Comment le courant sait-il combien de courant s'écouler avant d'avoir vu la résistance?

Avec les circuits suivants comme exemples:

et

Comment le courant Isaura-t-il combien de flux? Est-ce qu'une autre onde voyagerait d'abord dans le circuit puis reviendrait et dirait que tant de courant devrait circuler?

Vous ne savez pas si c'est ce que vous demandez, mais oui, lorsque la batterie est connectée, une onde de champ électrique se propage de la batterie le long des fils jusqu'à la charge. Une partie de l'énergie électrique est absorbée par la charge (selon la loi d'Ohm), le reste est réfléchi par la charge et renvoyé vers la batterie, une partie est absorbée par la batterie (loi d'Ohm à nouveau) et une partie par la batterie, etc. Finalement, la combinaison de tous les rebonds atteint la valeur à l'état stable que vous attendez.

Nous ne le pensons généralement pas de cette façon, car dans la plupart des circuits, il est trop rapide de le mesurer. Pour les lignes de transmission longues, il est toutefois mesurable et important. Non, le courant ne "sait" pas quelle est la charge jusqu'à ce que la vague l'ait atteinte. Jusque-là, il ne connaissait que l' impédance caractéristique ou "impédance de surtension" des fils eux-mêmes. Il ne sait pas encore si l'autre extrémité est un court-circuit ou un circuit ouvert ou une impédance intermédiaire. Ce n'est que lorsque l'onde réfléchie revient qu'elle peut "savoir" ce qui se trouve à l'autre bout.

Voir Exemple de réflexion de circuit et Effets de ligne de transmission dans les systèmes logiques à grande vitesse pour des exemples de diagrammes de réseau et un graphique illustrant l'évolution de la tension par incréments dans le temps.

Et si vous ne le comprenez pas, dans votre premier circuit, le courant est égal en tout point du circuit. Un circuit est comme une boucle de tuyauterie remplie d’eau. Si vous faites circuler l'eau avec une pompe en un point, l'eau doit s'écouler au même point en tout point de la boucle.

Les ondes de champ électrique dont je parle sont analogues aux ondes de pression / sonores qui traversent l’eau du tuyau. Lorsque vous déplacez de l'eau en un point du tuyau, l'eau à l'autre extrémité ne change pas instantanément; la perturbation doit se propager dans l'eau à la vitesse du son jusqu'à ce qu'elle atteigne l'autre extrémité.

Puisque la théorie a été couverte, je vais faire une analogie approximative (avec un peu de chance, je comprends ce que vous demandez correctement, ce n’est pas si clair)

Quoi qu’il en soit, si vous imaginez une pompe (la batterie), des tuyaux remplis d’eau (les fils) et une section où le tuyau se rétrécit (la résistance),
l’eau est toujours présente, mais lorsque vous démarrez la pompe, elle crée une pression (tension). ) et fait circuler l’eau autour du circuit (courant). Le rétrécissement du tuyau (résistance) limite le débit (courant) à une certaine quantité et provoque une chute de pression à travers celui-ci (tension aux bornes de la résistance, dans ce cas égale à la batterie)

Avec le deuxième circuit (deux résistances en parallèle), il est raisonnablement évident que la même quantité de courant qui passe dans la jonction supérieure doit sortir de la jonction inférieure (voir Kirchoff). Si les résistances sont identiques, elles se partageront le courant. également. il peut s'agir d'un gros tuyau (fil) se scindant en deux tubes plus étroits (résistances), puis fusionnant dans un grand tuyau. Si elles sont inégales, l’un prendra plus de flux (courant) que l’autre, mais le total des sorties sera toujours ajouté au total.

Vous pouvez poser la même question avec l'analogie de l'eau - comment l'eau "sait-elle" combien de débit s'écoule? Parce que c'est limité par la largeur des tuyaux et la pression des pompes.

