Y a-t-il une «unité de temps» implicite impliquée dans la mesure de l'électricité? (par exemple miles par heure, ko par seconde, ampères par ???)

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Je suis très nouveau dans l'électronique et je traverse ce qui doit être une difficulté courante pour saisir la tension, le courant et la résistance. Je limiterai ma question au courant car je soupçonne que cette pièce peut faire la lumière sur la tension et la résistance.

J'ai lu quelques questions ici:

Et ils ont aidé un peu mais je continue de me débattre. Une partie spécifique qu'il est difficile pour moi de résoudre mentalement est que je lis sur les unités de mesure de base, mais je ne suis pas tout à fait sûr de ce qui est mesuré. Par exemple, une livre mesure la force de gravité qui tire sur une collection d'atomes. Un gallon est la quantité de liquide qui peut occuper un espace fixe. L'électricité ... Je me perds dans les détails de ce qui est observé.

De nombreuses unités de mesure sont une quantité fixe de quelque chose qui ne change pas (sauf si on y donne suite). Par exemple:

1 gallon de lait
16 onces de boeuf
30 litres d'air

Cela ne semble pas logique avec quelque chose comme le courant qui mesure les électrons constamment en mouvement. Alternativement, nous effectuons des mesures de quelque chose qui change au fil du temps:

35 miles par heure
128 kilobits par seconde
5000 gallons par minute

En ce qui concerne le courant, nous disons simplement "ampères", pas "ampères par quelque chose ". Eh bien, je comprends que les "ampères" mesurent le flux d'électrons, mais que signifie exactement ce "flux"? Est-ce le nombre d'électrons (ou le nombre d'autre chose) passant par un emplacement sur un circuit en une seconde (ou une autre unité) de temps? Quand je touche les fils de mon multimètre à un fil, qu'est-ce qu'il "regarde" exactement?

J'ai lu que les volts sont une mesure de l'énergie potentielle liée aux joules et aux coulombs ( http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_2/1.html ) (plus de confusion mais c'est bien) et je crois que les coulombs sont mesurés par seconde. Est-ce que la seconde se répercute également sur les amplis?

La seule autre chose à laquelle je peux penser, c'est que les amplis pourraient être plus comme la pression où vous mesurez des livres par pouce carré .

Je sais que l'électricité est l'électricité et aucune analogie n'est parfaite. J'essaie de comprendre l'électricité pour ce qu'elle est, je ne suis pas sûr de savoir comment ces mesures sont réellement effectuées. Peut-être que je réfléchis trop, mais une compréhension plus approfondie serait formidable.

(Si cela a déjà été expliqué à mort, je m'excuse, je ne connais peut-être pas le meilleur terme de recherche à utiliser.)

Mec, en tant que nouveau venu sur ce site, je suis tellement époustouflé que tant de gens ont pris autant de temps pour m'aider à comprendre cela. Comme beaucoup de choses, je pense que ça va prendre du temps et beaucoup plus de lecture / expérience pour "s'enfoncer" mais toutes les réponses étaient si utiles. Je marque la réponse «les amplis incluent le temps» comme celle qui m'a le plus aidé, car elle répondait au cœur de ma question «les amplis par quoi ?». J'imagine des "amplis" un peu comme des " nœuds " dans le sens où les quantités font partie de la définition du mot au lieu d'être explicitement déclarées comme elles le seraient dans une autre unité comme "miles par heure ". Ce n'est pas une analogie parfaite, mais au moins cela m'aide à comprendre où sont passés tous les chiffres.

current-measurement

— Cliff Pruitt
source

Concernant comprendre "un volt", voir electronics.stackexchange.com/questions/73375/…

— Phil Frost

Aussi, ne tombez pas dans le piège de penser que la charge électrique est constituée d'électrons. Les électrons ont une charge électrique, et bien qu'ils aient «électr» dans leur nom, ils ne sont pas le seul type de charge électrique. electronics.stackexchange.com/questions/72875/…

— Phil Frost

Merci Phil. Cette question semble être une excellente lecture. Je serai sûr de le parcourir. Comme je l'ai dit dans mon article, j'essaie actuellement de bien comprendre le courant (une chose à la fois, non?) Mais certains des points liés à la tension dans les réponses ont été très utiles pour comprendre le courant, donc j'apprécie le lien.

