回路の定電流？

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

バッテリーは、電場を作成し、電位エネルギーを運動エネルギーに変換することにより、電子を励起します。正の端子の近くで電子はより多くの運動エネルギーを持っているので、電流はもっと高くないのではないですか？

類推によって私の質問が明確になるかもしれません。建物からボールを​​落とすと、より多くのポテンシャルエネルギーが運動エネルギーに変換されているため、ボールが地面に到達するときにスピードが上がります。同様に、電子はより多くの運動エネルギーを持っているので、電子が正の端子に近づくにつれて速く移動するのではないですか？そして結果的に、電流はもっと高くなるべきではないでしょうか？

電気回路では、速度はほぼ電流（クーロン/秒）です。運動エネルギーは、速度の2乗（1/2 * m * v ^ 2）に比例します。これは、一定の電流がある場合、平均して一定の運動エネルギーがあることを意味します。

したがって、ワイヤー全体が電子で満たされているため（実質的にギャップレス）、すべての電子は同じ速度（同じ電流）でなければならないため、運動エネルギーはどこでも等しくなります。

アナロジー、水分子=電子。ポンプの開始時の分子の速度（電流）が大きくなっていないことがわかります。

別の弱いアナロジーは、電車です。力（電圧/起電力）を残りのカート（電子）に加えるメカニズムとして、エンジン（バッテリー）を想像してください。列車のカートはすべて同じ速度になります。

ここには、理論的に正しい適切な答えがいくつかあります。別の視点から説明してみましょう。

ワイヤーを流れる電子については考えない傾向があります。これは、その質量と運動量が電力の移動を引き起こしているものであることを意味します。ピンポン玉の筒を想像するべきだとよく耳にします。しかし、これも誤解を招く可能性があります。代わりに、砂が詰められた直径8フィートのパイプを想像してみてください。片方の端に砂を押し込むと、もう一方の端に砂が出てきますが、速度、質量、運動量はあまり影響しません。

エネルギー移動は、励起された電子の波面が周囲にある他のすべての電子を（電場を介して）押すために発生します。ニュートンの運動量を与える電子質量のためではありません。1 mm厚の銅導体の実際の電子ドリフトは、1秒あたり1ミリメートルのオーダーです。

実際、これは水のアナロジーが壊れる大きな場所の1つです。質量に基づく電気的な勢いはありません！（それは強力な声明であり、完全に正しいわけではありませんが、あなたに役立つでしょう）

回路に勢いを「追加」したい場合は、インダクタを使用します。これは水のアナロジーを再び有用にします:)

このアナログの優れた例があります。ラムポンプのこのYouTubeのをチェックアウト：http://www.youtube.com/watch?v=qWqDurunnK8。これは、多くの人が見たことがない、きちんとした古いテクノロジーです。それはだということが判明し、正確に昇圧コンバータと同じ！ブーストコンバーターをまだ見たことがない場合は、すぐにわかります。それらは電気回路の至る所で使用されています。

Ramポンプは勢いに基づいて動作します。これを電子機器で機能させるには、インダクターを使用して運動量アナログを与えます！それは素晴らしいです！一方向弁にはダイオード、圧力室にはコンデンサを使用します。

あなたは楽しい冒険に乗り出しています、この全体の工学/物理学のこと:)

幸運を。

なぜ現在のところどこでも定数なのですか？

まあ、そうではありません。これがあなたのアナロジーに欠けているものです：建物の上から下への重力ポテンシャルの差がバッテリーの電位（電圧）の差に類似していて、ボールが電荷（たとえば、電子）を表している場合、不足しているのは、ワイヤー内の他のすべての料金です。

全ての導体は、完全な水の完全な管のような、可動電荷の。一端に電荷を入れると、その端に高い "圧力"が生じます。次に、力の波が流体を介して伝播し、最終的に圧力が至る所で均一化されます。水中では、これらの波は音速で移動します。ワイヤーでは、彼らは光の速度で移動します。¹

これらの波は最終的に回路全体に伝播するため、バッテリー電圧が変化しない場合、最終的には平衡状態に達し、電流はどこでも同じになります。回路のサイズが小さい場合、光は非常に高速であるため、これらの波は「瞬時に」伝播するという合理的な単純化の仮定であり、電流はループ内のどこでも同じです。

