전압은 정확히 무엇입니까?

이상한 질문이지만, 무엇입니까? 물리학 교사는 전자를 회로 주위로 밀어 넣는 "푸시"와 비슷하다고 말했습니다. 좀 더 복잡한 설명을 할 수 있습니까? 도움을 주시면 감사하겠습니다.

선생님이 옳았습니다.

전류는 전하 (일반적으로 전자) 이동입니다. 그들은 쇼핑 카트가 그 자체로 매장의 바닥을 가로 질러 이동하는 것 외에는 아무 이유없이 그 자체로 그렇게하지 않습니다. 물리학에서, 우리는 요금에게 밀어 힘 전화 전동 힘을, 또는 "EMF"를. 거의 항상 볼트 단위로 표시되므로 일반적으로 대부분의 지름길을 거의 사용하지 않고 "전압"이라고합니다. 기술적으로 EMF는 물리량이며 볼트는 수량화 할 수있는 하나의 단위입니다.

EMF는 여러 가지 방법으로 생성 될 수 있습니다.

1. 전자기. 도체 (와이어와 같은)가 자기장을 통해 옆으로 이동하면 와이어의 길이를 따라 전압이 생성됩니다. 발전소 및 자동차의 발전기와 같은 발전기는이 원칙에 따라 작동합니다.

2. 전기 화학. 화학 반응으로 전압 차이가 발생할 수 있습니다. 배터리는이 원리로 작동합니다.

3. 태양 광. 올바른 장소에서 반도체 다이오드에 광자가 충돌하면 전압이 발생합니다. 이것이 태양 전지의 작동 방식입니다.

4. 정전기. 두 종류의 올바른 재료를 함께 문지르면 전자가 다른 전자를 흘립니다. 이 현상을 잘 나타내는 두 가지 재료는 플라스틱 빗과 고양이입니다. 이것은 올바른 종류의 카펫을 뒤섞 고 금속 물체를 만질 때 za을 일으켜 발생합니다. 풍선을 셔츠에 대고 문지르면 풍선이 다른 것에 "고착"될 수 있습니다. 이 경우 EMF는 전자를 움직일 수 없지만 여전히 잡아 당기고, 그다음에 붙어있는 baloon을 잡아 당깁니다.

   이 효과는 다양한 고전압을 만들기 위해 확장 할 수 있으며 Van de Graaff 발생기 작동 방식의 기초입니다 .

5. 열전. 대부분의 도체를 따라 온도 구배는 전압을 유발합니다. 이것을 Siebeck effect 라고합니다 . 불행히도이 전압을 사용하기 때문에 결국 폐회로가 있다는 것을 이용할 수 없습니다. 루프의 일부에서 온도 상승에 의해 얻어진 임의의 전압은 루프의 다른 부분에서의 온도 감소에 의해 상쇄된다. 비결은 동일한 온도 구배 (서로 다른 Siebeck 계수)의 결과로 다른 전압을 나타내는 두 개의 다른 재료를 사용하는 것입니다. 하나의 재료를 열원으로 내보내고 다른 재료를 다시 사용하면 같은 온도에서 사용할 수있는 순 전압을 얻게됩니다.

   온도차가 큰 경우에도 1 회 / 복귀에서 얻는 총 전압은 매우 작습니다. 이러한 많은 아웃 및 백 조합을 함께 사용하면 유용한 전압을 얻을 수 있습니다. 단일 출력 및 후면을 열전대 라고하며 온도를 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 열전쌍 발전기는 대부분 함께 사용됩니다. 예, 실제로 존재합니다. 라디오 동위 원소의 붕괴로 인한 열원으로이 원리에 기반한 우주선이있다.

6. 열 전자관 . 충분히 높은 온도 (100s ° C)를 가열하면 표면의 전자가 너무 빨리 움직여 때때로 날아갑니다. 그들이 더 추운 땅에 착륙 할 수 있다면 (열이 다시 날지 않을 것), 열 이온 발생기가 있습니다. 이 소리는 많이 들리지만, 열원이 다시 방사성 동위 원소 붕괴 인이 원리로 우주선이 작동했다.

   전자관은이 원리를 부분적으로 사용합니다. 전자가 스스로 날아가도록 무언가를 가열하는 대신 약간의 추가 전압이 가해지면 전자가 날아가도록 거의 그 지점까지 가열 할 수 있습니다. 이것은 진공관 다이오드의 기초이며 대부분의 진공관에 중요합니다. 이런 이유로이 튜브에는 히터가있어 빛을 볼 수 있습니다. 열 이온 효과가 중요한 곳에 도달하려면 빛나는 온도가 필요합니다.