EDIT - Il semble que la question posée est un peu différente de ce que je supposais au départ. Le problème est qu’il existe différentes réponses (comme vous pouvez le constater) à différents niveaux d’abstraction, par exemple de la loi d’Ohms à la physique de Maxwell à la physique quantique. Au niveau des électrons individuels, je pense que vous pourriez avoir un problème en raison de la dualité onde particule et du double trajet (voir l'expérience à double fente avec photon) mentionnée par Majenko.
Notez que la raison pour laquelle j’ai dit plus haut que "l’eau est toujours là" est que les électrons eux-mêmes ne circulent pas à environ 2/3 la vitesse de la lumière autour d’un circuit, mais que l’énergie de l’un se propage au suivant (en quelque sorte) etc. Un peu comme des balles rebondissant de manière aléatoire les unes dans les autres, avec une tendance moyenne globale à rebondir dans la direction du potentiel appliqué. Une façon plus simple d’y penser est comme une rangée de balles de billard: si vous frappez la balle blanche à une extrémité, l’énergie sera "transmise" par toutes les balles (elles ne changeront pas réellement de position), puis la balle à l'autre extrémité se détachera.
J'ai le sentiment que l'explication quantique pourrait aller quelque chose comme: nous ne pouvons que prédire la probabilité qu'un électron individuel "choisira" une voie (ou se trouvera dans un domaine particulier) mais que le processus ne sera pas directement observable (c.-à-d. physique théorique)

Quoi qu’il en soit, j’estime que cette question est excellente et nécessite une bonne réponse (nous essayerons d’améliorer celle-ci si le temps le permet), bien qu’au niveau le plus bas, il soit plus facile de traiter la pile de la physique.

Au début, le courant ne sait pas vraiment. En supposant qu’un gros commutateur cartoony se trouve dans la ligne, une fois ouvert, il représente une énorme impédance. Une charge (capacitive) s'accumule de part et d'autre de celle-ci; spécifiquement, les électrons encombrent le terminal négatif et le terminal positif manque du même nombre d'électrons que la normale (charge de l'image). Le courant est négligeable (fA *), il n’ya donc pas de chute de potentiel sur la résistance. Les électrons n'ont pas de mouvement ou de flux net car la répulsion électrostatique avec leurs voisins, y compris le gros paquet au niveau du commutateur, est égale à la force provenant de la polarisation du champ électrique externe.

Lorsque le commutateur est fermé pour la première fois, les électrons supplémentaires situés à proximité du commutateur zippent l’autre contact, remplissant ainsi la charge de l’image. Maintenant qu’il n’ya pas beaucoup d’électrons intimidateurs qui refusent de se déplacer et se repoussent, le reste passe en balistique ^{_{(ah non ! )}} Et commence à parcourir le circuit.

Ceux qui se trouvent à l'intérieur et à proximité de la résistance se heurtent ... à la résistance (allez, je le devais) . Il n’existe presque pas autant d’électrons libres, ni de sites. Ainsi, pas à la différence de la très grande impédance présentée précédemment par le commutateur, la charge s’accumule à l’autre des extrémités, tandis que les voyous impatients se bousculent pour trouver une place. Il continue à s'accumuler jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint: le champ électrostatique du groupe d'électrons en attente de traverser la résistance est égal à la polarisation du champ électrique externe.

À ce stade, le courant sait combien de courant s'écouler et ne changera pas [jusqu'à ce que vous réalisiez que vous avez inséré une résistance de 1,3 ohm à la place de 1,3 kohm, et que celle-ci frit à nouveau et les circuits ouverts à nouveau].

Si la source était totalement retirée du système au début, il n'y aurait pas de charge capacitive initiale. Une connexion instantanée avec la source (commutateur DPST) conduirait à un champ électrique se propageant le long du fil près de c , accélérant et entraînant des électrons avec lui, et conduisant au même encombrement des résistances du type stade du football. Toutefois, dans le cas de résistances parallèles, les portes dudit stade peuvent avoir des largeurs différentes, de sorte que les courants d'équilibre seront différents.