— Cliff Pruitt

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Je parie que vous aimeriez

— Phil Frost

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"Litres cubes"? est-ce quelque chose de Picasso? Un litre est une mesure de volume, donc dire des litres cubes, c'est comme dire des acres carrés!

— Andy aka

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Les ampères incluent le temps ...

Ampères = Coulombs par seconde

Cela dit plus simplement que ...

Current = amount of charge per time interval

C'est une métrique de débit. Comme de l'eau ... litres (volume -> quantité) par minute (temps)

Plus en profondeur

En termes pratiques, l'ampère est une mesure de la quantité de charge électrique passant un point dans un circuit électrique par unité de temps avec 6.241 × 10 ¹⁸ électrons, ou un coulomb par seconde constituant un ampère.

- Article Wikipedia

Sondage

Quand je touche les fils de mon multimètre à un fil, qu'est-ce qu'il "regarde" exactement?

Si vous êtes en mode de mesure de tension, vous mesurez effectivement la "pression" entre les deux fils - le degré auquel les charges dans un fil cherchent à atteindre l'autre (mais ne peuvent pas). La raison pour laquelle le gradient de charge ne peut pas être neutralisé dépend du circuit. Dans un condensateur, par exemple, une barrière quelconque l'empêche. L'existence d'une tension entre deux points nécessite qu'un tel gradient existe.

Si vous êtes dans un mode de mesure de courant, les fils sont installés dans le chemin de courant (en série avec) et le compteur mesure la quantité de charge qui les traverse en temps unitaire (il le fait en fait indirectement en appliquant la loi d'Ohm).

Lectures complémentaires

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

— DrFriedParts
source

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"le degré auquel les charges dans une piste cherchent à atteindre l'autre (mais ne peuvent pas)" - Oh mon Dieu. Après toutes les descriptions et analogies que j'ai lues, cette seule déclaration m'a aidé à accepter la "tension" plus que toute autre que j'ai lue. J'ai toujours été confus sur la façon dont quelque chose pouvait avoir une haute tension sans courant élevé, mais je suppose que si vous n'aviez que 100 électrons qui voulaient très mal se déplacer, ce serait le cas. Et compter le nombre d'entre eux qui se déplacent par seconde serait le courant. Suis-je (en quelque sorte) sur la bonne voie? Merci!

— Cliff Pruitt

2

@CliffPruitt même si vous aviez un milliard d'électrons qui voulaient se déplacer très mal, mais ne le peuvent pas, vous ne pouvez toujours pas avoir de courant. Les volts mesurent le potentiel électrique . La pression est également un potentiel . La hauteur en est une autre. Un réservoir haute pression ne décharge pas nécessairement de fluide. Une pierre sur une montagne ne tombe pas nécessairement. Un rocher n'a pas besoin d'être gros pour être haut. Un réservoir n'a pas besoin d'être grand pour contenir une haute pression.

— Phil Frost

Ne pas être pédant, mais il faut lire Current = charge per unit timeou rate of change of charge; pas besoin d'inclure des unités lorsque vous semblez simplement spécifier des dimensions.

— Justin L.

@Justin - Oui. Cela a plus de sens de cette façon. J'essayais de refléter la structure de la question, mais c'est mieux votre façon. Modifié.

— DrFriedParts

@PhilFrost Oui, compris. J'essayais juste de garder le courant dans le mélange, mais je comprends que deux bornes d'une batterie sans circuit ont une tension mais pas de courant.

— Cliff Pruitt

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L'unité de charge la plus fondamentale est l'électron, mais il est peu pratique à utiliser. Un coulomb est une plus grande unité de charge représentant la charge d'environ 6 241 509 324 000 000 000 d'électrons. Un ampère est une unité sténographique représentant un débit d'un coulomb (soit 6 241 509 324 000 000 000 d'électrons) par seconde, ce qui signifie que si un fil a un ampère de courant continu qui le traverse, il y aura environ 6 241 509 324 000 000 000 d'électrons supplémentaires entrant dans une extrémité et quitter l'autre que l'inverse.