7. 압전. 특정 재료 (예 : 석영 크리스탈)는 압착 할 때 전압을 생성합니다. 일부 마이크는이 원리로 작동합니다. 우리는 공기의 다양한 압력 파를 소리가 울리는 소리로 바꾸고 석영 수정을 교대로 스쿼시하여 결과적으로 작은 전압 파를 만듭니다. 녹음 할 수있는 신호를 만들고, 스피커를 구동하여들을 수있는 등의 신호를 증폭시킬 수 있습니다.

   이 원리는 또한 많은 바베큐 그릴 점화기에 사용됩니다. 스프링 메커니즘은 쿼츠 크리스탈을 매우 단단하게 만들어서 스파크를 일으킬만큼 충분한 전압을 만듭니다.

유체 유추를 사용하여 전압은 압력이고 전류는 유량입니다.

"전압"은 파생 된 수량입니다. 파생 된 수량을 이해하지 않고 물리적 의미를 이해하기는 어렵습니다.

그것은 모두 두 지점 충전 사이의 힘으로 시작합니다. 하여 포인트 혐의로하자 및 될 및 . 그들 사이의 거리를 . 기본 정리에 따르면이 두 전하 사이의 힘은 전하량에 비례하고 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례한다고합니다. 그건:$P_1$$P_2$$q_1$$q_2$$r$

$F = k\dfrac{q_1 q_2 }{r^2}$

의 위치와 요금을 고정 시키십시오 . 이제 힘은 의 위치와 요금에 따라 달라집니다 . "정전기 장"이라는 벡터 필드를 정의합니다. 가 양의 단위 전하 일 때 벡터 필드의 방향은 과 사이의 힘의 필드 방향과 동일 합니다. 그리고 필드의 크기는 가 단위 양전하 인 경우 충전 당 힘 입니다. 그건:$P_1$$P_2$$P_1$$P_2$$q_2$$q_1$$q_2$

$\bar{E} = \lim \limits_{q_1 \to 0} \dfrac{\bar{F}}{q_1} \quad \mbox{(} q_2 \mbox{ is unit positive charge)}$

우리는 다른 전자기 효과를 무시하기 위해 을 0에 접근합니다. 너무 혼동하지 마십시오. "단일 전하 당 약간의 힘을 생성 할 수있는 기운"과 같은 것입니다. 그것의 방향은 그것이 생성하는 힘의 방향과 동일하며, 그 크기는 힘의 크기에 비례합니다.$q_1$

이제 우리가 정의한 수량이 우리가 알고있는 다른 물리적 수량과 매우 유사하다는 것을 알게되었습니다. 예를 들어 위의 힘은 지구와 달과 같은 우주 물체 사이의 힘과 매우 유사합니다. 그리고 필드는 지구의 중력장과 매우 유사합니다.$\bar{E}$

그러면 지구에 대한 우주 물체의 전위와 유사한 전위를 정의한다는 아이디어가 발생합니다. 지구 주위의 공간에서 점의 가능성은 단위 질량 당 에너지가 무한대에서 해당 지점으로 물체를 가져 오는 단위 질량 당 에너지입니다. Electrostatics에서 정의하면 지점의 전위는 다음과 같습니다.$P_2$

$V_2 = - \int \limits_{\infty}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}$

그런 다음, 필드 내의 공간에서 두 개의 독립 포인트 ( 및 ) 사이의 잠재적 차이 ( 인한 )는 다음과 같습니다.$P_2$$P_3$$\bar{E}$$q_1$

$V_2 - V_3 = \left(-\int \limits_{\infty}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}\right) - \left(-\int \limits_{\infty}^{P_3} \bar{E} d\bar{\ell}\right) = \int \limits_{P_3}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}$

전계는 컬이 없으므로 항상 스칼라 필드의 기울기로 나타낼 수 있습니다 ( ). 이 라인 적분은 경로와 무관합니다.$\bar{E} = - \bar{\nabla} V$

이것이 잠재적 인 분야의 정의입니다. 요금이 부과되지 않아도 포인트는 항상 잠재력이 있습니다. "무한에서 단위 요금을 가져 오는 데 필요한 에너지"로 생각하십시오. 두 점 사이의 잠재적 차이는 비슷합니다. 한 지점에서 다른 지점으로 단위 전하를 운반하는 데 필요한 에너지입니다. 또는 천체와 같은보다 구체적인 예를 생각해보십시오. 지구 표면 위 100km와 200km 사이의 잠재적 차이는 주어진 높이에서 두 개의 1kg 물체 사이의 잠재적 에너지 차이에 지나지 않습니다.

