Existe uma "unidade de tempo" implícita envolvida na medição de eletricidade? (por exemplo, milhas por hora, kb por segundo, ampères por ???)

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Eu sou muito novo em eletrônica e estou passando pelo que deve ser uma dificuldade comum para apreender tensão, corrente e resistência. Vou restringir minha pergunta à corrente, pois suspeito que a compreensão dessa peça possa lançar luz sobre tensão e resistência.

Eu li algumas perguntas aqui:

E eles ajudaram um pouco, mas ainda estou lutando. Uma parte específica difícil de resolver mentalmente é que estou lendo sobre as unidades básicas de medida, mas não tenho certeza do que está sendo medido. Por exemplo, uma libra mede a força da gravidade que puxa uma coleção de átomos. Um galão é a quantidade de líquido que pode ocupar uma quantidade fixa de espaço. Eletricidade ... Eu me perco nos detalhes do que está sendo observado.

Muitas unidades de medida são uma quantidade fixa de algo que não muda (a menos que seja adotado). Por exemplo:

1 galão de leite
16 onças de carne
30 litros cúbicos de ar

Isso não parece fazer sentido com algo como corrente que mede elétrons constantemente em movimento. Como alternativa, realizamos medições de algo conforme ele muda com o tempo:

35 milhas por hora
128 kilobits por segundo
5.000 galões por minuto

Quando se trata de corrente, dizemos apenas "ampères", não "ampères por algo" ". Bem, eu entendo que "amperes" medem o fluxo de elétrons, mas o que exatamente esse "fluxo" significa? É o número de elétrons (ou o número de outra coisa) passando por um local em um circuito em um segundo (ou alguma outra unidade) de tempo? Quando toco os fios do meu multímetro em um fio, o que exatamente ele está "olhando"?

Li que volts são uma medida de energia potencial relacionada a joules e coulombs ( http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_2/1.html ) (mais confusão, mas tudo bem) e acredito que coulombs são medidos por segundo. O por segundo também transporta para amplificadores?

A única outra coisa em que consigo pensar é que os amplificadores podem parecer mais pressão quando você mede libras por polegada quadrada .

Eu sei que eletricidade é eletricidade e nenhuma analogia é perfeita. Estou tentando entender a eletricidade pelo que é, mas não tenho certeza de como essas medidas são realmente feitas. Talvez eu esteja pensando demais, mas qualquer insight mais profundo seria ótimo.

(Se isso já foi explicado até a morte, peço desculpas, talvez eu não conheça o melhor termo de pesquisa a ser usado.)

Cara, como alguém novo neste site, estou tão impressionado que tantas pessoas levaram tanto tempo para me ajudar a entender isso. Como muitas coisas, acho que vai levar tempo e muito mais leitura / experiência para "aprofundar", mas todas as respostas foram muito úteis. Estou marcando a resposta "ampères incluem tempo" como a que mais me ajudou, porque respondeu à parte central da minha pergunta "ampères por quê ?". Estou imaginando "amperes" como " nós " no sentido de que as quantidades fazem parte da definição da palavra, em vez de serem explicitamente declaradas, como seriam em outra unidade, como "milhas por hora ". Não é uma analogia perfeita, mas pelo menos me ajuda a entender para onde foram todos os números concretos.

current-measurement

— Cliff Pruitt
fonte

Em relação a entender "um volt", consulte electronics.stackexchange.com/questions/73375/…

— Phil Frost

Além disso, não caia na armadilha de pensar que a carga elétrica é elétrons. Os elétrons têm uma carga elétrica e, embora tenham "elétrons" em seu nome, não são o único tipo de carga elétrica. electronics.stackexchange.com/questions/72875/...

— Phil Geada

Obrigado Phil. Essa pergunta parece uma ótima leitura. Eu vou ter certeza de passar por isso. Como eu disse no meu post, atualmente estou tentando entender bem a corrente (uma coisa de cada vez, certo?), Mas alguns dos pontos relacionados à tensão nas respostas foram realmente úteis para entender a corrente, então eu aprecio o ligação.

