sorunlar:
İlk olarak , akımlar pozitif terminale "gelmez". Bu, okul öncesi elektrik ders kitaplarında "sıralı yanılsama" olarak adlandırılan çok yaygın bir yanılgıdır. Temel sorun, tellerin boş borular gibi olmamasıdır. Ve güç kaynağı onları doldurmuyor. Bunun yerine, kablolar önceden şarjlı olarak doludur, böylece akımlar her zaman bir devrede her yerde, aynı anda görünür. ("Akım", şarj akışı anlamına gelir. Hareketli yüklerin bir dairesi akmaya başladığında, tüm halkada "akım" görünür. Bu, temel devre kuralıdır.)
Başka bir deyişle, elektrik devreleri tekerlekler ve kayışlar gibi davranır. Aynı şekilde, bir bisiklet zincirinin metali, zincir dişlisindeki belirli bir yerden "gelmez". Bir noktada "başlamıyor". Bunun yerine, dairenin tamamı zincirden yapılmıştır. Ayrıca, herhangi bir güç kaynağı olmadan önce tüm zincir oradaydı. Bisiklet zincirleriyle, bir kuvvet uygulandığında, her şey döner. Potansiyel bir fark uygulandığında devrelerde, halkanın içindeki tüm hareketli yükler (devrenin içindeki), tam bir daire içindeki katı bir zincir gibi, bir birim olarak hareket etmeye başlarlar. Ancak bu şarjlar herhangi bir batarya bağlanmadan önce zaten kabloların içindeydi. Kablolar su dolu hortumlara benzer.
İkincisi, elektrik potansiyeli sadece iki nokta arasında var olabilir ve bir devredeki tek bir nokta asla "gerilime sahip olmaz". Bu doğrudur, çünkü gerilim biraz yükselti gibidir: bir nesne "irtifaya sahip olamaz" çünkü yükseklik yalnızca iki nokta arasında ölçülebilir. Bir nesnenin yüksekliğini, uzunluğunu veya yüksekliğini tartışmak anlamsızdır. Neyin üzerinde rakım? Yerden? Binanın dışındaki yerin üstünde mi? Dünya merkezinin üstünde rakım? Herhangi bir nesnede aynı anda sonsuz sayıda irtifa olacak!
Gerilim tamamen aynı soruna sahiptir: bir terminal diğer bir terminale kıyasla yalnızca "gerilime" sahip olabilir. Voltaj uzunluk gibi çalışır: voltaj ve uzunluk çift uçlu ölçümlerdir. Başka bir deyişle, bir devredeki bir terminal, diğer sayaç ucunu nereye yerleştirdiğimize bağlı olarak, her zaman aynı anda birçok farklı gerilime sahiptir .
Üçüncüsü , devrelerde tahrik kuvveti, aynı anda hem pozitif hem de negatif güç kaynağı terminalleri tarafından sağlanır . Ve en önemlisi: Akım yolu, güç kaynağından geçer. Güç kaynakları kısa devrelerdir. İdeal bir güç kaynağı sıfır ohm'luk bir direnç gibi çalışır. Bir düşünün: bir dinamo bobininde şarjlar bobinin içinden geçer ve tekrar geri gider. Tel çok düşük bir dirence sahiptir. Akülerle aynı şey: Akım yolu aküden geçiyor ve tekrar geri çıkıyor. Akü plakaları çok iletken elektrolit ile kısa devre yapar.
Örnek:
İşte bir el feneri doğru bir açıklaması. Yüklemeler, tungsten filamentinin içinde başlar. Anahtar kapatıldığında ve devre tamamlandığında, filamentin bir ucu pozitif, diğeri negatif yüklü olur. Bu, filamentin akmaya başlaması için kendi suçlamalarını zorlar. Masraflar filamentten ve bir kabloya doğru hareket ederken, aynı zamanda filamentin diğer ucuna daha fazla şarj geliyor. Bu şarjlar metal teller tarafından sağlanır (ve anahtar açılmadan önce, tüm iletkenler zaten hareketli şarjlarla doluydu.) Devam ederken, filamentteki şarjlar bir kabloya akacak, aküye yavaşça akacak (oraya ulaşmak dakikalar veya saatler alır), sonra bataryadan akar ve tekrar dışarı çıkar. Bataryanın diğer terminalinden çıkarlar. filamentin diğer ucuna geri dönün, sonra başladıkları yere kadar giderler. Bir "tam devre". Masraflar tahrik kayışı gibi, döner bir tekerlek veya bisiklet zinciri gibi. Batarya şarjı zorlar, ancak şarjı sağlamaz. Bakır ve tungsten, el feneri devresinde akan yükleri sağlar. Şarjlar oldukça yavaş hareket eder, ancak hepsi aynı anda hareket etmeye başladıklarından, teller oldukça uzun olsa bile ampul anında yanar.