우리가 현실 세계에 올 때, 포인트의 잠재력은 주변의 고발로 인한 모든 개별 잠재력 중 일부입니다 (중첩 이론 적용).

전하의 불균형 (즉 전자)이있을 때마다 전압이 나타납니다. 유사한 전하가 격퇴하고 반대 전하가 끌어 당겨지기 때문에, 전기적으로 대전 된 입자의 수집은 서로에 대해 일종의 힘을 생성합니다. 음에서 양의 불균형이 있으면 일종의 "압력"또는 "푸시"가 형성됩니다. 전도성 물질에서, 전자는 원자에 고정되는 것이 아니라 물질을 통해 자유롭게 흐르기 때문에 "압력"이 가장 낮은 지점으로 흐를 것이다.

몇 가지 복잡한 고려 사항 :

• 전기와 화학은 밀접하게 연결되어 있습니다. 예를 들어, 배터리에서 화학적 불균형은 하전 입자를 한쪽으로 밀어서 터미널 전체에 전기적 불균형 (전압)을 만듭니다. 화학은 다른 방식으로 전기 조건에도 영향을줍니다.
• 전류 (I)는 전자의 흐름이지만 전자 (음의 것이므로)는 "전류"의 반대 방향으로 흐릅니다. 실제 흐름이 음수이지만 다른 방향으로도 전류는 양전하의 개념적 흐름입니다. 이는 음의 "푸시"가 양의 "풀"과 정확히 동일하다는 것을 보여줍니다.

내가 들었던 정의는 다음과 같습니다.

전압은 작동 할 가능성이 있습니다.

다시 말해, 전압은 충전 단위에 주어진 에너지, 즉 이며, 여기서 는 에너지이고 는 충전입니다.$V = {dE \over dQ}$$E$$Q$

빠른 근사한 첫 번째 대략적인 대답 : 전압은 전기 압력입니다.

그러나에 확대 : 전압 것은 아니 정확히, 압력처럼. 대신 "잠재적"이라는 수학 / 물리 개념입니다. 전압은 각 전자 또는 양성자가 볼더와 같은 중력장에서 고도와 비슷합니다. 고도는 압력이나 무게 또는 힘이 아닙니다. 바위가 언덕 꼭대기에 있다면, 바위는 잠재적 인 위치에 있습니다. 이는 볼더가 잠재적 에너지 (PE)를 저장하고 있으며이 에너지를 내리막 길로 이동할 수있는 경우 (낮은 전위 위치로 이동)이 에너지를 운동 에너지 (KE)로 방출 함을 의미합니다. 동일한 전압 (고도)으로 더 큰 볼더 PE가 더 높을 것입니다.

더 정확하게 : 전압은 전기입니다. 그것은 힘이 아닙니다 (볼더의 다운 포스 또는 무게와 같지 않으며, 전기장에서 전하에 가해지는 힘의 양과도 같지 않습니다.) 또한 전압은 잠재적 에너지가 아닙니다. 볼더를 제거하면, 그러면 중력, 고도 및 잠재력이 여전히 존재합니다. 잠재력은 분야 자체의 일부입니다. 빈 공간에 전압 패턴이 걸려있을 수 있습니다.

전압은 전기장을 설명 / 시각화 / 측정하는 방법입니다.

전자장을 설명하기 위해 반대 전하 사이에 플럭스 라인을 그릴 수 있습니다. 또는 등전위 표면의 전압 패턴을 플럭스 라인에 수직으로 그릴 수 있습니다. 전기력선을 찾을 때마다 전압도 찾을 수 있습니다.

