问题:
首先,电流不会从正极端子“流出”。这是一个非常普遍的误解,在小学电力课本中被称为“顺序谬误”。基本问题是电线不像空管道。而且,电源无法充满它们。取而代之的是,导线已经预先充满了电荷,因此电流总是同时出现在电路的任何地方。(“电流”表示电荷流动。当一圈可移动电荷开始流动时,“电流”出现在整个环中。这是基本的电路规则。)
换句话说,电路的行为就像轮子和皮带。同样,自行车链条的金属也不是“来自”链轮上的特定位置。它不会一开始就“开始”。相反,整个圆圈由链条组成。同样,所有电源都在这里存在。使用自行车链条,当施加力时,整个过程就会转动。对于电路,当施加电势差时,环内部(电路内部)中的所有可移动电荷都将开始整体移动,就像一个完整的圆中的实心链一样。但是在连接任何电池之前,这些电荷已经在导线内部。电线就像充水的软管。
其次,电位只能存在于两点之间,电路上的一个点永远不会“有电压”。之所以如此,是因为电压有点像海拔高度:物体不能“具有海拔高度”,因为只能在两点之间测量高度。讨论物体的高度,长度或高度是没有意义的。 海拔高于什么? 在地板上方?建筑物外地面上方?地球中心上方的海拔?任何物体都将同时具有无限多个高度!
电压具有完全相同的问题:与另一端子相比,一个端子只能“具有电压”。电压就像长度一样:电压和长度是双端测量。换句话说,电路中的一个端子总是同时具有许多不同的电压,这取决于我们将另一根仪表导线放置在何处。
第三,在电路中,驱动力由正电源端子和负电源端子同时提供。而且,最重要的是: 电流路径是通过电源的。 电源是短路。理想的电源就像零欧姆电阻一样。想一想:在发电机线圈中,电荷穿过线圈并再次返回。导线的电阻非常低。电池也是如此:电流的路径是通过电池,然后再次流出。电池板被导电性很强的电解质短路。
例:
这是对手电筒的正确描述。电荷开始于钨丝内部。当开关闭合且电路完成时,灯丝的一端带正电,另一端带负电。这迫使灯丝自身的电荷开始流动。电荷从灯丝中移出并进入一根导线,同时,更多的电荷进入灯丝的另一端。这些电荷由金属线提供(在打开开关之前,所有导体都已经充满了可移动的电荷。)继续,灯丝中的电荷将流到一根导线中,并缓慢移动到电池中(需要几分钟或几小时才能到达那里),然后流过电池,然后再次退出。它们从电池的另一个端子退出,流回到细丝的另一端,然后在开始的地方结束。一个“完整的电路”。电荷就像皮带一样,或者像是旋转轮或自行车链条。电池推动电量,但不提供电量。铜和钨提供在闪光灯电路中流动的电荷。电荷移动非常缓慢,但是由于它们都同时开始移动,因此即使电线很长,灯泡也会立即点亮。
第四: 电池内部的任何阳离子都是极易移动的。它们肯定没有锁定在适当的位置。如果是这样,则电池将成为绝缘体,并且将无法工作。一些电池基于一个方向的正离子流动和另一个方向的负离子流动。铅酸电池是不同的。在酸中只有质子在流动。酸是质子导体。
但要注意:电池会增加复杂性,这可能会使解释脱节。
相反,请使用大线圈和超级磁铁替换手电筒电池。将其连接到灯泡。将超级磁铁推入线圈中,灯泡短暂闪烁。收费从何而来?运动磁铁如何产生电荷?没有。发电机和电池是电荷泵。移动的磁铁迫使导线自身的电荷开始移动。(泵不提供被泵送的物料!)可移动的磁体会产生电流,因为它向金属内部已经存在的可移动电荷施加了EM泵送力。
导体不良。坏!