— Cliff Pruitt

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Aposto que você gostaria de ler amasci.com/miscon/whatis.html

— Phil Geada

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"Litros cúbicos"? isso é algo de Picasso? Um litro é uma medida de volume, portanto, dizer litros cúbicos é como dizer acres quadrados!

— Andy aka

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Amps inclui tempo ...

Ampères = Coulombs por segundo

Isso diz mais simplesmente que ...

Current = amount of charge per time interval

É uma métrica de taxa de fluxo. Como água ... litros (volume -> quantidade) por minuto (tempo)

Em mais profundidade

Em termos práticos, o ampère é uma medida da quantidade de carga elétrica que passa em um ponto em um circuito elétrico por unidade de tempo com 6.241 × 10¹⁸ elétrons, ou um coulomb por segundo que constitui um ampere.

- Artigo da Wikipedia

Sondagem

Quando toco os fios do multímetro em um fio, o que exatamente ele está "olhando"?

Se você estiver no modo de medição de tensão, estará efetivamente medindo a "pressão" entre as duas derivações - o grau em que as cargas em uma derivação procuram alcançar a outra (mas não podem). A razão pela qual o gradiente de carga não pode ser neutralizado depende do circuito. Em um capacitor, por exemplo, uma barreira de algum tipo o impede. A existência de uma tensão entre dois pontos requer que esse gradiente exista.

Se você estiver em um modo de medição de corrente, os condutores são instalados no caminho atual (em série com) e o medidor mede quanta carga flui através deles em tempo unitário (na verdade, isso é indireto pela aplicação da lei de Ohm).

Leitura adicional

Bodanis, David (2005), Electric Universe, Nova York: Three Rivers Press, ISBN 978-0‐307‐33598‐2

— DrFriedParts
fonte

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"o grau em que as cobranças em um lead procuram alcançar o outro (mas não podem)" - Oh meu Deus. Depois de todas as descrições e analogias que li, essa afirmação me ajudou a aceitar a "tensão" mais do que qualquer outra que li. Eu sempre fiquei confuso sobre como algo poderia ter uma alta tensão sem alta corrente, mas acho que se você tivesse apenas 100 elétrons que desejassem muito se mover, esse seria o caso. E contar o número deles que se movem por segundo seria a corrente. Estou (mais ou menos) no caminho certo? Obrigado!

— Cliff Pruitt

2

@CliffPruitt, mesmo se você tivesse um bilhão de elétrons que quisesse se mover muito mal, mas não pode, você ainda não poderia ter corrente. Volts medem o potencial elétrico . A pressão também é um potencial . A altura é outra. Um tanque de alta pressão não está necessariamente descarregando fluido. Uma pedra em uma montanha não está necessariamente caindo. Uma pedra não precisa ser grande para ficar alta. Um tanque não precisa ser grande para conter uma alta pressão.

— Phil Geada

Não ser um pedante, mas deve ler Current = charge per unit timeou rate of change of charge; não é necessário incluir unidades quando você parece apenas especificar dimensões.

— Justin L.

@ Justin - Sim. Faz mais sentido assim. Eu estava tentando espelhar a estrutura da pergunta, mas é melhor do seu jeito. Revisado.

— DrFriedParts

@PhilFrost Sim, entendido. Eu estava apenas tentando manter a corrente no mix, mas percebo que os dois terminais de uma bateria sem circuito têm tensão, mas não corrente.

— Cliff Pruitt

6

A unidade de carga mais fundamental é o elétron, mas é impraticávelmente pequeno de se trabalhar. Um coulomb é uma unidade de carga maior que representa a carga de cerca de 6.241.509.324.000.000.000 de elétrons. Um ampere é uma unidade de taquigrafia que representa uma taxa de fluxo de um coulomb (ou seja, 6.241.509.324.000.000.000 elétrons) por segundo, ou seja, se um fio tem um ampere de corrente direta fluindo através dele, haverá cerca de 6.241.509.324.000.000.000 de elétrons entrando em uma extremidade e deixando o outro, que vice-versa.

