Matematické Fórum

Prvočíslo napsal(a):

takže kdybych měl voltmetr a zapojil bych ho daleko od zdroje, tak by ukázal menší napětí, protože přeci body, mezi kterými měřím rozdíl potenciálů musí mít menší potenciály, než kdybych voltmetr zapojil hned vedle zdroje. Je to tak? Nebo jsem úplně mimo?

Úplně.

↑ MichalAld:

Já jsem tedy ještě zjistil, že když má zdroj napětí třeba 12 V (neuvažuji vnitřní napětí) a je k němu připojena třeba žárovka a prochází proud 1 A, tak než soubor elektronů o náboji 1 C, pohybující se od záporného pólu ke kladnému, doproudí k žárovce, tak má celkovou potenciální energii 12 V, po průchodu žárovkou ji veškerou ztratí a přemění se na jinou a na "druhé straně" tedy má potenciální energii 0 V. Doproudí ke kladnému pólu, ve kterém má pořád potenciální energii 0 V, ale díky elektromotorickému napětí získá zase potenciální energii 12 V.

Mně tedy ale vrtá hlavou, proč musí nutně ztratit tu celou celkovou elektrickou energii a jak je možné, že má nakonec nulovou potenciální energii, když ty elektrony jsou pořád v elektrickém poli. To je jako způsobeno tvarem toho elektrického pole, že se jednotlivé intenzity sečtou tak, že výsledná síla na ně působící je nulová? Jak se pak ale tedy můžou vůbec pohybovat? Nemůže to být tím, že na ně "tlačí" nově příchozí elektrony ze žárovky a tak se musí pohybovat dál?

Prvočíslo napsal(a):

Mně tedy ale vrtá hlavou, proč musí nutně ztratit tu celou celkovou elektrickou energii a jak je možné, že má nakonec nulovou potenciální energii, když ty elektrony jsou pořád v elektrickém poli. To je jako způsobeno tvarem toho elektrického pole, že se jednotlivé intenzity sečtou tak, že výsledná síla na ně působící je nulová? Jak se pak ale tedy můžou vůbec pohybovat? Nemůže to být tím, že na ně "tlačí" nově příchozí elektrony ze žárovky a tak se musí pohybovat dál?

No, tahle představa předpokládá, že se elektrony pohybují vodičem zcela bez odporu. Tedy že přívodní vodiče mají nulový odpor. Reálné vodiče samozřejmě odpor mají a část energie se "ztratí" na přívodních vodičích.

Potenciál se "neztrácí" jen když vodiči žádný proud neprotéká, tedy když tam žádná ta žárovka není.

Jinak - uvnitř vodiče (v ustáleném stavu) žádné elektrické pole není - to lze brát za definici vodiče.

↑ MichalAld:

Ale proč se tedy ty elektrony co prošly už tou žárovkou uspořádaně pohybují, když nemají žádnou elektrickou energii, když v místě, kde jsou, už není žádný elektrický potenciál? Není to tak, jak jsem psal výše?

A proč není ve vodiči v ustáleném stavu žádné elektrické pole? Jak se pak můžou ty elektrony uspořádaně pohybovat?

Prvočíslo napsal(a):

A proč není ve vodiči v ustáleném stavu žádné elektrické pole?

Tohle je úplně základní věc, a přitom to není tak úplně jednoduché, jak by se mohlo na první pohled zdát. Každopádně - ve vodiči jsou volné elektrony, a když by bylo ve vodiči nějaké pole, daly by se do pohybu. A někam by se přemístili.

Ovšem, elektrony mají náboj, a pokud je nějam přemístíme, z jejich rovnovážných polohy, vznikne nám tím další elektrické pole - mířící proti tomu původnímu. A dokud ve vodiči nějaké to pole zbývá, budou se elektrony pohybovat ... až se dostanou do stavu, kdy už tam žádné pole není.

Lze ukázat, že všechny volné náboje se rozloží na povrchu vodiče.

Takže uvnitř vodiče v ustáleném stavu žádné pole být nemůže - protože by uvedlo do pohybu ty elektrony. A ty se jaksi nemůžou pohybovat věčně, jednou se musí zastavit - a to je stav, kdy uvnitř vodiče žádná pole není.

No když by neměl nulovou potenciální energii, musel by dokázat vykonat ještě nějakou práci. A máš nějakou představu, kde a jak by to dělal ?

Můžeš si představit analogii s vodními korýtky. Horní korýtko je ve výšce h nad spodním. Voda má potenciální energii mgh, jak známo. Takhže horním korýtkem teče voda na mlýnské kolo, a spodním se vrací. Na konci je někde čerpadlo, které vodu zase čerpá do horního korýtka (to je analogie toho zdroje). Takže stačí když si své otázky přeformuluješ to tohoto modelu a bude ti to asi hned jasné.

1) Může voda téct zcela rovným korýtkem? Tj že má po celé délce stále stejnou výšku, tedy potenciální energii ?

Je jasné, že reálná korýtka musejí mít alespoň malý sklon, ale v idealizovaném případě mohou být (téměř) vodorovná.

2) Jak je možné, že když vodičem neprotéká proud, je na konstantním potenciálu?
Analogická otázka je, jak je možné, že když korýtkem neprotéká voda, jenom tam je (na konci je uzavřené) je na "stejném potenciálu", tedy její hladina je všude ve stejné výšce?

3) Jak voda, která z horního korýtka stekla do spodního ví, že už je na nulovém potenciálu?

Potenciál = výška.

Podle mě všechny nejasnosti pochází jen z toho, že elektrický potenciál je taková abstraktní věc, zatímco gravitační potenciál, který je rovný výšce, je celkem intuitivně jasný.