— supercat
source

Merci beaucoup d' avoir apporté des nombres littéraux dans l'image. Cela aide vraiment. Je ne peux pas croire que ce n'est pas quelque chose expliqué dans chaque morceau de littérature pour débutants. Il semble si fondamental de savoir ce que signifie la mesure.

— Cliff Pruitt

@Cliff: En fait , il est expliqué. Il suffit de rechercher "Ampère" et vous devriez trouver du coulomb par seconde, ce qui devrait vous amener à rechercher le coulomb.

— Olin Lathrop

Les charges d'électrons 2/3 ou 1/3 sont plus fondamentales en.wikipedia.org/wiki/Quark#Electric_charge

— Pete Kirkham

@PeteKirkham: Les charges électriques sont-elles subdivisables? Je sais que les particules chargées sont considérées comme contenant des quarks, et si l'on mesure les charges de diverses combinaisons de quarks et les branche dans des équations, ces équations fonctionneront si l'on assigne aux quarks des charges qui sont des fractions de 1/3 d'électron ( ou proton), mais je ne pense pas qu'il soit possible de mettre un quark dans une situation où sa charge peut être observée directement; le fait qu'un groupe de trois quarks identiques ait une charge égale à un électron ne signifie pas que chaque quark seul aurait une charge de 1/3.

— supercat

«Fondamental» et «directement observable» ne sont cependant pas la même chose. Il existe de nombreuses preuves que la plus petite charge directement observable est constituée de la combinaison des charges de particules plus fondamentales, indépendamment de l'observation directe des particules.

— Pete Kirkham

3

Plutôt que de répondre directement à votre question (d'autres l'ont fait assez bien), j'aimerais introduire un modèle mental et un outil analytique qui devraient vous aider à comprendre ces réponses. Cet outil est l'analyse dimensionnelle .

Le concept fondamental est qu'une unité est un symbole qui peut être manipulé algébriquement. Je pense qu'un exemple est le meilleur. Nous savons que le volume d'un cuboïde rectangulaire est sa largeur, multiplié par sa hauteur, multiplié par sa profondeur. Disons que nous le mesurons à 1 mètre de haut, 2 mètres de large et 3 mètres de profondeur. Alors:

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

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

$m$ $x$

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

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

Autrement dit, le volume de ce cuboïde est de six mètres cubes. Mais nous pouvons mesurer le volume en unités autres que les mètres cubes. En fait, trois unités de longueur, multipliées ensemble, sont une unité de volume. L'aire est deux unités de longueur multipliées ensemble, donc si je multiplie l'aire par la longueur, j'obtiens du volume. Alors disons que je veux mesurer le volume dans une unité wacko que je viens de fabriquer, l'acre-inch.

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

\frac{6 m m m}{1} \frac{1 a c}{4046.86 m^{2}} \frac{1 i n}{2.54 c m} \frac{100 c m}{1 m} \approx 0.058 a c \cdot i n

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

Six mètres cubes correspondent à 0,058 acre-pouces. Pourquoi voudrais-je mesurer le volume en acres-pouces? Je n'ai aucune idée, mais je peux. Le fait est que les unités peuvent être manipulées algébriquement.

Cela donne un nouvel aperçu de la signification des unités. Choisissez n'importe quelle unité, comme le watt , et wikipedia vous dira quelque chose comme:

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

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

L'élégance des unités SI est que toutes les unités sont liées par un facteur 1, nous n'avons donc pas à l'écrire. Donc, ce que cela dit, c'est qu'un watt est égal à un joule par seconde. Ou, un newton-mètre par seconde. Ou, un kilogramme-mètre carré par seconde cube. Ou, un watt est un volt-ampère. Ce sont tous la même chose.

