不確定這是否是您要的,但是,是的,當連接電池時,電場波從電池沿著導線傳播到負載。一部分電能被負載吸收(取決於歐姆定律),其餘的一部分從負載中反射回來並傳播回電池,一部分電能被電池吸收(再次為歐姆定律),有些則從電池中反射出來,最終,所有反彈的總和都達到了您期望的穩定穩態值。
我們通常不會這樣考慮,因為在大多數電路中,它發生得太快了,無法測量。但是,對於長傳輸線,它是可測量且重要的。不,直到波浪到達負載,電流才“知道”負載。在此之前,它只知道導線本身的特性阻抗或“電湧阻抗”。尚不知道另一端是短路還是斷路,或兩者之間是否有阻抗。只有當反射波返回時,它才能“知道”另一端的情況。
請參見電路反射示例和高速邏輯系統中的傳輸線效應舉例說明晶格圖和電壓隨時間逐步變化的圖。
如果您不了解它,則在第一個電路中,電流在每個點都相等電路。迴路就像一條管道,全部注滿水。如果用泵使水在某一點流動,則迴路中每隔一點的水必須以相同的速度流動。
我所說的電場波類似於通過管道中的水傳播的壓力/聲波。當您在管道中的一點移動水時,管道另一端的水不會立即變化;擾動必須以聲速在水中傳播,直到到達另一端為止。
既然已經涵蓋了理論,那麼我將進行一個粗略的類比(希望我能理解您的要求,但並不清楚)
無論如何,如果您想到了泵(電池),一些裝滿水的管道(電線)以及管道變窄的部分(電阻器)
水總是存在的,但是當您啟動泵時,它會產生壓力(電壓)並使水在電路周圍流動(電流)。管道(電阻器)變窄將流量(電流)限制在一定量,並導致其兩端的壓降(電阻器兩端的電壓,在這種情況下等於電池)
在第二個迴路中(兩個可以清楚地看出,流入頂部結的電流必須從底部結流出(請參見Kirchoff)(如果電阻相同),則它們將平均分配電流。這可能是因為一根大管子(電線)分成兩根較細的管子(電阻器),然後又重新熔合成一根大管子。如果它們不相等,那麼一個將比另一個消耗更多的流量(電流),但總流出量將始終等於總流入量。
您可以用類比水問同樣的問題-怎麼做水“知道”有多少流量?因為它受到管道寬度和泵壓力的限制。
編輯-似乎要問的問題與我最初設想的有點不同。問題是在不同的抽象級別上有幾個不同的答案(如您所見),例如從歐姆定律到麥克斯韋再到量子物理學。在單個電子水平上,我認為您可能會遇到Majenko提到的粒子波對偶和雙路徑(請參閱光子的雙縫實驗)。
請注意,我上面說“水總是存在”的原因是因為電子本身的流動速度不是繞電路的光速的約2/3,而是來自一個電子的能量傳播到下一電子(某種)等等。有點像球隨機地彈跳,並彼此彈跳,總體上總體趨勢是在施加電勢的方向上彈跳。一種簡單的思考方式就像一排斯諾克球-如果將白球撞到一端,能量將“傳遞”到所有球上(儘管它們實際上不會改變位置),然後以我感覺到量子解釋可能是這樣的:我們只能預測單個電子將“選擇”一條路徑(或處於一條路徑)的概率。
無論哪種方式,我都認為這是一個很好的問題,需要一個很好的答案(如果時間允許,將嘗試對此進行改進),儘管最低的水平可能會更好地在物理堆棧上處理。
起初,目前尚不清楚。假設線路中有一個大的卡通開關,當斷開時,它表示一個巨大的阻抗。 (電容性)電荷會在其兩側累積;具體來說,電子擁擠在負極端子上,而正極端子缺少與正常電子相同數量的電子(圖像電荷)。電流可以忽略不計(fA *),因此電阻兩端沒有電位降。電子沒有淨運動或電子流動,因為與它們的鄰居(包括開關處的大束)的靜電排斥力等於來自外部電場偏置的力。
當開關第一次閉合時,開關附近的多餘電子會拉到另一個觸點,從而填充圖像電荷。現在,沒有一大堆欺負電子拒絕移動並向後推,其餘的則變成彈道 (哈哈!實際上不是,但是) sub> sup>並開始在電路中滑動。
電阻器內部和附近的電阻都滿足...電阻(來吧,我必須這樣做)。幾乎沒有那麼多的自由電子或自由電子,因此,與開關之前呈現的非常大的阻抗不同,電荷在兩端都積聚,因為急躁的電擊手爭先恐後地爭先恐後。它持續建立直到達到平衡:等待通過電阻器的電子束中的靜電場等於外部電場偏置。