— supercat
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Muito obrigado por trazer números literais para a imagem. Isso realmente ajuda. Não posso acreditar que isso não seja algo explicado em toda a literatura para iniciantes. Parece tão fundamental saber o que a medição significa.

— Cliff Pruitt

@ Cliff: Na verdade, é explicado. Basta procurar "Ampere" e você deve encontrar coulomb por segundo, o que deve levá-lo a procurar coulomb.

— precisa

2/3 ou 1/3 encargos elétrons são mais fundamentais en.wikipedia.org/wiki/Quark#Electric_charge

— Pete Kirkham

@PeteKirkham: As cargas elétricas são subdividíveis? Eu sei que as partículas carregadas são consideradas como contendo quarks, e se alguém medir as cargas de várias combinações de quarks e conectá-las às equações, essas equações funcionarão se atribuirmos às cargas de quarks frações de 1/3 de elétron ( ou carga de prótons), mas não creio que seja possível obter um quark em uma situação em que sua carga possa ser observada diretamente; o fato de um grupo de três quarks idênticos ter uma carga igual a um elétron não significa que cada quark sozinho teria uma carga de 1/3.

— precisa

'Fundamental' e 'diretamente observável' não são a mesma coisa. Há muitas evidências de que a menor carga diretamente observável é composta pela combinação das cargas de partículas mais fundamentais, independentemente da observação direta das partículas.

— precisa

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Em vez de responder sua pergunta diretamente (outras pessoas fizeram isso muito bem), gostaria de apresentar um modelo mental e uma ferramenta analítica que devem ajudá-lo a entender essas respostas. Essa ferramenta é a análise dimensional .

O conceito fundamental é que uma unidade seja um símbolo que possa ser manipulado algebricamente. Eu acho que um exemplo é melhor. Sabemos que o volume de um cubóide retangular é sua largura, vezes sua altura, vezes sua profundidade. Digamos que medimos que tem 1 metro de altura, 2 metros de largura e 3 metros de profundidade. Então:

volume = 1 m \cdot 2 m \cdot 3 m

$\text{volume} = 1m \cdot 2m \cdot 3m$

Se você fingir que é apenas um símbolo, como o proverbial na álgebra, então você sabe que: $m$ $x$

1 m \cdot 2 m \cdot 3 m = 6 m^{3}

$1m \cdot 2m \cdot 3m = 6m^3$

Ou seja, o volume deste cubóide é de seis metros cúbicos. Mas podemos medir o volume em unidades que não sejam metros cúbicos. De fato, quaisquer três unidades de comprimento, multiplicadas juntas, são uma unidade de volume. Área é duas unidades de comprimento multiplicadas juntas; portanto, se eu multiplicar área por comprimento, obtive volume. Então, digamos que eu queira medir o volume em alguma unidade maluca que acabei de criar, a polegada acre.

$6m^3$ $6 \cdot m \cdot m \cdot m$ $m$ $in$ $ac$

\frac{6 m m m}{1} \frac{1 uma c}{4046.86 m^{2}} \frac{1 Eu n}{2,54 c m} \frac{100 c m}{1 m} \approx 0,058 uma c \cdot Eu n

$\require{cancel} \frac{6 \cancel{m m} \cancel{m}}{1} \frac{1ac}{4046.86\cancel{m^2}} \frac{1in}{2.54\cancel{cm}} \frac{100\cancel{cm}}{1\cancel{m}} \approx 0.058ac \cdot in$

Seis metros cúbicos é igual a 0,058 acre-polegadas. Por que eu gostaria de medir o volume em acre-polegadas? Não tenho idéia, mas posso. A questão é que as unidades podem ser manipuladas algebricamente.

