Domanda:
Perché la caduta di tensione attraverso la resistenza contraddice la legge di Ohm?
X Builder
2020-08-10 20:09:48 UTC
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Domanda molto semplice qui.

Ho imparato un sacco di cose sulla legge di Ohm e non mi sembra di essere mai in grado di capirla completamente.

Uno dei quali mi confondo particolarmente è la caduta di tensione e la legge di Ohm.

Secondo quello che so sulla legge di Ohm, se aumenti la resistenza, la corrente diminuisce, ma la tensione rimane la stessa.Vedere le figure seguenti:

pump analogy of ohms law

formula

Da: learn.sparkfun.com

Esempio:

Ecco un grafico delle tensioni della mia batteria da 5V con resistenze nel circuito:

schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

5v battery voltage graph with resistors

Le domande che ho sono:

  • Qual è la fisica dietro a tutto questo?
  • Esiste un'altra legge che copre questo aspetto?
  • Perché questo contraddice la legge di Ohm o c'è qualcosa che lo rende in linea con la legge di Ohm?
"* Tuttavia, in realtà, so che ci sarebbe una diminuzione della tensione se" aumentassi "la resistenza *" No, questo è sbagliato.Quello che "sai nella realtà" non è la realtà e questo è il problema, non la legge di Ohm.A meno che tu non spieghi perché pensi questo, non possiamo separarlo."* se aumenti la resistenza, la corrente diminuisce, ma la tensione rimane la stessa *" Dipende se stai mantenendo la tensione costante o la corrente costante mentre cambi la resistenza.Se la tensione viene mantenuta costante, aumentando la resistenza diminuisce la corrente.Se la corrente viene mantenuta costante, l'aumento della resistenza aumenta la tensione.
L'analogia dell '* acqua * arriva solo fino a questo punto.La corrente che scorre è inversamente proporzionale alla resistenza.Se la tensione è costante e diminuisci la resistenza, fluisce più corrente.
nel tuo diagramma dell'acqua devi alzare il livello dell'acqua sul lato destro se vuoi lo stesso flusso fuori dai due tubi ... l'elettricità è allo stesso modo
`In realtà, so che ci sarebbe una diminuzione della tensione se" aumentassi "la Resistenza. ... ti riferisci ad un circuito specifico?.. per favore condividi la fonte delle tue informazioni se puoi
"* Secondo le mie osservazioni, vedo una diminuzione della tensione se la resistenza viene" aumentata "*" Facci un esempio di una volta in cui l'hai osservato.Abbiamo già stabilito che questo non è vero, quindi devi elaborarlo invece di continuare a dichiararlo come fatto senza ulteriori spiegazioni.
Per capire le tue osservazioni dovrai condividere: Esattamente quale circuito hai costruito.Che tipo di sorgente di tensione hai usato e dove hai misurato la tensione?
Quindi, dici che la tensione cambia quando cambi la resistenza.Anche l'attuale cambia?
"Secondo le mie osservazioni, vedo una diminuzione della tensione se la Resistenza è" aumentata "" Quali osservazioni?La semplice risposta è che stai misurando le cose in modo sbagliato e le tue osservazioni sono, di conseguenza, sbagliate.Fornisci una descrizione completa delle tue osservazioni, inclusa un'immagine (MOLTO MESSA A FUOCO !!!) della tua configurazione.Fornire i numeri di modello della sorgente di tensione e del voltmetro.Includi i dettagli ESATTAMENTE come aumenti la tua resistenza.E dai i risultati numerici delle tue misurazioni.Fino a quando non lo fai, non c'è modo di dire solo cosa stai facendo di sbagliato, ma credimi, TU SEI
Che ne dici di questo: ho testato una sorgente 5v con un multimetro senza resistore e la tensione era 4,90v.Ma quando ho testato la stessa sorgente 5v con un resistore da 10kΩ, e la tensione era 4.85v.
La tua nuova osservazione rivendicata è l'esatto * opposto * della tua richiesta precedente.Il tuo nuovo è almeno vagamente * plausibile * ma è una fonte di impedenza abbastanza alta se scende così tanto quando viene caricato con 10K.Se vuoi fare un po 'di scienza qui, prova una gamma di resistori, ad esempio, 1K 2.2K 4.7K ecc. E traccia la tensione.** Dicci anche _esattamente_ che tipo di "fonte" è ** ... sarebbe giusto dire che la comunità è in generale un po 'frustrata per il grado in cui non fornisci i dettagli.
Questo è esattamente il motivo per cui odio l'analogia con l'acqua.Ad ogni modo, come menzionato in una risposta di seguito, l'impedenza interna della batteria è il motivo per cui stai ottenendo le letture dispari che stai ottenendo.Il tuo modello è troppo semplice.
questo è un circuito aperto, non ti dirà nemmeno lontanamente interessante sulla tensione o sulla resistenza, ti dirà la corrente a seconda del tuo misuratore.Se sei interessato alla tensione, devi chiudere il circuito con una seconda resistenza.Se sei interessato alla resistenza, rimuovi la batteria (o lascia il circuito aperto e misura attraverso il resistore)
Non misura la tensione in parallelo ma costruisce un partitore di tensione con il suo multimetro, no?
@XBuilder: [Legge di Ohm] (https://en.wikipedia.org/wiki/Ohm%27s_law) prende il nome da [Georg Ohm] (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Georg_Ohm) e dovrebbe sempre esseremaiuscolo.
Grazie per aver pubblicato il tuo circuito.Il tuo multimetro era in modalità corrente o tensione nel tuo schema?Ciò che viene disegnato nello schema è come dovresti misurare la corrente, ma il tuo grafico indica che hai misurato la tensione.
Collegare lo strumento attraverso il resistore e misurare la tensione.I voltmetri vanno in parallelo, altrimenti entrano a far parte del circuito e si ottiene il potenziale di tensione attraverso l'alta impedenza del misuratore.Stai misurando un circuito in serie formato da un resistore ** AND ** metro.È un'illusione.
+1 per una domanda ben elaborata con immagine, schema, formula e grafico.Tuttavia, con un multimetro sconosciuto per la modalità tensione o corrente, la domanda non è di particolare valore per gli altri.Tranne che per scrivere risposte belle e lunghe per i punti :-)
Sto leggendo correttamente il circuito nella tua domanda: non è chiuso e non scorre corrente (tranne la perdita attraverso il tuo voltmetro imperfetto)?In questo caso la legge di Ohm non si applica, tutte le resistenze sono irrilevanti, ottieni sempre 5V (meno le imperfezioni dell'attrezzatura).Le tue osservazioni confermano molto bene la teoria :-).
Otto risposte:
Michael
2020-08-11 00:56:02 UTC
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Il problema con la configurazione del test è che non stai misurando la tensione attraverso il resistore che stai sostituendo.Stai misurando la caduta attraverso la resistenza interna del multimetro.Hai una resistenza multimetro finita.Immagino che sia di circa 1 MΩ.Se calcoli per il divisore resistivo di 100 kΩ e 1 MΩ, ottieni 4,54 V, più o meno quello che hai misurato.