Dördüncüsü: Bir akünün içindeki herhangi bir pozitif iyon son derece hareketlidir . Kesinlikle yerine kilitlenmemişler. Onlar olsaydı, o zaman piller izolatör olurdu ve işe yaramazdı. Bazı piller bir yöndeki pozitif iyonların, diğerindeki negatif iyonların akışına dayanır. Kurşun asitli aküler farklıdır. Asitte sadece protonlar akıyor. Asitler proton iletkenleridir.
Ancak dikkatli olun: Aküler, açıklamaları raydan çıkarabilecek ek bir karmaşıklık sunar.
Bunun yerine el fenerinin pilini büyük bir bobin ve bir supermagnet ile değiştirin. Ampulüne bağlayın. Süper manyetik'i bobine sokun ve ampul kısa süre yanıp söner. Suçlamalar nereden geldi? Hareketli bir mıknatıs nasıl şarj oluşturabilir? Yapmaz. Dinamolar ve bataryalar şarj pompalarıdır. Hareketli mıknatıs, telin kendi yüklerini hareket etmeye başlaması için zorlar. (Bir pompa, pompalanan malzemeyi sağlamaz!) Hareketli mıknatıs bir akıma neden olur çünkü metalin içindeki hareketli yüklere bir EM pompalama kuvveti uygular.
Kötü iletken. Kötü!
İşte bir açıklama. Giriş kitaplarının çoğu, "iletken" in yanlış tanımını sağlar. Tamamen yanlış ve çok yanıltıcı. Size, iletkenlerin "ücretlerin geçmesine izin ver" (veya elektriğin geçtiğini veya akımını) öğreteceklerdir. Hayır. İletkenler içi boş borular gibi değildir. İletkenler elektriğe karşı saydam değildir. Bunun yerine, "iletken" "mobil şarjlarla dolu bir malzeme" anlamına gelir. İletkenler su dolu tanklar gibidir. Akvaryum gibiler veya önceden doldurulmuş borular gibiler. İletkenler ohm kanununa uymaktadır: bir telin uçlarına bir voltaj farkı uyguladığımızda, yüklerin akışı tel direncine bağlıdır, I = V * R. Akışın yaptığı telin kendi yükleri. Bir düşünün: hava bir yalıtkandır, vakum bile bir yalıtkandır, Fakat vakum, şarj akışını nasıl engeller? Vakum gerekmez. Vakumda hareket edebilen hareketli yükler yoktur, bu onu yalıtım yapan şeydir.)
Bütün bunlar önemli bir konsepte götürür. Ne zaman bir tel koparsak ve kapalı bir halka oluşturmak için uçları birbirine bağladığımızda, hareketsiz telin içinde hareketli bir yük döngüsü olan "görünmez bir kayış" yarattık. Metal halkaya bir mıknatıs kutbu sokun ve telin tüm yükleri bir tekerlek gibi hareket eder. Halka şeklinde bir yüzme havuzu ve suya bastırırsak tüm su bir volan gibi dönebilir, havuzun kendisi kalır.
Beşinci olarak , akımlar geriye doğru değildir, çünkü elektrik akımları elektronların akışı değildir.
Spesifik olarak, akan yüklerin polaritesi, iletken tipine bağlıdır. Evet, katı metallerde, hareketli yükler elektronlardır. Ancak hiçbir elektronun hareket edemediği çok sayıda iletken vardır. En yakın olanlar beyniniz ve sinir sisteminizdir: zıt yöndeki iyonların aynı anda pozitif ve negatif akışları, hiçbir elektron akışı olmadan. Tuzlu su, toprak ve okyanusları içeren "elektrolitler" elektron iletken değildir.
Daha tuhaf örnek: asitler iletkendir çünkü + H pozitif hidrojen iyonlarıyla doludurlar. + H iyonunun bir diğer adı da “proton”. Asitten biraz amper koyduğunuzda, akım protonların bir akışıdır. (Heh, toprakta bazı toprak akımları varsa ve kir tuzlu değil asitliyse, o zaman bu akımlar proton akışlıdır!)
Başka bir deyişle, "amper", akan elektronlar veya akan protonlar veya diğer yöne giden negatif klorürden geçen pozitif sodyum olabilir. Veya, hızlı elektronlar kıvılcım içinde bir yönde ilerlerken, yavaş azot iyonları poz veya negatif iyonize olmalarına bağlı olarak ileri veya geri gider. Ve p tipi yarı iletkenlerde, akım kristaldeki "kafes boşluklarının" bir akışıdır! (Her boşlukta fazla miktarda silikon protonu ortaya çıkar, bu nedenle boşlukların her biri gerçek bir pozitif yük taşır. "Delikler" elektron transferiyle hareket eder, ancak her delik gerçekten pozitif olarak yüklenir.)
