Пройдет ли ток без какого-либо сопротивления?

Я узнал, что резистор преобразует некоторую электрическую энергию в тепловую энергию, в то время как ток протекает через него и, таким образом, вызывает потерю мощности, но что, если в цепи нет резистора. Будет ли течь ток?

Короткая версия: Да. Вот что такое короткое замыкание .

Как правило, ток будет течь, пока он имеет путь с конечным сопротивлением (даже нулевым), разностью напряжений и запасом носителей заряда (например, электронов). Если бы в цепи действительно не было сопротивления, электроны обошли бы цепь и вернулись в начало цепи с такой же энергией, как и разность потенциалов (напряжение). Эта конечная энергия обычно является тем, что рассеивается в контуре как тепло или другие виды энергии. Но без сопротивления (или индуктивности) у него не будет шанса потерять энергию, и он вернется к источнику напряжения с большим количеством энергии, которая обычно испортит источник напряжения. По сути, это и есть короткое замыкание .

Однако в любой реалистичной цепи (включая короткое замыкание) и с любым реалистичным источником напряжения у вас всегда будет какое-то сопротивление, даже если у вас нет чего-то, специально предназначенного для «резистора». Например, даже нормальный провод имеет некоторое сопротивление. Это сопротивление настолько низкое, что мы обычно игнорируем его, потому что другие элементы в схеме обычно имеют гораздо большие сопротивления, поэтому обычно лучше игнорировать провод. Но когда это просто провод, вы не можете игнорировать его сопротивление. Ток будет течь, и поскольку сопротивление низкое - хотя и не нулевое - вы просто получите действительно большой ток. Это нагреет провод, как и любой резистор (как вы знаете). И, как правило, это вызывает проблемы, такие как расплавление провода или его изоляции, или просто начало пожара.

Но предположим, что вы использовали идеальный сверхпроводящий провод. Что ж, даже тогда любой реалистичный источник напряжения все еще имеет то, что называется «внутренним сопротивлением». Вам нужно добавить внутреннее сопротивление источника напряжения к сопротивлению всего остального в цепи, чтобы получить общее значение. Опять же, это часто настолько низко, что мы просто игнорируем это - но мы не можем, когда цепь представляет собой просто сверхпроводящий провод и источник напряжения. Конечно, любой реалистичный источник напряжения также будет иметь ограничение на количество тока, которое он может подавать, как вам скажет Википедия . Но если вы действительно минимизируете сопротивление всей цепи, то вы обычно максимизируете этот ток.

Альфред Центавра

но что если в цепи нет резистора? Будет ли течь ток?

Для простоты, давайте работать в контексте теории идеальных цепей, где идеальные провода имеют точно нулевое сопротивление.

Вот простая схема только с источником тока и проводом.

В этой цепи ток 1А циркулирует по часовой стрелке вокруг цепи.

Таким образом, ответ - да , в цепи может быть ток без резистора.

Понятие резистора не становится ясным в моей голове. Можете ли вы объяснить использование резистора?

Концепция резистора очень проста: это элемент схемы, напряжение на которой пропорционально току на выходе.

Резисторы используются различными способами, в том числе:

(1) развитие напряжения, пропорционального току

(2) ограничение тока через цепь

(3) падение напряжения с более высокого уровня до более низкого уровня (см. «Делитель напряжения»)

(4) падение тока с более высокого уровня на более низкий уровень (см. «Делитель тока»)

Есть много других, но эти примеры должны помочь вам начать.

ЧР Дрост

Хорошо, здесь собрано много интересных вопросов; Я определенно понимаю, почему @rpfphysics назначает награду за это!

Нужны ли резисторы в цепи?

Этот ответ категорически нет . Резисторы являются одним из компонентов в наших «идеальных теоретических объектах, которые помогают нам моделировать схемы», и они являются компонентом, который оказывается очень важным и необходимым для моделирования объектов реального мира, поскольку обычно можно смоделировать каждый реальный провод (если нет так много тока, что он, например, плавится) как идеальный провод в последовательности с идеальным резистором с небольшим сопротивлением. Но мы, безусловно, можем использовать модели, в которых нет резисторов.

Вот простой пример:

Здесь вы видите конденсатор С С в соответствии с индуктором L L удерживается постоянным напряжением, которое можно подключать и отключать с помощью переключателя S S , Предположим, что до подключения напряжения в системе нет заряда или тока; поэтому все будет на уровне земли. Теперь, если вы подключите источник напряжения, ток захочет протекать, изначально противостоит только индуктор, который сопротивляется изменениям тока, но не самим токам. Соответствующие дифференциальные уравнения таковы, что я = C В ˙ я знак равно С В ˙ для напряжения на конденсаторе в то время как В = L я ˙ В знак равно L я ˙ для напряжения на индуктивности, где точки - производные по времени; это можно решить, чтобы выяснить, что я ( т ) = я 0 грех ( т / т ) я ( T ) знак равно я 0 грех ⁡ ( T / τ ) где эта постоянная времени для колебаний τ = L C - - - √ τ знак равно L С в то время как постоянная тока я 0 = + 5 В ⋅ τ / Л я 0 знак равно + 5 В ⋅ τ / L , Основная физика здесь заключается в том, что, когда ток через конденсатор накапливает 5В потенциала через него, так что конденсатор больше не «хочет» заряжаться, индуктор видит ток через него. Не нравятся изменения в токе, индуктор поддерживает постоянный ток, и это вытягивает еще больший ток из источника напряжения, перезаряжая конденсатор, в то время как индуктор замедляется. Конденсатор затем разряжается обратно в источник напряжения, управляя индуктором в обратном направлении.