Comment le courant dans un delta du fleuve "sait-il" quelle branche prendre? Le terme "courant" dans chaque cas signifie le flux total de molécules d'eau ou d'électrons, donc remplacez d'abord la question par "Comment chaque électron (ou molécule) sait-il où aller"? Ce n'est pas; il va juste être balayé dans le flux immédiatement local, et au niveau micro ou atomique, prendra la place du départ, juste devant lui. Alors, que se passe-t-il juste au point de la divergence? Pour nos yeux macro, la direction qu’elle prend est aléatoire, répartie comme le (s) rapport (s) des courants de branche. Au plus bas niveau, une toute petite perturbation le poussera dans un sens ou dans l’autre.

(Description très approximative / analogies, je sais - pardonnez les inexactitudes impliquées.)

"Savoir" à quel point couler implique la connaissance, ce qui implique l'intelligence.

Le courant n'est pas intelligent et ne coule pas en soi. Le courant est tiré ou "tiré" par la charge - dans ce cas, les résistances.

La quantité de courant que la charge tire est déterminée par la loi d'Ohm:

$I=\dfrac{V}{R}$

Dans le premier circuit, c'est assez simple à calculer.

$I_S$

$\dfrac{1}{R_T} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}$

ou

$R_T = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

$R_1$$R_2$$R_1$$R_2$

En fait, le courant ne sait pas quelle quantité s'écouler à t = 0.

Chaque résistance a une certaine capacité, car elle est constituée des côtés conducteurs séparés par un isolant (même s’ils ne sont pas parfaits). En raison de cette capacité, à t = 0, le courant alimente autant que l’alimentation peut en fournir. Puis, après un moment, il ralentit à sa valeur normale. Chaque résistance pratique peut être modélisée comme une résistance et un condensateur en parallèle. Donc, votre premier circuit est en fait un circuit RC parallèle.

N'oubliez pas non plus que le champ E (champ électrique) crée le champ B (champ magnétique), et inversement. Lorsque vous appliquez une tension sur la résistance, vous créez un champ électrique à l'intérieur de la résistance. Ce qui provoque une modification de l'état du champ électrique (vous augmentez le champ électrique de zéro à une valeur non nulle). La modification du champ électrique crée un champ magnétique qui crée finalement un flux de courant.

Prière de se référer à équations de Maxwell pour plus d'informations.

Comment le courant sait? Il sait, en raison de la mécanique statistique (avec Boltzman et plus tard Fermi-Dirac, et plus tard Maxwell), que les fermions (électrons) à une température donnée ont tendance à occuper le volume du conducteur (métal) lorsque les électrons volent librement comme des particules de gaz idéal et rebondissent contre les atomes. La vitesse (énergie) des particules individuelles est d'environ 1K miles par seconde (inférieure à la vitesse de la lumière), la vitesse de dérive est de quelques millimètres par seconde (voir le wiki "vitesse de dérive"). La distance moyenne de vol libre des électrons définit la "conductivité". Pour un observateur du flux d'électrons, le comportement des électrons ressemblera à une tendance des particules à maintenir la "électroneutralité", lorsque chaque partie locale du conducteur contient une quantité approximativement égale d'électrons et de protons. Les électrons sont chargés, ils appliquent donc une force de répulsion les uns aux autres. L'implication de la force, de la vitesse et de la masse dans le temps signifie qu'il y a des photons virtuels émis et absorbés lors de l'accélération et de la décélération des électrons. Ces photons se propagent beaucoup plus rapidement que les particules et créent une "pression". Globalement, en fonction du matériau, la vitesse du mur de pression est proche de la vitesse de la lumière. On peut l'appeler "vague". Le reste de l'histoire est mieux expliqué par Endolith ci-dessus.

Les chiffres relatifs au cuivre à la température ambiante peuvent être consultés dans cet article .