Yukarıdaki tüm karmaşıklıkla, devrelerin içinde neler olduğunu nasıl açıklayabiliriz? Kolay: Bu zaten bizim için yapıldı. Hareketli masrafları örtüyoruz ve onları görmezden geliyoruz. Akış hızlarını ve miktarlarını görmezden geliyoruz. Kutuplarını görmezden geliyoruz. Bunun yerine, herhangi bir iletkenin içinde olabilecek çeşitli yükleri toplar, toplam akış hızını hesaplar ve buna "amper" diyoruz. İletkeniniz bir hortum tuzlu su ile dolu mu? Etrafına bir kıskaçlı ampermetre yerleştirin ve amperleri okuyun. İyon yoğunluğu önemli değil. İyon hızı önemli değildir ve bir deniz suyu hortumu yerine protonlarla dolu bir asit hortumu bile olabilir. Amper amperdir.
Amperlere "geleneksel akım" veya sadece "elektrik akımı" da denir.
Çok önemli: amper şarj akışı değildir. Bir iletken bir amper içerebilir, ancak bu bize içindeki masraflarla ilgili hiçbir şey söylemez. Hızlı akan birkaç şarj olabilir veya yavaş akan birçok şarj olabilir. İleriye doğru giden veya geriye doğru giden negatif yükler veya aynı anda her ikisi (aynı zamanda DC elektrik çarpması alan insan vücudunda olduğu gibi) olabilir. Konvansiyonel akım.
Tamam, tekrar GND'ye karşı COM'a karşı EARTH'ye.
“Toprak” kafa karıştırıcı çünkü kelime neredeyse her zaman yanlış kullanılıyor.
Devrelerde, neredeyse her zaman "ortak" olmak üzere bir güç kaynağı terminali seçiyoruz ve ona bir voltmetre kablosu bağlıyoruz. Topraklanmamıştır, bu yüzden gerçekten "toprak" dememeliyiz (kire sürüklenen metal bir kazağa bağlı değil!) Bunun yerine voltaj okumaları yapmak için sadece geleneksel bir nokta var. Bu sessiz bir anlaşma! Gerilimler karmaşık çift uçlu ölçümler olduğundan, tek uçlu olduklarını iddia edersek işler basitleştirilir . Bu yüzden, siyah voltmetre ucunuzu "ortak devre" ye bağlayın, sonra yoksayın.
Şimdi voltmetrenizdeki kırmızı renkli probun TERMİNALİN GERİLİMİNİ ölçebileceğini iddia edin. Ancak terminaller “voltajsız” olamaz! Evet, doğru. Ama sessizce yaptıklarını iddia ediyoruz. Devredeki herhangi bir noktanın başka bir devre noktasına göre gerilimi olabilir. Eğer irtifalardan bahsedersek, ölçümlerimizi her zaman deniz seviyesine göre yapabilirdik, sonra deniz seviyesinden asla bahsetmeyebiliriz ve sonra nesnelerin ve konumların aslında bu imkansız olduğunda "irtifaya sahip olduğunu" iddia edebiliriz.
Bu yüzden "terminalin voltajını" tartıştığımızda yeni öğrencilerin kafası karışır. Aslında, " bir terminal ile Ortak Devre arasında görünen voltaj" demeyi kastettik . Ama bu her zaman tekrarlamak için çok fazla. Sessizce "Gerilim Arası, Arasında Gerilim", "Gerçekte" Bu Noktadaki Gerilimi "ya da diğer noktadaki demeyi söylüyoruz. Evet, o zaman tüm yeni öğrenciler tek bir terminalin bir gerilimi olabileceğini düşünmeye başlar.
Mı negatif besleme terminali Devre Ortak? Evet, genellikle. PNP transistörlü çok eski radyoları ve "pozitif toprak" ile negatif besleme voltajını gördüm. Pozitif akü terminali, Genel Devre'dir. Şematikteki tüm ölçümler negatif voltajdır. 1950'lerin radyolarının yanı sıra, aynı şey eski VW Beetles ve bazı motosikletlerde de olur. Pozitif akü terminali şasiye bağlı olduğundan "besleme terminali" negatif olandır. Normal bir araba radyosunu eski bir VW'ye monte etmeyin, çünkü kontağı açtığınızda kısa devre veya yangın çıkarır. Güç kaynağı geriye dönüktü.
Tek yapmamız gereken, 1950'lerde toplanan Japon PNP-transistörlü radyolardan, VW böceklerden ve pozitif topraklamalı motosikletlerden kurtulmak ve sonra Devre Ortak her zaman ve daima negatif besleme terminali olacak. Eh, AC güç ve sanal topraklı op-amp devrelerinin bir karışımı olan bazı tuhaf, elektriksel olarak kayan endüstriyel sensör sistemi olmadığı sürece.