在這一點上,電流知道有多少流量,並且不會改變[直到您意識到您放了1.3歐姆的電阻而不是1.3歐姆的電阻,然後又炸了又開路]。
如果首先將電源從系統中完全移除,則不會出現初始電容性電荷。與源(DPST開關)的瞬時連接將導致電場沿 c 附近的導線傳播,加速和拖動電子,並導致相同的離開體育場型擠在電阻上。但是,在使用並聯電阻器的情況下,所述體育場的門可能具有不同的寬度,因此平衡電流會有所不同。
“知道”多少流動意味著知識,這意味著智力。
電流不是智能的,本身也不流動。電流由負載拉出或“汲取”-在這種情況下為電阻。
負載汲取的電流量由歐姆定律確定:
\ $ I = \ dfrac {V} {R} \ $
在第一個電路中,它很容易計算。
第二個電路則稍微複雜一些。只要可以計算總阻力,計算\ $ I_S \ $就很簡單:
\ $ \ dfrac {1} {R_T} = \ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac { 1} {R_2} \ $
或
\ $ R_T = \ dfrac {R_1 \ times R_2} {R_1 + R_2} \ $
然後,通過兩個電阻的比值確定流過每個電阻的電流的比值。如果電阻相同,那麼恰好一半的電流將流經每個電阻。如果\ $ R_1 \ $是\ $ R_2 \ $的兩倍,那麼三分之一的電流將流過\ $ R_1 \ $,三分之二的電流流經\ $ R_2 \ $(請注意,當前比率與阻力相反比)。
河三角洲的水流如何“知道”要採取的分支?在每種情況下,“電流”是指水分子或電子的總流動,因此,首先用“每個電子(或分子)如何知道去向”來代替問題?沒有它只會在立即的局部流動中被掠過,並且在微觀或原子的水平上將取代在它前面的離去的那個。那麼,在分叉點發生了什麼呢?在我們的宏觀眼中,它採取的方向是隨機的,以支路電流的比率分佈。
(在最粗糙的描述/類比下,我知道-請原諒所隱含的不准確之處。)
實際上,電流不知道在t = 0時有多少電流。
每個電阻器都具有一定的電容,因為它們由被絕緣體隔開的導電側組成(即使不是完美的) 。由於該電容,在t = 0時,電流湧入量與電源可以提供的電流一樣多。然後,它會在一段時間後減速至正常值。每個實用的電阻器都可以建模為並聯的電阻器和電容器。因此,您的第一個電路實際上是並聯的R-C電路。
此外,請不要忘記E場(電場)會產生B場(磁場),反之亦然。在電阻上施加電壓時,您要做的就是在電阻內部產生電場。這會導致電場狀態發生變化(將電場從零增加到非零值)。電場的變化會產生磁場,最終會產生電流。
有關更多信息,請參閱麥克斯韋方程組。
電流如何知道?它知道是由於統計力學(玻爾茲曼,後來費米-狄拉克,後來是麥克斯韋),當電子像理想氣體粒子一樣自由飛行時,特定溫度下的費米子(電子)傾向於佔據導體(金屬)的體積反對原子。單個粒子的速度(能量)大約為每秒1K英里(小於光速),漂移速度為每秒幾毫米(請參閱Wiki“漂移速度”)。電子的平均自由飛行距離定義為“電導率”。對於電子流的觀察者來說,當導體的每個局部包含大約相等數量的電子和質子時,電子的行為將看起來像粒子保持“電中性”的趨勢。電子帶電,因此它們相互施加排斥力。力,速度和質量隨時間的變化意味著在電子加速和減速過程中會發射和吸收虛擬光子。該光子比粒子傳播快得多,並產生“壓力”。總體而言,取決於材料,壓力牆的速度接近光速。可以將其命名為“ wave”。故事的其餘部分可以通過上面的Endolith更好地解釋。
在室溫下,銅的數量可以在本文中看到。
TLDR:理想統計力學->玻爾茲曼->費米-狄拉克->麥克斯韋->歐姆的電子氣
沒有人提到所有原理圖都採用所謂的集總元素模型的事實。
在原理圖中,導線不是一般意義上的導線,它是一種簡化節點之間的關係。如果您想一步一步地描述沿著電線的電流(或其“感覺”)發生了什麼,則必須繪製一系列無源元素。