これが当てはまらず、変更が伝播するのにかかる時間が重要になる場合、回路はおそらく伝送線路でモデル化され、おそらくRF工学の分野に入ります。

また、マイナス端子からプラス端子に移動する電子についても考えないでください。すべてが逆向きになるため（電子は負の電荷であるため）、混乱します。また、宇宙の約半分の電荷（陽子と他の正の電荷）も忘れてしまいます。個々の電子の動きが関連することはめったにありません。多くの回路（そして確かにバッテリーを備えたすべての回路）では、電荷キャリアは電子だけではありません。通常、電荷キャリアではなく、電荷キャリアによって伝達される力に注意します。見る：

• 海水はどのようにして2本のワイヤー間で電荷を伝導することができますか？
• 電子ではない電荷の流れを伴う日常のコンポーネントはどれですか？
• 電池の電流は？

特定のケースでは、バッテリーが最初に接続されたときに、電子は正の端子に引き付けられ、負の端子からはじかれます。バッテリーの両方の端子で電流が流れ始め、電流がいたるところに流れて回路が平衡状態に達するまで、力の波がワイヤーを通って伝播します。

あなたはまたおそらくこの啓発を見つけるでしょう：抵抗器を見た前に、電流はどのようにどれだけ流れるかを知っていますか？

^{1：音速と同じように、特定のマテリアルの光速も異なります。速度係数と非常にクールなチェレンコフ放射を確認してください。これは、ソニックブームのライトアナログのようなものです。}

電子ドリフトによる運動エネルギーはごくわずかです。超伝導回路や、昼光に近づく周波数での影響を見ることができますが、一種のインダクタンスとして表示されますが、通常の回路では重要ではありません。

ワイヤー内の電子は非常にゆっくりとドリフトし ます。毎時メートルです。それらがたくさんあるので、それはかなりの流れを表します。

電流は単位時間あたりの電荷の流れ（電子あたりの電荷として量子化される）であり、運動エネルギーとは関係なく、1秒あたりに指定された「除算器」を通過する電子の数だけであることを思い出してください。

ワイヤー内を移動する電子は、落下するボールのようなものではありません。

建物からボールを​​落としたとき、地面にぶつかるまでそれを止めることはあまりありません。道には空気しかありません。これは、この思考実験で想像できる条件に対するボールへの非常に小さな影響を表しています。

電気回路はそうではありません。ワイヤー内の他のすべて（陽子、中性子）の質量と比較した電子の質量は非常に小さいです。しかし、もっと重要なことには、ワイヤーは電子でいっぱいです。電子を「落とす」ことはできません。他の電子にぶつかるだけです。ボールのことを考えないでください：ボールの海を考えてください。個々のボールはそれほど関連性がありません。通常、私たちが気にするのは、この目に見えない「流体」を利用して作業を行う方法です。

ところで、あなたが描いた回路は存在できません。回路図では、線は無限に導電性のある理想的な「ワイヤー」を表しています。つまり、電圧はどこでも同じです。これを説明する方法はたくさんありますが、1つはオームの法則に従うことです。

私たちの「無限導電性」の理想的なワイヤーは「ゼロ抵抗」を意味します。そう：

缶電圧（$V$）ゼロボルト以外のものですか？

その間、バッテリーは理想的にはその端子間で一定の9Vを維持します。正の端子で電位を呼び出すと$V_+$ マイナス端子の電位 $V_-$、それからバッテリーは制約を導入します：

バッテリーの端子を接続する回路図のワイヤーもバッテリーの同じ端子を共有し、上記のように、このワイヤーの両端の電圧は定義により0Vでなければなりません。したがって、次の方程式系があります。

この方程式系に対する解決策はありますか？存在しない。この回路は存在できません。

あなたは本当のワイヤーと、この回路を構築しようとすると、その線がいくつかあります小さな抵抗を。それだとしましょう$1\Omega$。ほとんどの短いワイヤーは少なくなりますが、これにより計算が簡単になります。方程式は次のとおりです。

電流が9Aになることは明らかです。

これは、あなたの思考実験をより明確にする必要があります。いずれにも本当の回路、存在しなければならないいくつかの抵抗¹バッテリーの端子間。より身近な物理現象にたとえれば、抵抗は電荷に作用する摩擦のようなものです。これは、電荷を高電位（正の端子）から低電位（負の端子）に移動することによるエネルギーが移動する場所です。抵抗器で熱に変換されます。

^{1：超伝導体には抵抗はありませんが、インダクタンスはあります。バッテリーがエネルギーを供給し続けることができれば、電流がどれだけ高くなるかに制限はありませんが、電流は有限の速度で増加するため、無限の電流には無限のエネルギー源が必要です。}