Isso gera uma nova percepção do significado das unidades. Escolha qualquer unidade, como o watt , e a wikipedia dirá algo como:

W = \frac{J}{s} = \frac{N \cdot m}{s} = \frac{k g \cdot m^{2}}{s^{3}} = V \cdot UMA

$W = \frac{J}{s} = \frac{N\cdot m}{s} = \frac{kg\cdot m^2}{s^3} = V \cdot A$

A elegância das unidades SI é que todas as unidades são relacionadas por um fator 1, portanto, não precisamos escrevê-lo. Então, o que isso diz é que um watt é igual a um joule por segundo. Ou, um newton-metro por segundo. Ou, um quilograma quadrado por segundo em cubos. Ou, um watt é um volt-amp. Tudo isso é a mesma coisa.

$P$ $E$ $I$

P = Eu E

$P = I E$

Sabendo que a corrente pode ser medida em amperes e a voltagem é volts, a energia deve ser medida em volt-amperes. E ei, de acordo com a Wikipedia, isso é um watt:

W = V \cdot UMA

$W = V\cdot A$

assim sendo:

\frac{W}{V \cdot UMA} = 1

$\frac{W}{V\cdot A} = 1$

$10V$ $10mA$

P = \frac{10 m UMA}{1} \frac{10 V}{1} \frac{UMA}{1000 m UMA} \frac{W}{V \cdot UMA} = 0,1 W

$P = \frac{10\cancel{mA}}{1} \frac{10\cancel{V}}{1} \frac{\cancel{A}}{1000\cancel{mA}} \frac{W}{\cancel{V}\cdot \cancel{A}} = 0.1W$

Aqui estão mais alguns exemplos de análise dimensional:

— Phil Frost
fonte

OK, tudo isso faz muito sentido. A parte em que me apaixono é que, para que tudo isso funcione e para que possamos nos comunicar entre si e significar a mesma coisa, em algum lugar alguém teve que inventar a unidade da qual estamos medindo "uma", correto? Podemos dizer que um "Verne" é igual a 0,025 Joules, mas sem uma unidade definida em algum lugar, tudo o que teríamos é uma fórmula que mostre um relacionamento e não um sistema de medição. Portanto, um "ampère" aplica esse relacionamento e usa 1 joule e 1 segundo como os valores na fórmula de outra maneira aberta. Sim?

— Cliff Pruitt

@CliffPruitt todas as definições de unidades SI acabam sendo resolvidas para uma das sete unidades base SI , que têm definições baseadas em fenômenos físicos reproduzíveis.

— Phil Geada

O @CliffPruitt, um livro que achei uma fonte interessante de respostas para perguntas sobre como as medições chegaram a ser quantizadas pelas unidades que usamos hoje em dia, é a Science of Measurement . Ele abrange o histórico de cada quantidade abstrata e a padronização de unidades para medir essa quantidade. Uma ressalva é que ele foi escrito em 1974, e houve alguns ajustes nos padrões desde então.

— RBerteig

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Quando se trata de tensão, dizemos apenas "amperes", não "amperes por alguma coisa".

Você tem um mal-entendido.

Ampères medem corrente.

Volts medem a diferença de potencial. Tensão é outra palavra para diferença de potencial, quando você a mede com as unidades de volts.

Como outros já responderam, os amplificadores medem o fluxo de elétrons e um amplificador é equivalente a 1 cuolomb de carga que passa por segundo.

Quando a corrente em um fio está mudando, não é incomum medir a taxa de variação em "amperes por segundo" ou A / s.

Eu li que volts são uma medida de energia potencial relacionada a joules e coulombs

Volts podem ser reescritos em watts por amp ou joules por cuolomb. Vejamos a segunda forma, joules por cuolomb.

Isso significa que, se o potencial em algum ponto do espaço for mantido constante a 1 V, serão necessários 1 joule de energia para empurrar 1 C de carga para esse local.

Ou seria necessário 1 J / s para mover 1 C / s para esse local; 1 Watt por amp de corrente fluindo para esse local.

— O fóton
fonte

"Quando se trata de tensão, dizemos apenas amplificadores" - Ops, peço desculpas pelo deslize enganoso. Entendo que a tensão mede energia potencial e não corrente. Com tantos termos, estou tentando entender que a palavra errada será lançada na hora errada.