最好的類比可以幫助我真正快速而輕鬆地理解它,我在互聯網上見過面,但目前無法指出來源。如果有人知道它在哪裡,請告訴我,因此可以包括在內。類比非常簡短,這將是簡短的答案。沒有任何公式。因此,這是一種非科學的方法,但卻是優雅的類比,並且真的很容易讓人想像和理解。與水。部分原因是因為多產的水流比喻。
實際上,它更像是裝滿實心球的保齡球管。那個管子從頭到尾都排成一直線,它們之間沒有間隙。當您將球推入一端時,所有球都行進相同的距離。
此運動是電子的電流,移動球所需的力是施加的電壓。
其他困惑的來源是“最小阻力路徑”一詞。有人可以想像一個十字路口上的人選擇了3種可能的方法之一。當某人採取某種方式時,所有人都會走那條路,而這正是當前不流的方式。取而代之的是,電流將“分裂”並在所有可能的方向上流動,但以這些方式與電阻成比例。有時電阻是如此之高,以至於電流量如此之小,以至於簡化時被忽略是有益的。
您的問題有點混亂,我不知道波浪與這有什麼關係。但是,基本歐姆定律在您的示例中很容易解釋。兩個電阻兩端都具有電壓 \ $ V_S \ $ span>。這意味著通過它們的電流將是 \ $ \ frac {V_S} {R} \ $ span>。具體來說
\ $ I_1 = \ dfrac {V_S} {R_1} \ $ span>
\ $ I_2 = \ dfrac {V_S} {R_2} \ $ span>
\ $ I_S \ $ span>僅僅是通過電阻的兩個電流之和:
\ $ I_S = I_1 + I_2 \ $ span>
通過考慮 \ $ I_S \ $ span> > \ $ R_1 \ $ span>和 \ $ R_2 \ $ span>並行。
通常: \ $ R_1 || R_2 || ... R_n = \ dfrac {1} {(\ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} + ... \ dfrac {1} {R_n})} \ $ span>
\ $ R_1 || R_2 = \ dfrac {1} {\ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2}} = \ dfrac {R_1 \ times R_2} {R_1 + R_2} \ $ span>
再次使用歐姆定律,直接計算出Is:
\ $ I_S = \ dfrac {V_S} { R_1 || R_2} = V_S \ times \ dfrac {R_1 + R_2} {R_1 \ times R_2} \ $ span>
請注意,這與上面計算電流的答案相同通過每個電阻並將它們相加以獲得 \ $ I_S \ $ span>:
\ $ I_S = I_1 + I_2 \ $ span>
\ $ I_S = \ dfrac {V_S} {R_1} + \ dfrac {V_S} {R_2} = V_S \ times \ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} = V_S \ times \ dfrac {R_1 + R_2} {R_1 \ times R_2} = V_S \ times(R_1 || R_2)\ $
實際上,在達到穩定狀態之前,波浪與它有很大關係。最初,即使是由電池,開關,電線和電阻器組成的最簡單的電路,也是被電磁波包圍的傳輸線,需要進行瞬態分析才能理解。如果我理解這個問題,此瞬態分析將回答此博客中的最初問題。即使電池很複雜,而且直到達到穩定狀態為止,最初都需要由maxwells eqn決定的分析等等。在過去的幾年中,DC101最初是使用管道等中的水的類比進行教授的。還繪製了電感和電容的類比。如果您有5分鐘的時間向他們講授DC,這是幫助某人了解DC的好方法,而歐姆定律則是您帶給學生的最大努力。
這就像一條充滿汽車的高速公路,其中高速公路是導體,汽車是電子。如果前方有道路工程將高速公路從三車道限製到一車道,則所有車道都會減慢速度,而後20英里處的汽車也將無法在三車道路段上更快行駛,因為前面的汽車不允許它們進入。