Se vuoi misurare la corrente, devi usare un amperometro o una piccola caduta di tensione del resistore.

Questa è la prima e principale questione.Non ha molto a che fare con la resistenza interna (per una volta).Per misurare la caduta di tensione attraverso il resistore (che è ciò che richiede l'analogo dell'acqua di OP) dovresti mettere il voltmetro in parallelo con il resistore (se ti piace misurare la differenza di "pressione dell'acqua" tra la parte superiore del tubo sottile e ilparte inferiore).Cosa ti dirà?Che la tensione sia sempre ~ 5V.Perché la tensione non sale quando R sale?Ciò sarebbe perché la corrente si riduce (non la tensione in aumento) con la resistenza più alta.
Questa dovrebbe essere la risposta migliore.La configurazione sperimentale è completamente sbagliata e non capisco perché nessuna delle risposte precedenti lo abbia evidenziato ...
@jeffpkamp * la maggior parte * delle altre risposte sono state pubblicate in un momento in cui il richiedente si rifiutava di rispondere alle domande su quale esperimento stavano conducendo, quindi la progettazione errata dell'esperimento non era evidente.
@jeffpkamp, la configurazione del test è stata successivamente aggiunta dall'op.
ASWIN VENU
2020-08-10 20:59:36 UTC
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In primo luogo, la legge di Ohm afferma solo che la corrente attraverso un conduttore metallico è direttamente, proporzionale alla differenza di potenziale attraverso di esso. Ci sono diversi casi come semiconduttori, soluzioni elettrolitiche, mezzi gassosi in cui la legge di Ohm non si applica.