这是一个澄清。许多介绍性教科书提供了错误的“导体”定义。完全错误,极具误导性。他们会教你导体“让电荷通过”(或者,他们通过电流或电流)。不。导体不像空心管。导体对电不是透明的。相反,“导体”是指“充满移动电荷的材料”。导体就像装满水的坦克。它们就像水族馆或预先填充的管道。导体遵循欧姆定律:当我们在电线的两端施加电压差时,电荷的流动取决于电线的电阻,I = V * R。导线自身的电荷会引起流动。想想看:空气是绝缘体,甚至真空是绝缘体,但是真空如何阻止电荷流动呢?真空不需要。真空中不存在可移动电荷,这就是使其绝缘的原因。)
所有这些导致一个重要的概念。每当我们拿起一根电线并将其末端钩在一起以形成一个闭环时,我们就创建了一个“隐形传动带”,即不动电线内部的可动电荷回路。将磁极推入金属环,导线的所有电荷将像一个轮子一样移动。这是一个环形游泳池,如果我们推水,我们可以使所有水像飞轮一样旋转,而游泳池本身保持静止。
第五,电流不会倒流,因为电流不是电子的流动。
具体而言,流动电荷的极性取决于导体的类型。是的,在固体金属中,可移动电荷是电子。但是,有许多导体没有电子可以移动。最接近的是您的大脑和神经系统:正负离子在相反方向上同时流动,根本没有电子流动。盐水,包括地面和海洋在内的“电解质”都不是电子导体。
奇怪的例子:酸是导电的,因为它们充满+ H正氢离子。+ H离子的另一个名称是“质子”。当您在酸中加入一些安培时,电流就是质子流。(嘿,如果污垢中有一些接地电流,并且污垢是酸性而不是咸的,那么这些电流就是质子流!)
换句话说,“安培”可以是电子流过,或质子流过,或者是正钠通过负氯化物而以其他方式流动。或者,快电子在火花中以一种方式前进,而慢速氮离子则根据是正离子还是负离子而前进或后退。在p型半导体中,电流是晶体中“晶格空位”的流动!(每个空位都会暴露出过量的硅质子,因此每个空位都带有真正的正电荷。“孔”通过电子转移移动,但每个空穴实际上都是带正电的。)
由于上述所有复杂性,我们如何描述电路内部发生的事情?容易:已经为我们完成了。我们掩盖了动静的电荷,而忽略了它们。我们忽略了它们的流速及其数量。我们忽略了它们的极性。取而代之的是,我们将可能存在于任何导体内的所有各种电荷相加,计算总流量,并将其称为“安培”。您的指挥家的软管里充满盐水吗?在其周围放一个钳形电流表,并读出安培数。离子密度无关紧要。离子速度无关紧要,它甚至可以是充满质子的酸软管,而不是海水软管。安培是安培。
安培也称为“常规电流”,或简称为“电流”。
非常重要:安培不是电荷流。导体可能只有一个安培,但这并不能告诉我们有关内部电荷的任何信息。可能有少量电荷快速流动,或大量电荷缓慢流动。可能有正电荷向前移动,或有负电荷向后移动,或同时出现两者(就像人体受到直流电冲击一样。)所有东西都被掩盖了,剩下的就是安培...常规电流。
OK,回到GND vs COM vs EARTH。
“地面”令人困惑,因为该词几乎总是被错误地使用。
在电路中,我们几乎总是选择一个电源端子作为“公共”端子,并且将一根电压表引线连接到该端子。它没有接地,所以我们真的不应该将其称为“接地”(它没有连接到被污垢污染的金属桩上!)相反,它只是进行电压读数的传统方法。这是一个无声的协议!由于电压是复杂的双端测量,因此如果我们假装它们是单端的,事情就变得简单了。因此,将您的黑色电压表的导线连接到“公共电路”,然后将其忽略。
现在,假设电压表上的红色探针可以实际测量端子的电压。但是终端不能“有电压!” 是的,对。但是我们默默地假装他们这样做。电路上的任何点都可以相对于另一个电路点具有电压。如果我们在谈论海拔,我们总是可以相对于海平面进行测量,然后再不提及海平面,然后假装物体和位置可以“具有海拔”,而实际上这是不可能的。
因此,当我们讨论“端子的电压”时,新学生会感到困惑。实际上,我们的意思是“出现在端子和电路公共端之间的电压”。但这太多了,无法一直重复。我们是在无声地说“之间的电压,在它们之间的电压”,而实际上是在说“此点或另一点的电压”。是的,那么所有的新生都开始认为一个端子可以有电压。
是负电源端的电路常见?是的,通常。我见过带有PNP晶体管的老式收音机,以及带有“正接地”的负电源电压。电池正极为电路公共端。原理图中的所有测量均为负电压。除了1950年代的收音机外,老式大众甲壳虫和某些摩托车中也发生了同样的事情。电池正极连接到机箱,因此“电源端子”是负极。不要在旧的大众汽车上安装普通的汽车收音机,因为当您打开点火开关时,它会短路或着火。电源落后。
我们要做的就是摆脱所有可收集的1950年代日本PNP晶体管收音机,大众甲虫和正接地的摩托车,然后Circuit Common将永远永远是负电源终端。好吧,除非它是某种奇怪的,带有交流电源和虚拟接地运算放大器电路的电气浮动工业传感器系统。