$P$ $E$ $I$

P = I E

$P = I E$

Sachant que le courant peut être mesuré en ampères et que la tension est en volts, la puissance doit être mesurée en volts-ampères. Et bon, selon Wikipedia, c'est un watt:

W = V \cdot A

$W = V\cdot A$

par conséquent:

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

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

$10V$ $10mA$

P = \frac{10 m A}{1} \frac{10 V}{1} \frac{A}{1000 m A} \frac{W}{V \cdot A} = 0.1 W

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

Voici quelques exemples supplémentaires d'analyse dimensionnelle:

— Phil Frost
source

OK, tout cela a beaucoup de sens. La partie sur laquelle je me suis accroché est que pour que tout cela fonctionne et que nous communiquions entre nous et signifions la même chose, quelque part quelqu'un a dû trouver l'unité dont nous mesurons "un", n'est-ce pas? On peut dire qu'un "Verne" est égal à 0,025 Joule, mais sans quelque unité définie quelque part, tout ce que nous aurions serait une formule montrant une relation et non un système de mesure. Un "ampère" applique donc cette relation et utilise 1 joule et 1 seconde comme valeurs dans la formule par ailleurs ouverte. Oui?

— Cliff Pruitt

@CliffPruitt toutes les définitions des unités SI finissent par se résoudre en l'une des sept unités de base SI , qui ont des définitions basées sur des phénomènes physiques reproductibles.

— Phil Frost

@CliffPruitt, un livre que j'ai trouvé comme une source intéressante de réponses aux questions sur la façon dont les mesures ont été quantifiées par les unités que nous utilisons aujourd'hui est The Science of Measurement . Il couvre à la fois l'historique de chaque quantité abstraite et la standardisation des unités pour mesurer cette quantité. Une mise en garde est qu'il a été écrit en 1974, et il y a eu une poignée de modifications aux normes depuis lors.

— RBerteig

2

En ce qui concerne la tension, nous disons simplement "ampères", pas "ampères par quelque chose".

Vous avez un malentendu.

Les ampères mesurent le courant.

Les volts mesurent la différence de potentiel. La tension est un autre mot pour la différence de potentiel, lorsque vous la mesurez avec les unités de volts.

Comme d'autres l'ont répondu, les amplis mesurent le flux d'électrons et un ampli équivaut à 1 cuolomb de charge passant par seconde.

Lorsque le courant dans un fil change, il n'est pas rare de mesurer le taux de changement en "ampères par seconde" ou A / s.

J'ai lu que les volts sont une mesure de l'énergie potentielle liée aux joules et aux coulombs

Les volts peuvent être réécrits en watts par ampère ou en joules par cuolomb. Regardons la deuxième forme, joules par cuolomb.

Cela signifie que si le potentiel à un certain point de l'espace est maintenu constant à 1 V, il faudra 1 joule d'énergie pour pousser 1 C de charge à cet endroit.

Ou il faudrait 1 J / s pour déplacer 1 C / s à cet endroit; 1 Watt par ampère de courant circulant vers cet emplacement.

— Le photon
source

"En ce qui concerne la tension, nous disons simplement des amplis" - Oups, je m'excuse pour le glissement trompeur. Je comprends que la tension mesure l'énergie potentielle et non le courant. Avec autant de termes, j'essaie de comprendre que le mauvais mot sort au mauvais moment.

— Cliff Pruitt

1

Une analogie mécanique peut aider à trier les choses.

Dans une analogie mécanique, la force est analogue à la tension tandis que la vitesse est analogue au courant (électrique) .

Comme vous le savez peut-être, le produit de la force et de la vitesse est la puissance (mécanique) et, de façon analogue, le produit de la tension et du courant est la puissance (électrique).

Alors que la force est l'énergie par mètre, la tension est l'énergie par Coulomb (Coulomb est l'unité de charge électrique).

Alors que la vitesse est de mètres par seconde, le courant est de Coulombs par seconde.

Nous appelons la force et la tension du travers des variables alors que la vitesse et le courant sont par des variables.

Dans les deux cas, le produit de la variable transversale et traversante est l'énergie par seconde qui est la puissance.