— Cliff Pruitt

1

Uma analogia mecânica pode ajudar a resolver as coisas.

Numa analogia mecânica, a força é análoga à tensão, enquanto a velocidade é análoga à corrente (elétrica) .

Como você deve saber, o produto da força e da velocidade é a potência (mecânica) e, analogamente, o produto da tensão e da corrente é a energia (elétrica).

Enquanto força é energia por metro, tensão é energia por Coulomb (Coulomb é a unidade de carga elétrica).

Enquanto a velocidade é metros por segundo, a corrente é Coulombs por segundo.

Chamamos força e tensão do outro lado variáveis enquanto a velocidade e corrente são o meio variáveis.

Em ambos os casos, o produto da variável transversal e cruzada é energia por segundo, que é energia.

— Alfred Centauri
fonte

Estou correto que, embora a velocidade especifique a velocidade (e a direção) de um único objeto, a tensão difere porque lida com o número de objetos (elétrons) e esses objetos sempre se movem a uma velocidade fixa? A resistência diminui o número de elétrons em movimento, mas não a velocidade. Entendi isso corretamente ou estou totalmente fora da base?

— Cliff Pruitt

A tensão não lida com o número de objetos; lida com "quanto" eles querem mover.

— Justin L.

@CliffPruitt Não pense nos elétrons se movendo na velocidade da luz. As forças transmitidas através deles se movem na velocidade da luz. Os elétrons não. amasci.com/miscon/speed.html

— Phil Frost

@CliffPruitt, é claro que suas noções de tensão e corrente não estão alinhadas com as versões dos livros didáticos. De onde você tira essas idéias?

— Alfred Centauri

@AlfredCentauri Não tenho educação formal em nada disso. Sou programador por profissão. Comecei apenas querendo mexer com alguns eletrônicos de áudio e achei o plano de fundo que me interessava. Atualmente, o material que estou lendo são os PDFs aqui: allaboutcircuits.com - geralmente não faço bem em aprender coisas se não consigo entender o "porquê" por trás delas e a eletricidade está ... me confundindo. :-)

— Cliff Pruitt

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Vamos dar uma chance com uma analogia comum para circuitos.

Um circuito é como um rio . A água em um rio sempre flui "ladeira abaixo" porque a água no topo da colina quer ir ladeira abaixo. A água sempre buscará um ponto mais baixo.

Se a água sempre desce, como isso é um circuito?

Bem, você pode pensar em um rio em "loop", descendo a ladeira - mas em uma extremidade há uma roda d'água de algum tipo que traz a água de baixo para cima. Essa roda leva água de nível baixo, sem motivação para fluir em qualquer lugar, e "empurra" para o nível alto, com muita motivação para fluir ladeira abaixo.

Se pensarmos em "altura" como "energia potencial", a roda d'água pega água de baixa energia potencial e a coloca em uma posição de alta energia potencial - essencialmente "injetando" energia potencial gravitacional na água. essa água recém-energizada não perde tempo em gastar essa energia para descer novamente.

Essa "tendência a descer ladeira abaixo" é chamada de potencial que, no nosso caso, é análogo à tensão .

A corrente do rio é ... bem ... Atual . Como você mede a corrente de um rio?

Eu diria ... "faça um cronômetro e cronometre quantos litros de água passam por uma determinada marca no rio em um segundo". Parece uma maneira razoável de quantificar uma corrente. Litros por segundo.

Em um circuito, sua água é carregada. Em vez de cronometrar quantos litros de água passam por um ponto em um fio após um segundo, você pode medir quantas unidades de carga passam por um ponto específico em um fio por segundo.

Assim como dizer "decímetros cúbicos" é um bocado e damos a ela uma unidade conveniente - "litro", damos a "carga por segundo" um nome conveniente também - "amperes".

Fazemos muito isso - "milhas por galão" se transforma em "quilometragem", "quilogramas vezes metros por segundo por segundo" se transforma em "newton", "joules por segundo" se transforma em "watts".

Se a gravidade não estiver fazendo isso por você, considere a água nos canos e a pressão da água .