Secondo quello che so sulla legge ohm, se aumenti la resistenza, la corrente diminuisce, ma la tensione rimane la stessa

Sì, se la sorgente di pilotaggio è una sorgente di tensione ideale, la tensione ai capi della resistenza rimarrà la stessa indipendentemente dall'entità della resistenza. Ma, se è una sorgente di corrente ideale, la tensione cambierà in base alla resistenza collegata ai suoi terminali, ma la corrente rimarrà costante. Entrambi gli scenari soddisfano la legge di Ohm.

Tuttavia, in realtà, so che ci sarebbe una diminuzione della tensione se "aumentassi" la resistenza.

In questo caso, presumo tu stia parlando di una sorgente di tensione reale, ad esempio una cella a secco. E aumentando la "resistenza", posso solo supporre che tu stia parlando di aumentare il carico poiché nella vita reale aumentare la resistenza non diminuirà la tensione di uscita di una sorgente di tensione reale.
Si prega di notare che tutte le sorgenti di tensione nel mondo reale hanno una certa resistenza interna. Vedere la figura sotto,

enter image description here

Qui, quando la corrente scorre in questo circuito, a causa degli ohm una certa tensione deve essere caduta attraverso la resistenza interna r, causando la caduta o l'aumento della tensione di uscita, cioè la tensione disponibile ai terminali della cella attraverso la resistenza R diminuito o aumentato.

enter image description here

Spero che questo chiarisca il tuo dubbio.

MODIFICA: Si prega di notare che il circuito fornito è un metodo improper per misurare la tensione su un elemento. Qui sei Non stai misurando la tensione attraverso la resistenza ma stai misurando la tensione a attraverso i terminali della cella con la resistenza in serie che appare come la resistenza interna della cella. Quindi, è sbagliato applicare la legge di Ohm nel modo in cui hai affermato in questo scenario. Ricorda che il voltmetro è collegato in parallelo mentre l'amperometro in serie. Qui in questo scenario la resistenza interna della cella aumenta e si comporta come una cella morta, con tensione decrescente. La ragione di ciò è che ogni voltmetro analogico ha un resistore in serie interno che può ostacolare la lettura se l'impedenza interna della sorgente è troppo alta. Un voltmetro analogico richiede una corrente minima attraverso di esso perché il puntatore si muova poiché utilizza effetti elettromagnetici. Se l'impedenza interna della sorgente è troppo alta, questa corrente minima non fluirà e il misuratore mostrerà meno di quanto dovrebbe. Ad esempio, un voltmetro potrebbe richiedere 100 microampere per la deflessione completa, se la resistenza interna della sorgente limita questa corrente a 95 microampere dalla stessa sorgente, il misuratore mostrerà un valore meno piccolo. enter image description here

Nel caso dei voltmetri digitali, esiste anche una potenziale rete divisore più l'impedenza di ingresso del dispositivo o dei dispositivi attivi, che darà anche letture di valore basso se la sorgente di pilotaggio ha un'impedenza troppo alta. enter image description here