전압이 아닌 것은 무엇입니까? 전형적인 오해는 무엇입니까? 여기에 큰 것이 있습니다 : "전압은 일종의 잠재적 인 에너지입니다." 아냐 대신에 전압은 에너지가 아닌 수학적인 개념 인 "잠재적 (Potentials)"이며, "무엇을 할 가능성"도 아닙니다. 또 다른 오해가 있습니다. "전압은 단위 충전 당 잠재적 에너지입니다." 아냐 그것은 단지 볼트 단위의 물리학 적 정의이며, 줄 단위와 쿨롱 단위와 연결됩니다. 실제로는 다른 방식으로 진행됩니다. 에너지 양 (특정 전압 차이를 가로 질러 전하를 이동시키는 데 소요되는 작업량)은 전하에 전압 변화를 곱하여 나타납니다! 전기 에너지는 전압에 의해 결정됩니다! 그러나 전압은 빈 공간의 필드를 설명하는 방법이기 때문에 전압 자체는 이동 전 하나 잠재적 에너지를 저장할 필요가 없습니다. 전압을 설명하는 데 사용되는 테스트 충전은 허수 무한 충전입니다. 또 다른 오해 : "전선 표면에 전압이 나타납니다." 잘못된 전압은 실제로 전선 주변의 공간으로 확장됩니다. 9V 배터리 단자의 중간에 4.5V 전위가 있으며, 빈 공간에 홀로 걸려 있습니다! 그러나 일반적인 전압계는 공간 전압을 감지하지 못합니다. 왜냐하면 무한 Z (inp)의 전압계가 필요하거나 수백 기가 옴의 전압계가 필요하기 때문입니다. 일반 10Meg DMM 전압계는 상당한 전류를 소비하고 순수한 전자장을 단락 시키므로 전압을 측정하려면 도체 표면에 닿아 야합니다. 빈 공간에 홀로 걸려있는 4.5V 전위를 찾으십시오! 그러나 일반적인 전압계는 공간 전압을 감지하지 못합니다. 왜냐하면 무한 Z (inp)의 전압계가 필요하거나 수백 기가 옴의 전압계가 필요하기 때문입니다. 일반 10Meg DMM 전압계는 상당한 전류를 소비하고 순수한 전자장을 단락 시키므로 전압을 측정하려면 도체 표면에 닿아 야합니다. 빈 공간에 홀로 걸려있는 4.5V 전위를 찾으십시오! 그러나 일반적인 전압계는 공간 전압을 감지하지 못합니다. 왜냐하면 무한 Z (inp)의 전압계가 필요하거나 수백 기가 옴의 전압계가 필요하기 때문입니다. 일반 10Meg DMM 전압계는 상당한 전류를 소비하고 순수한 전자장을 단락 시키므로 전압을 측정하려면 도체 표면에 닿아 야합니다.

전압이란? 충전 된 커패시터 판 사이의 공간을 채우는 보이지 않는 막의 스택입니다. 전압은 임의의 하전 된 물체를 둘러싸는 동심 양파 층의 패턴이며, 양파 층은 전기장의 플럭스 라인에 직각으로 실행됩니다. 따라서 '전압 층 스택' 은 전기장을 설명하는 한 가지 방법입니다. 다른 친숙한 방법은 '힘의 선'을 사용하는 것입니다.

실제로 우리는 할 수 없습니다.

정전기력은 전위 구배에 비례하지만 전위에는 직접적으로 비례하지 않습니다. 한 쿨롱의 전하에 대한 힘은 전위 구배에 비례합니다.

$F= Q \times {d[V]\over dl }$

실제로 1V는 1 줄의 전기 에너지가있는 경우 +1 쿨롱 전하로 기계 에너지로 전달됨을 의미합니다. 따라서 가속하거나 1 / 2mV ^ 2를 1J 증가시킵니다. 실제로 에너지와 유사합니다.

Gunnish가 말한 것에 추가 :

지점 A의 전압은 문자 그대로 양의 전하를 0V에서 (일반적으로 A에서 먼 거리 또는 접지로 정의 된) A로 푸시하려는 경우 소비 할 작업의 측정치입니다.

점 A에서 양전하로 시작하면 0V에 도달하는 것과 동일한 양의 작업을 수행 할 수 있기 때문에 (예 : 프로세스에서 LED 켜기) 전압이 전자 장치에서 중요합니다.

선거를 추진하는 것은 중력에 의해 지구로 밀려 나가는 방식과 매우 흡사 한 에너지 차이입니다. 이것은 전자가 다른 방향으로 움직일 수있는 유리한 결과를 낳습니다. 이것은 또한 왜 전자가 와이어에서 "무작위로"움직이는 지 부분적으로 설명합니다.