pumpen", um Arbeit von ihnen an einem anderen Ort zu extrahieren.

Man kann sich eine Batterie als eine Elektronenpumpe vorstellen, die chemisch Elektronen vom positiven zum negativen Pol befördert, um einen bestimmten "elektrischen Druck" aufrechtzuerhalten kein schlechtes Modell).

Damit dieses Ding wirklich irgendetwas Nützliches tut, muss ein Pfad für den Elektronenfluss angegeben werden, der die sich bewegenden Elektronen für eine interessante Aufgabe verwendet [1]. Dies kann sein, dass ein dünner Draht erhitzt wird, um Licht zu erzeugen, oder dass eine andere elektrochemische Reaktion ausgelöst wird, um eine andere Batterie aufzuladen, oder dass ein Magnetfeld in einem Motor oder was auch immer erzeugt wird. Dieser Pfad muss eindeutig eine Schleife sein, wenn das System nur sehr kurz ausgeführt werden soll (denken Sie an Nanosekunden).

Beachten Sie, dass an keinem Punkt eine Erdung oder eine solche erwähnt wird. Alle Spannungen werden in Bezug auf einen beliebigen Punkt in Ihrem Tun gemessen, und damit diese Spannung etwas Nützliches bewirkt, muss eine Schleife vorhanden sein, damit Strom fließt [2].

Ground ist eines dieser wirklich beschissenen Wörter, die mindestens drei verschiedene Dinge in einer stark kontextabhängigen Weise bedeuten.

[1] Elektronen in einem Kupferleiter bewegen sich bei jeder Art von Strom, mit der Sie spielen möchten, im Durchschnitt sehr langsam, denken Sie weniger als 1 mm pro Sekunde, aber ein Draht ist wie eine Röhre voller Kugellager, Sie drücken einen nach dem anderen ein Am Ende springt eine weit schneller aus der anderen heraus, als sich ein Ball tatsächlich durch die Röhre bewegt.

[2] Ja, ich weiß, Flash-Speicher-Gates, elektrostatische Linsen, Laserdrucker, alle möglichen kleinen Ausnahmen.

Entschuldige Nein. Eine Batterie oder ein Netzteil muss auf lange Sicht elektrisch neutral bleiben. Die Rückstellkräfte auf die getrennte Ladung sind sehr groß, und eine dauerhafte Ladungstrennung auf einer Schaltungsskala wird einfach nicht stattfinden. Das heißt, wenn Strom aus einem Anschluss fließt, muss er durch einen anderen einfließen. Etwa die nächste Ausnahme ist ein Elektretmikrofon, das permanent getrennte Ladungen enthält - nur nicht viel.

Eine Schaltung MUSS eine Schleife sein. Wenn der Regelkreis geschlossen ist, fließt Strom durch die Last. Wenn die Schleife offen ist, ist der Stromkreis ausgeschaltet.

Vielleicht können Sie annehmen, dass die Spannung die "Kraft" ist, die die Ladungen dazu bringt, in der Schleife zu fließen. Der Strom ist der Fluss pro Zeiteinheit.

Ohne Schleife gibt es keinen Strom.

... aber Sie könnten eine Stromquelle entladen, indem Sie sie an einen positiv geladenen Endpunkt anschließen, wenn ich das richtig verstehe.

Schauen Sie sich die Energieeinsparung und Ladungserhaltung an . Wenn wir Ladungen von einem positiven Potentialpunkt ableiten, MÜSSEN die Ladungen durch einen Bezugspunkt (negativer Anschluss der Batterie, GND usw.) zurückkehren, dh in einem geschlossenen Kreislauf fließen.

Ich glaube, es gibt eine allgemeinere Antwort und wir sollten an Strom und nicht an Spannung denken.

Alle Schaltkreise müssen dem Kirchoffschen Gesetz folgen - basierend auf Maxwells Grundgleichungen, die beschreiben, wie Strom in einem beliebigen Medium fließt.