Pressurizei a água em uma extremidade e a água não pressurizada na outra. A água passará do lado pressurizado para o lado não pressurizado. A pressão é uma medida da força de todas as moléculas de água que desejam se afastar uma da outra. As moléculas de água têm uma distância confortável e pressurizam o ato de empurrar essas moléculas para mais e mais perto desse ponto confortável.

Você deve se lembrar que os elétrons se repelem. Quando você tem uma "alta tensão", você realmente tem "alta pressão de elétrons" - os elétrons de enchimento ficam muito próximos um do outro para seu próprio conforto.

Note que essa analogia é realmente muito literal - a tensão pode ser vista literalmente como pressão eletrônica!

Assim como colocar muito ar em um balão ... coisas que estão muito próximas vão querer "fugir", e existe uma força real.

Agora, de volta aos nossos canos de água - a água vai querer correr do extremo pressurizado para o extremo não pressurizado.

Pense com cuidado no cano. Quando deixamos a água correr ... o que realmente está correndo? São as moléculas de água? Imagine uma única molécula de água na extremidade pressurizada e deixe a pressão "ir". Essa molécula não vai correr para o outro lado. Ele permanecerá no lugar enquanto a pressão se igualar.

Então, o que realmente está se movendo?

A pressão se move.

Digamos que você tenha uma pequena exibição em cada centímetro do tubo que mediu a pressão naquele ponto exato. A princípio, todos os da esquerda são altos; todos os da direita são baixos.

Quando você libera a pressão ... você vê essas telas começarem a mudar. A "alteza" começa a se mover para a direita.

Digamos que em uma tela diga "50" para pressão e, em seguida, na próxima tela à direita diga "20". Um segundo depois, a primeira tela agora diz "40" e a segunda diz "30". Você pode ver isso como 10 unidades de "pressão" movendo-se para a direita a uma taxa de 10 unidades de pressão por segundo. Isso é atual - 10.

Agora estou jogando um pouco de folga com as dimensões e meio que afastando algumas das diferenças entre Potencial e carga, mas o princípio básico é o mesmo.

— Justin L.
fonte

Ok, mas agora você tem que explicar como a gravidade funciona.

— Pete Kirkham

O que chamamos de "corrente" (no contexto da Lei de Ohm) não é definido como elétrons em movimento, não são elétrons por segundo, como você indicou. É carga em movimento. São coulombs por segundo. Os elétrons nos circuitos CC de baixa potência movem-se através do cobre na ordem dos cenitômetros por hora. As cargas se movem como uma onda em velocidades astronomicamente mais rápidas. O desvio real de elétrons (centímetros por hora) também é tecnicamente uma corrente (afinal, é um fluxo de elétrons), mas não é disso que as pessoas falam quando estão falando sobre tensão e resistência.

— Adam Lawrence

@Pete Estou mudando o requisito de "intuição" do potencial elétrico (que é difícil) para a gravidade, do qual as pessoas têm uma compreensão intuitiva muito mais alta. é difícil imaginar que a carga tenha potenciais e se afaste de altos potenciais; é fácil imaginar água sendo alta e fluindo downhill e dizendo que eles são análogos

— Justin L.

@ Justin Sim, é muito mais fácil entender a gravidade porque a gravidade é algo com o qual temos contato natural em primeira mão. Por outro lado, algo "no meu intestino" continua me incomodando, me dizendo que não é o mesmo e é o "o que é realmente ?" que eu continuo tentando entender. Acho que estou na mesma posição que uma criança que está aprendendo a se multiplicar e está perturbada porque não entende completamente a trigonometria.

— Cliff Pruitt

@ Madmanguruman Acho que obviamente preciso de uma melhor compreensão da carga. Sempre presumi que algo recebesse uma carga devido a um excesso ou deficiência no número de elétrons . Se os elétrons não estão se movendo, acho que não entendo o que está causando a carga. (Não se sinta obrigado a resposta que eu sou um pouco sobre a sobrecarga de qualquer maneira..)

— Cliff Pruitt