— Alfred Centauri
source

Ai-je raison de dire que bien que la vitesse spécifie la vitesse (et la direction) d'un seul objet, la tension diffère car elle traite du nombre d'objets (électrons) et ces objets se déplacent toujours à une vitesse fixe? La résistance diminue le nombre d'électrons en mouvement mais pas leur vitesse. Est-ce que je comprends bien ou est-ce que je suis complètement hors de la base?

— Cliff Pruitt

La tension ne concerne pas le nombre d'objets; il s'agit de "combien" ils veulent se déplacer.

— Justin L.

@CliffPruitt Ne pensez pas aux électrons se déplaçant à la vitesse de la lumière. Les forces transmises à travers elles se déplacent à la vitesse de la lumière. Les électrons non. amasci.com/miscon/speed.html

— Phil Frost

@CliffPruitt, il est clair que vos notions de tension et de courant ne sont pas étroitement alignées sur les versions des manuels. Où trouvez-vous ces idées?

— Alfred Centauri

@AlfredCentauri Je n'ai aucune éducation formelle dans tout cela. Je suis programmeur de métier. J'ai commencé à vouloir bricoler de l'électronique audio et j'ai trouvé l'arrière-plan qui m'intéressait. Actuellement, les documents que je lis sont les fichiers PDF ici: allaboutcircuits.com - Je ne fais généralement pas bien d'apprendre des choses si je ne comprends pas le "pourquoi" derrière eux et l'électricité me ... me déroute. :-)

— Cliff Pruitt

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Donnons un coup avec une analogie commune pour les circuits.

Un circuit est comme une rivière . L'eau dans une rivière coule toujours "en descente" parce que l'eau au sommet de la colline veut descendre. L'eau cherchera toujours un point inférieur.

Si l'eau descend toujours en descente, comment est-ce un circuit?

Eh bien, vous pouvez penser à une rivière "en boucle" qui coule en descente - mais à une extrémité, il y a une roue à aubes qui ramène l'eau en bas vers le haut. Cette roue prend de l'eau à bas niveau, sans motivation pour couler n'importe où, et la "pousse" vers le haut, avec beaucoup de motivation pour couler en descente.

Si nous considérons la "hauteur" comme "l'énergie potentielle", la roue hydraulique prend de l'eau à faible énergie potentielle et la place dans une position d'énergie à potentiel élevé - "injectant" essentiellement de l'énergie potentielle gravitationnelle dans l'eau. cette eau nouvellement dynamisée ne perd pas de temps à dépenser cette énergie pour redescendre.

Cette «propension à descendre» est appelée potentiel, ce qui dans notre cas est analogue à la tension .

Le courant de la rivière est ... enfin .. Courant . Comment mesureriez-vous le courant d'une rivière?

Je dirais ... "prenez un chronomètre et chronométrez combien de litres d'eau passent par une certaine marque dans la rivière en une seconde". Cela ressemble à un moyen raisonnable de quantifier un courant. Litres par seconde.

Dans un circuit, votre eau est chargée. Au lieu de chronométrer combien de litres d'eau passent par un point sur un fil après une seconde, vous pouvez mesurer le nombre d'unités de charge qui passent par un point spécifique sur un fil par seconde.

Tout comme dire "décimètres cubes" est une bouchée et nous lui donnons une unité pratique - "litre", nous donnons également à "charge par seconde" un nom pratique - "ampères".

Nous le faisons beaucoup - "miles par gallon" se transforme en "kilométrage", "kilogrammes fois mètres par seconde par seconde" se transforme en "newton", "joules par seconde" se transforme en "watts".

Si la gravité ne le fait pas pour vous, pensez à l' eau dans les tuyaux et à la pression de l'eau .

J'ai de l'eau sous pression à une extrémité et de l'eau sans pression à l'autre. L'eau se déplacera du côté sous pression vers le côté sans pression. La pression est une mesure de la force de toutes les molécules d'eau voulant s'éloigner les unes des autres. Les molécules d'eau ont une distance confortable et la pressurisation consiste à pousser ces molécules d'eau de plus en plus près de ce point confortable.