Date le nuove informazioni nella domanda dovrebbe essere chiaro che la resistenza interna della batteria non è la causa del comportamento osservato.
La legge di Ohm a volte può anche fallire per i conduttori metallici, cioè i filamenti di tungsteno nelle lampadine a incandescenza dove la resistenza aumenta a causa del riscaldamento.
Sì, la legge di Ohm fallisce nel caso di conduttori metallici, ad esempio la superconduttività.Ma nel caso del tungsteno, non è un fallimento di per sé.La legge di Ohm è ancora valida, solo la resistività del materiale cambia a causa dell'autoriscaldamento.
* "In primo luogo, la legge di Ohm afferma solo che la corrente attraverso un conduttore metallico è inversamente proporzionale alla differenza di potenziale attraverso di esso." * Con "inversamente" intendi "direttamente"?Inoltre, mi sento come se "conduttore metallico" lo renda solo più confuso?Un resistore è un conduttore o un isolante?
@ASWINVENU - Salve, Come richiesto da [questa regola del sito] (https://electronics.stackexchange.com/help/referencing), quando includi qualcosa in una risposta (ad esempio foto, immagine o testo) che non è il tuo originalelavoro, è necessario fare riferimento (citarlo) correttamente.Quelle immagini sembrano provenire da altri luoghi, quindi per rispettare questa regola, puoi modificare la tua risposta e aggiungere un link alla pagina web di origine originale per ogni immagine, per favore?Grazie :-)
@user541686, Volevo dire "direttamente" grazie mille per averlo fatto notare. Ho usato il termine "conduttore metallico" perché i metalli sono ampiamente usati come esempio per la spiegazione della legge di Ohm.Il termine conduttore dovrebbe essere sufficiente. Per quanto riguarda se un resistore è un conduttore, il termine resistore significa solo qualcosa che si oppone al flusso di corrente attraverso di esso ma dissipa l'energia in eccesso come calore.Pertanto, un resistore è un cattivo conduttore o un cattivo isolante.
TimWescott
2020-08-10 20:25:27 UTC
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Tuttavia, in realtà, so che ci sarebbe una diminuzione della tensione se "aumentassi" la resistenza.

No.

In realtà, c'è una specifica relazione tra tensione e corrente su un dispositivo che obbedisce alla legge di Ohm: \ $ E = I \ cdot R \ $ . \ $ E \ $ in questo caso significa tensione; manteniamo la vecchia notazione (E per forza elettromotrice) perché ha senso in un modo irregolare e sottile. Ma questo è tutto - la legge di Ohm stabilisce solo la relazione tra tensione, corrente e resistenza e solo in un dispositivo che obbedisce alla legge di Ohm (cioè, il comportamento di un resistore è molto vicino alla legge di Ohm; il comportamento di un diodo no, né quello di uno spinterometro o di una lampada al neon).

Quindi se mantieni la tensione costante la corrente è determinata dalla tensione e dalla resistenza. Se mantieni costante la corrente la tensione è determinata dalla corrente e dalla resistenza.

Se né la tensione né la corrente sono costanti, allora entrambe sono determinate dalle azioni della resistenza e di qualunque sia il dispositivo di pilotaggio (cioè, se hai creato una fonte di potenza costante, dove imposti una certa potenza \ $ P \ $ e, entro i limiti, \ $ i \ cdot v = P \ $ , allora tu potrebbe combinarlo con \ $ v = i \ cdot R \ $ . Quindi per qualsiasi \ $ P \ $ span > e \ $ R \ $ potresti risolvere quel sistema di due equazioni per trovare \ $ i \ $ e \ $ v \ $ .

Nel caso della misurazione, si presume che il multimetro (o l'oscilloscopio?) abbia un'impedenza di ingresso infinita. I dispositivi di misura reali hanno impedenze di ingresso reali e in generale maggiore è l'impedenza (per prestazioni altrimenti equivalenti) più lo strumento costa.

Nel tuo caso, stai riscontrando un calo di 0,45 V su una resistenza \ $ \ Omega \ $ da 100k, che indica che il tuo misuratore ha un'impedenza di ingresso di 1M \ $ \ Omega \ $ o giù di lì.

Quindi, se non c'è davvero una caduta di tensione, c'è una spiegazione per il motivo per cui sembra essere così?@TimWescott
@XBuilder, dove stai osservando questa caduta di tensione?
L'ho scritto nella domanda sopra.Ma leggere queste risposte spiega che è proprio la resistenza inerziale della mia batteria la causa.
The Photon
2020-08-10 21:18:55 UTC
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Secondo quello che so sulla legge ohm, se aumenti la resistenza, la corrente diminuisce, ma la tensione rimane la stessa.

La tensione non rimane la stessa a causa della legge di Ohm.

Rimane lo stesso perché hai collegato una sorgente di tensione costante attraverso il resistore e la regola per una sorgente di tensione costante è "la tensione è sempre la stessa".

Nella tua immagine, il "voltaggio" rimane lo stesso perché hai mantenuto la stessa altezza della colonna d'acqua.Di nuovo, questo non è correlato alla legge di Ohm.