На следующем изображении я анимировал приведенный выше анализ. Стрелки для текущей точки в направлении текущей; стрелки для напряжения указывают в направлении увеличения напряжения.

Итак, вы видите, мы можем проанализировать такого рода вещи.

Теперь вы можете представить, что произойдет, когда мы вернем переключатель назад! Если на конденсаторе остается какое-либо напряжение, эта вещь будет просто циклически заряжаться взад и вперед, назад и вперед, вокруг контура навсегда, с конденсатором, теперь собирающим отрицательное напряжение, затем положительное напряжение и так далее. На практике, если вы построите это с реальными компонентами, эти маленькие сопротивления, в конечном счете, убьют этот идеальный синусоидальный сигнал, конечно, но мы можем легко представить, что сопротивления будут равны нулю, а резонатор будет этой идеальной синусоидальной волной. Здесь нет противоречий.

Итак, почему были противоречия, когда мы заменяем L L и С С с прямым проводом?

Сопротивление останавливает парадоксы

Остановите меня, если ваши одноклассники спрашивали вас об этом раньше: «Что происходит, когда непреодолимая сила встречает неподвижный объект?» Обычно неясно, что означает «неудержимая сила», но это можно определить как «объект, движущийся с конечной скоростью и бесконечной массой, чтобы его нельзя было ускорить». Что происходит, когда это встречает объект, который не может двигаться?

Ответ, конечно, заключается в том, что это физические идеализации и что они по определению несовместимы. Если вы моделируете неостанавливаемые силы, то по определению «неостанавливаемая сила» ни один из объектов в вашей модели не может быть действительно неподвижным. Если вы моделируете неподвижные объекты, то по определению «неподвижный объект» ни одна из сил в вашей модели не может быть остановлена. Вы должны выбрать ту или иную модель, чтобы она имела какой-либо смысл, иначе вы должны быть абсолютно уверены, что они никогда не соприкоснутся, если между ними не будет чего-то другого, способного поглотить парадокс!

Ну, это кажется довольно очевидным, когда мы говорим о кинематике, но вы столкнулись с тем же самым в плане схемотехники! Оказывается, определение «идеального источника напряжения» - это «неостановимая сила»: несмотря ни на что, я собираюсь перенести электроны из этой точки, обозначенной здесь как «источник напряжения», в эту точку, обозначенную здесь как «земля» с неудержимой силой. сила, которая поднимет их потенциальную энергию на 5 электрон-вольт. И получается, что определение «идеальный провод» - это «неподвижный объект»: «этот идеальный провод обеспечит, чтобы любое напряжение на одной его стороне также отражалось точно на другой его стороне». Таким образом, вы не можете объединить их без чего-либо - будь то резистор или L C L С пара - чтобы поглотить этот парадокс. Резисторы - это всего лишь один из способов поставить что-то среднее между ними, чтобы парадоксы не нарушали уравнения.

Если вы этого не сделаете, то в принципе ответ очень прост: «по проводу течет бесконечный ток». Это просто то, что требуют уравнения, потому что В = Я R , В знак равно я р , для того, чтобы смоделировать R = 0 р знак равно 0 с В ≠ 0 , В ≠ 0 , потребности я = ∞ . я знак равно ∞ ,

На практике что происходит? Ну, эти машины, которые мы называем «источниками напряжения», не идеальны; они ослабляют свое напряжение в тот момент, когда вы начинаете снимать ток с них. Это называется «импедансом» линии источника и ограничивает количество тока, протекающего по проводу. Кроме того, настоящий провод будет оказывать небольшое сопротивление. Наконец, настоящий провод может хорошо нагреваться до точки, где он плавится, и сопротивление, таким образом, может уходить в бесконечность. Мир не может быть идеальным. Но в идеальной модели, где ни одна вещь не ломается, ток, вероятно, просто ушел бы в бесконечность.

И такие вещи становятся важными для сверхпроводников!

Сверхпроводимость, по определению, представляет собой ток, протекающий без сопротивления. Это возможно только в том случае, если напряжение на соединении равно 0, в противном случае обязательно будут и ток, и напряжение, и, следовательно, эффективное сопротивление. R = V / Я , р знак равно В / я , Вероятно, самым большим камнем преткновения для магистрантов является тенденция думать о напряжении, которое управляет током; в этом случае причиной тока является некоторая «сверхпроводящая фаза», которая не имеет никакого отношения к напряжению! Поэтому, когда вы прикладываете напряжение к соединению, оно должно обязательно приводить в движение некоторое количество электронов + куперовских пар, чтобы оно больше не действовало сверхпроводящим и вместо этого имело сопротивление. Сверхпроводимость не волшебная R = 0 р знак равно 0 вылечить все наши беды; скорее это больше похоже на R ( я ) р ( я ) функция, которая для определенных малых значений тока я я бывает 0. Эти вещи перестанут быть идеальными очень быстро, когда вы начнете прикладывать к ним значительные напряжения, потому что это определение «сопротивления».