Vous vous souvenez peut-être que les électrons se repoussent. Lorsque vous avez une «haute tension», vous avez vraiment une «haute pression électronique» - les électrons de rembourrage sont trop rapprochés pour leur propre confort.

Notez que cette analogie est en fait très littérale - la tension peut vraiment être considérée comme une pression électronique!

Tout comme mettre trop d'air dans un ballon ... les choses qui sont trop rapprochées voudront "s'échapper", et il y a une vraie force.

Maintenant, revenons à nos conduites d'eau - l'eau voudra se précipiter de l'extrémité pressurisée à l'extrémité non pressurisée.

Réfléchissez bien au tuyau. Quand nous laissons l'eau couler ... qu'est-ce qui se précipite réellement ? Est-ce les molécules d'eau? Imaginez une seule molécule d'eau à l'extrémité pressurisée et laissez la pression "aller". Cette molécule ne se précipitera pas à l'autre bout. Il restera juste en place pendant que la pression s'égalisera.

Alors qu'est-ce qui bouge réellement ?

La pression bouge.

Disons que vous avez un petit affichage à chaque pouce sur le tuyau qui mesure la pression à ce point précis. Au début, tous ceux de gauche sont hauts; tous ceux de droite sont bas.

Lorsque vous relâchez la pression ... vous voyez que ces affichages commencent à changer. L '«Altesse» commence à se déplacer vers la droite.

Supposons qu'un affichage indique "50" pour la pression, puis l'écran suivant à droite indique "20". Une seconde plus tard, le premier affichage indique maintenant "40" et le second indique "30". Vous pouvez voir cela comme 10 unités de "pression" se déplaçant vers la droite à un taux de 10 unités de pression par seconde. Ceci est courant - 10.

Maintenant, je joue un peu avec les dimensions et en quelque sorte en agitant à la main certaines des différences entre le potentiel et la charge, mais le principe de base est le même.

— Justin L.
source

D'accord, mais maintenant vous devez expliquer comment fonctionne la gravité.

— Pete Kirkham

Ce que nous appelons "courant" (dans le contexte de la loi d'Ohm) n'est pas défini comme des électrons en mouvement, ce ne sont pas des électrons par seconde comme vous l'avez indiqué. Il est chargé en mouvement. C'est des coulombs par seconde. Les électrons des circuits CC de faible puissance se déplacent à travers le cuivre de l'ordre des cenitmètres par heure. Les charges se déplacent comme une vague à des vitesses astronomiques plus rapides. La dérive réelle des électrons (centimètres par heure) est également techniquement un courant (c'est un flux d'électrons, après tout), mais ce n'est pas ce dont les gens parlent lorsqu'ils parlent de tension et de résistance.

— Adam Lawrence

@Pete Je déplace l'exigence "d'intuition" du potentiel électrique (qui est difficile) à la gravité, que les gens ont généralement une compréhension intuitive beaucoup plus élevée. il est difficile d'imaginer que la charge ait des potentiels et s'éloigne des potentiels élevés; il est facile d'imaginer que l'eau est haute et coule en descente et qu'elle est analogue

— Justin L.

@Justin Oui, il est beaucoup plus facile de comprendre la gravité car la gravité est quelque chose avec laquelle nous avons un contact naturel de première main. D'un autre côté, quelque chose "dans mes tripes" me persiste à me dire que ce n'est pas pareil et que c'est "qu'est-ce que c'est vraiment ?" que je continue d'essayer de comprendre. Je pense que je suis un peu dans la même position qu'un enfant qui apprend à se multiplier et qui est troublé parce qu'il ne comprend pas complètement la trigonométrie.

— Cliff Pruitt

@Madmanguruman Je pense que j'ai évidemment besoin d'une meilleure compréhension de la charge J'ai toujours supposé que quelque chose a reçu une charge en raison d'un excès ou d'une déficience en nombre d'électrons . Si les électrons ne bougent pas, je ne pense pas comprendre ce qui cause la charge. (Ne vous sentez pas obligé de répondre. Je suis un peu surchargé de toute façon.)

— Cliff Pruitt