Secondo le mie osservazioni, vedo una diminuzione della tensione se la resistenza viene "aumentata"

Questo è un risultato inaspettato.Con la maggior parte delle sorgenti di tensione del mondo reale, dovresti aver visto la tensione attraverso un resistore aumentare quando hai cambiato il valore del resistore.Questo perché le sorgenti di tensione reali non sono sorgenti di tensione ideali, come ho spiegato nella mia risposta alla tua domanda precedente.

Simon B
2020-08-11 01:04:51 UTC
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Quali sono le caratteristiche fisiche dietro questo? C'è un'altra legge che copre questo? Perché questo contraddice la legge di ohm o c'è qualcosa che lo rende in linea con la legge di ohm?

Probabilmente non stai misurando ciò che pensi di essere.Non ci sono voltmetri perfetti;hanno tutti una certa resistenza.Potrebbe essere 1 MΩ, 10 MΩ o anche qualcosa che varia con l'intervallo di tensione selezionato.

schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

Quindi stai effettivamente collegando due resistori in serie alla batteria, chiamali R1 e R2 e misurando la tensione su uno di essi, in questo caso R2.

Cerca "divisore di tensione" per ciò che sta accadendo.

Dalla caduta di tensione quando produci R1 100K, il tuo misuratore è di circa 1 MΩ.

nvuono
2020-08-10 21:50:09 UTC
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In base a quello che so sulla legge ohm, se aumenti il resistenza, la corrente diminuisce, ma la tensione rimane la stessa.

Questo non è ciò che dice la legge di Ohm: la legge di Ohm è una relazione tra le variabili di corrente, tensione e resistenza.

  1. Se aumenti la resistenza e mantieni la stessa tensione vedrai una diminuzione della corrente.

  2. Se aumenti la resistenza e mantieni la stessa corrente vedrai un aumento della tensione.

Altrimenti, se aumenti la resistenza e né la corrente né la tensione vengono mantenute costanti, vedrai semplicemente la relazione V = IR mantenuta attraverso ciò che varia naturalmente all'interno della tua configurazione.Qualsiasi variazione che vedi tra i valori teorici di tensione, corrente e resistenza e i tuoi valori misurati è spiegata da resistenze interne reali, limitazioni di alimentazione, ecc.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2020-08-10 21:48:17 UTC
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Maggiore è la resistenza, maggiore sarà la limitazione del flusso di carica = corrente.

schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

enter image description here

Uno schema logico per qualsiasi lingua.

Greenaum
2020-08-12 09:22:09 UTC
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Risposta semplice ... Imposta lo strumento per misurare la corrente, non la tensione. Quindi riprova lo stesso test. Vedrai che i resistori di valore più alto danno meno flusso di corrente. Questa è la legge di Ohm!

In realtà all'inizio può essere difficile capire la differenza tra tensione e corrente se sei autodidatta, ci è voluto un po 'per fare clic nella mia testa. Ma una volta che lo fa, la legge di Ohm sembra ovvia!

Inoltre, senza voler essere paternalistico, stai alla larga dalla rete elettrica! Anche i nerd esperti di elettronica sono riusciti a far esplodere letteralmente il loro multimetro. Il ragazzo stava cercando di misurare quanta corrente poteva fornire una presa, quindi ha messo il suo misuratore su "corrente" e lo ha collegato direttamente alla rete!

L'impostazione "corrente" su un multimetro misura essenzialmente attraverso un cortocircuito, una semplice barra di metallo incorporata nel misuratore. Il collegamento di una barra di metallo, con una resistenza molto bassa, attraverso centinaia di volt, significava corrente sufficiente per far esplodere le parti vulnerabili all'interno del misuratore.

Comunque, ha vissuto per raccontare la storia su un forum online. Una volta ripristinato l'interruttore automatico e ripristinato l'alimentazione alla casa.

Il tuo prossimo esperimento potrebbe mettere due resistori in serie e misurare la tensione su ciascuno di essi. Collegare due resistori in serie e le loro altre estremità ai terminali di una batteria. Questa volta, impostare il misuratore sulla tensione e posizionare le sonde su entrambi i lati di un singolo resistore. Annotare la tensione su ciascuno di essi. Quindi fai lo stesso con diversi valori di resistenza.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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