Wenn ein Knoten nicht verbunden ist (über ein Medium mit einer beliebigen Frequenz), kann er nicht Teil der Schaltkreise sein. Umgekehrt bildet jeder Knoten, der auf irgendeine Weise verbunden ist, einen Teil der Schaltung.

Das Kirchoffsche Gesetz kann einfach ausgedrückt werden als "Die Summe der Ströme in jedem Stromkreis ist Null", dh für jeden Strom, der aus einem Knoten austritt (in diesem Fall nennen wir dies einen positiven Strom), eine identische und entgegengesetzte (negative) kombinatorische Summe der Ströme muss den gleichen Knoten eingeben.

Wenn Sie dies zu einer logischen Schlussfolgerung führen, müssen alle Knoten in einer oder mehreren Schleifen verbunden sein, damit die Summe in der Schaltung Null ist. Alle Negative und Positive müssen genau aufheben.

Sie haben teilweise recht, dass sich Elektronen von einem Potential zu einem höheren Potential bewegen. Sie können sich also vorstellen, dass an einem Punkt im Raum A, an dem ein Draht zu einem anderen Punkt im Raum B verläuft , Elektronen durch den Draht fließen.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Spannung allein bedeutet jedoch nichts. Eine Spannung ist eine Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Das heißt, Sie benötigen einen gemeinsamen Bezugspunkt, um die Spannungen überhaupt zu aktivieren. Sie haben also eine Schleife mit einem gewissen Widerstand, ob Sie wollen oder nicht.

Dies bringt jedoch auch einen anderen Punkt zur Sprache. In der obigen Schaltung gibt es auch ohne den Referenzdraht noch einen gewissen Widerstand zwischen den negativen Seiten der Spannungsquellen, auch wenn dieser sehr groß ist. Als solches haben Sie eine Schleife und ein winziger Strom fließt durch den Draht, obwohl er möglicherweise zu klein ist, um gemessen zu werden.

Es ist auch wichtig, den Begriff des Stroms vom Begriff der Elektronenbewegung zu trennen. Current ist eine abstrakte Darstellung, während die Elektronenbewegung ein physikalisches Phänomen ist. Wir sagen, dass Strom durch die Batterie oder den Kondensator fließt, in Wirklichkeit jedoch nicht durch die Elektronen. Vielmehr tritt eine gleiche Anzahl von Elektronen aus ihnen aus wie auf der anderen Seite. Dieser Unterschied ist subtil, aber wichtig.

Strom ist ein Strom von elektrischen Ladungsträgern, üblicherweise Elektronen oder elektronenarmen Atomen.

Wenn wir eine Batterie nehmen: Der Stromfluss in einem geschlossenen Kreis, der ein elektrischer Strom ist

aber jemand sagt mir OK, aber was passiert, wenn Sie ein Positiv der Quellmolke berühren, die wir erstickt sind,

Nun, die Antwort ist sehr einfach: Der Mensch macht eine geschlossene Schleife mit der Erde, damit die Elektronen in seinem Körper fließen, aber der Vogel ist nicht schockiert, weil er keine enge Schleife bildet

Eine Schaltung, die eine Batterie enthält, ... Sieht aus wie eine Schleife

Es IST eine Schleife. Der Elektrolyt einer Batterie ist ein guter Leiter , ein Kurzschluss.

Vielleicht haben Sie die falsche Vorstellung, dass Batterien "Ladung liefern" oder dass der Strom durch den Elektrolyten null Ampere beträgt? Nein, so funktioniert das nicht. Batterien verhalten sich wie Kurzschlüsse, haben einen sehr geringen Innenwiderstand und ein einfacher Stromkreis mit einer Batterie ist eine geschlossene Schleife.

Batterien versorgen Stromkreise nicht mit Ladung. Die fließende Ladung kommt vom Kupfer selbst, vom Elektronenmeer des Metalls.