TLDR: Gaz électronique idéal avec mécanique statistique-> Boltzman-> Fermi-Dirac-> Maxwell-> Ohm

Personne n'a mentionné le fait que tous les schémas adoptent ce qu'on appelle le modèle à éléments localisés .

Dans un schéma, un fil n'est pas un fil au sens commun, c'est une relation de simplification entre les nœuds. Si vous vouliez décrire étape par étape ce qu'il advient du courant (ou de ce qu'il "détecte") le long d'un fil, vous devrez dessiner une série infinie d'éléments passifs.

La meilleure analogie qui m’ait aidé à comprendre très rapidement et facilement, j’ai rencontré quelque part sur Internet, mais je ne peux pas pointer la source pour le moment. Si quelqu'un sait où il se trouve, faites le moi savoir, afin que cela puisse être inclus. L'analogie est très courte et ce sera une réponse très courte. Aucune formule que ce soit. Donc, c'est un peu non scientifique, mais c'est une analogie élégante et vraiment facile pour un être humain à imaginer et à comprendre.

La plupart des gens imaginent des circuits simples comme ceux des exemples, comme un tube ou un tuyau vide rempli d’eau. C'est en partie parce que l'analogie prolifique d'écoulement de l'eau.

En réalité, cela ressemble beaucoup plus à un tube rempli de boules solides comme un tube de bowling. Ce tube est rempli de billes alignées d'un bout à l'autre et il n'y a pas d'espace entre elles. Lorsque vous poussez la balle à une extrémité, toutes les balles parcourent la même distance .

Ce mouvement est le courant d'électrons et la force nécessaire pour déplacer les billes est la tension appliquée.

Une autre source de confusion est la phrase "chemin de moindre résistance". Quelqu'un peut imaginer une personne à la croisée des chemins qui choisit l'une des trois manières possibles. Quand une personne a pris un chemin, tout le monde a suivi ce chemin, et c’est exactement comme cela que le courant ne circule pas . Au lieu de cela, le courant "se divisera" et coulera dans toutes les directions possibles, mais proportionnellement à la résistance de cette manière. Parfois, la résistance est si élevée que le montant actuel est si faible qu’il est avantageux d’être négligé pour simplification.

$V_S$$\frac{V_S}{R}$

$I_1 = \dfrac{V_S}{R_1}$

$I_2 = \dfrac{V_S}{R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S$$R_1$$R_2$

$R_1 || R_2 || ... R_n = \dfrac{1}{(\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} + ... \dfrac{1}{R_n})}$

$R_1 || R_2 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}} = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

En utilisant à nouveau la loi d'Ohm, il est facile de calculer

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1 || R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1} + \dfrac{V_S}{R_2} = V_S \times \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2} = V_S \times (R_1 || R_2)$

En fait, les vagues ont beaucoup à voir avec cela, jusqu'à ce que l'état d'équilibre soit atteint. Au départ, même le circuit le plus simple constitué d'une batterie, d'un commutateur, d'un fil et d'une résistance est une ligne de transmission, entourée d'ondes électromagnétiques, qui nécessite une analyse transitoire pour la comprendre. Cette analyse transitoire répondra à la question initiale de ce blog, si je comprends bien la question ... Même la batterie est complexe et, initialement, jusqu’à ce que l’état stable soit atteint, une analyse qui est régie par maxwells eqn, et plus encore. Dans les années passées, DC101 était initialement enseigné en utilisant l'analogie de l'eau dans les tuyaux, etc. Des analogies ont également été établies pour l'inductance et la capacité. C'est un excellent moyen d'aider quelqu'un à comprendre DC, si vous disposez de cinq minutes pour le lui enseigner, et que la loi ohms est à la portée de votre élève.

C'est comme une autoroute pleine de voitures où l'autoroute est le conducteur et les voitures sont les électrons. S'il y a des travaux routiers limitant l'autoroute de trois à une voie, toutes les voies ralentissent et les voitures situées à 20 milles en arrière ne pourront pas aller plus vite sur la section à trois voies car les voitures devant ne les laisseront pas.