Bagaimana listrik “mengetahui” rasio hambatan pada pembagi tegangan?

Saya mengalami kesulitan mengkonseptualisasikan apa / bagaimana hal-hal bekerja dalam pengaturan pembagi tegangan. Saya telah membaca beberapa pertanyaan / penjelasan lain di mana penjawab mengatakan "tidak memikirkannya dalam hal air", tetapi sulit untuk tidak melakukannya, sampai batas tertentu.

Yang tidak saya dapatkan adalah bagaimana listrik berubah / beradaptasi setelah resistor PERTAMA berdasarkan rasio antara itu dan resistor KEDUA? Saya tahu ini ada hubungannya dengan "tekanan" dan pipa, tetapi jika Anda memiliki hambatan lebih lanjut dalam rantai aliran, secara konseptual bagaimana bedanya resistensi apa yang berada di bawah pipa?

Dan melangkah keluar pembagi tegangan (tapi masih di bidang pertanyaan tentang penurunan tegangan dan rasio) - bagaimana / mengapa SEMUA tegangan bisa jatuh di atas resistor dalam sirkuit satu-resistor, tetapi dengan 2+ resistor / beban, elektron "tahu" entah bagaimana jatah tegangan turun secara proporsional? (Jelas saya tahu elektron tidak secara sadar mengerjakan ini dan membuat keputusan). Mengapa tidak ada drop tegangan statis pada resistansi statis / beban? Mengapa itu tergantung pada resistor / beban lain di sirkuit?

(Saya tidak keberatan teknis, tetapi jika memungkinkan, setidaknya tambahkan beberapa jenis konsepsi visual atau demonstrasi, jika Anda mau! :) Terima kasih!

Mari kita lakukan eksperimen pikiran lain:

Bayangkan kita secara bertahap memperpendek hubungan antara dua resistor hingga sangat kecil. Sekarang Anda secara efektif memiliki satu resistor dengan titik pembagi di suatu tempat di tengah. Salah satu ujung resistor ini terhubung ke tegangan suplai, misalkan 5 Volts. Ujung lainnya terhubung ke ground, yang akan kita sebut 0 Volts karena kita akan menggunakannya sebagai titik referensi untuk pengukuran tegangan kita.

Sekali lagi, bayangkan bahwa kita secara bertahap menggerakkan titik-pembagi ke atas ke ujung 5V atau ke bawah ke ujung 0V. Di lokasi mana di sepanjang resistor gabungan ini, Anda akan berharap tegangan yang diukur turun dari 5 Volts ke 0 Volts?

Apakah jelas bahwa tegangan tidak memiliki perubahan langkah pada satu titik, tetapi sebanding dengan fraksi resistor di bawah titik pembagi? Penurunan tegangan linier di sepanjang panjang resistensi gabungan .

Sekarang bayangkan bahwa kita secara bertahap mengembalikan panjang koneksi yang kita bentangkan dalam visualisasi pertama. Dan bayangkan koneksi itu sendiri tidak memiliki hambatan - nol. (Ini tidak sepenuhnya nol, tetapi sangat dekat sehingga kita dapat mengabaikannya). Apakah jelas bahwa tegangan tidak akan berbeda di kedua ujung sambungan saat Anda merentangkannya lagi?

Tegangan total turun secara linier di atas resistan total , dan titik pembagi "sampel" tegangan pada bagian tertentu dari total.

Arus tidak "peduli" atau "tahu" apakah mengalir melalui banyak resistor individu, atau satu resistor kontinu; tegangan turun terus menerus di sepanjang setiap segmen jalur resistan. Koneksi "nol perlawanan" tidak masalah .

Sejauh menyangkut arus tidak ada pembagi, hanya ada satu jalan yang memiliki resistensi (total) tertentu. Katakanlah Anda memiliki 1k$\Omega$ dan 2k$\Omega$resistor secara seri. Total: 3k$\Omega$, dan jika Anda menerapkan 3V di atasnya Anda dapatkan, sesuai Hukum Ohm

$I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{3V}{3k\Omega} = 1mA$

Sekarang Hukum Ohm juga berlaku untuk setiap resistor dalam rantai. Untuk menemukan tegangan melintasi 1k$\Omega$ penghambat:

$V = I \cdot R = 1mA \cdot 1k\Omega = 1V$

Jadi memang Anda mendapatkan sebagian kecil dari 3V asli, itu sebabnya itu disebut pembagi, yang rasionya ditentukan oleh rasio antara resistor. Namun untuk saat ini tidak ada perbedaan antara beban 3k$\Omega$ dan satu terdiri dari 1k$\Omega$ ditambah 2k$\Omega$ penghambat.

Apa yang salah dengan memikirkan analogi air? Dengan pompa mendorong air melalui kapiler, pengukur tekanan di bawah ini akan melihat tekanan penuh pada titik X, tetapi sekitar setengah tekanan pada titik Y. Air tidak 'tahu' apa tekanan yang terjadi, itu hanya menemui sedikit resistensi karena bergerak turun kapiler dan tekanan berkurang secara proporsional.

(Ini adalah, kebetulan, bagaimana katup bypass dalam sistem pemanas sentral domestik mengontrol laju aliran melalui radiator).

Gambarannya adalah ini: Elektron didorong oleh suatu gaya. Jumlah total gaya (tegangan suplai) akan dibagi antara jumlah hambatan di setiap bagian trek. Aliran elektron menyeimbangkan dirinya sedemikian rupa sehingga jumlah semua tegangan pada semua elemen bertambah hingga ke tegangan suplai.

Penjelasan: Arus pada dasarnya adalah "semua elektron dalam kawat bergerak perlahan ke suatu arah". Bayangkan seikat bola dalam selang. Seseorang harus keluar dari sisi lain ketika Anda menekan satu di sisi Anda.

Untuk membuat mereka bergerak, Anda harus mengerahkan kekuatan. Ini adalah gaya listrik, yaitu ketika medan listrik (Tegangan pada dasarnya) bekerja pada benda-benda bermuatan, elektron dalam kasus kami.

Untuk membuat mereka bergerak lebih cepat, Anda harus mengerahkan lebih banyak kekuatan. (atau lebih tepatnya, kekuatan yang sama lebih sering)

Berapa banyak kekuatan yang dibutuhkan relatif terhadap kecepatan / arus, tergantung pada resistansi jalan.

Semua elektron di jalur bergerak bersama. Artinya semua, di sumber daya, kabel, dan resistor, semua elektron, bergerak kurang lebih bersamaan.

Sekarang elektron bergerak. Untuk setiap bagian yang sangat kecil dari lintasan, ada hambatan, yang menentukan seberapa besar tegangan yang harus ada untuk membuat elektron bergerak. Mereka bergerak bersama, karena ada arus. Mereka terpaksa melakukannya.

Tegangan masing-masing bagian jalan menambah hingga total tegangan.

Ini semua tentang hukum Ohm .

Tegangan pada dua resistor menciptakan arus yang mengalir ke keduanya. Arus ini akan sama untuk semua resistor, jika mereka terhubung secara seri, dan akan diberikan oleh hukum Ohm.

Pada setiap resistor, arus yang mengalir akan menyebabkan penurunan tegangan, sekali lagi diberikan oleh mr O's law.

Anda dapat menemukan matematika di mana-mana, tetapi pertama-tama pahami ini dan cara kerja resistor. Karena ini adalah topik yang disalahgunakan, saya lebih suka menyarankan Anda membaca wiki tentang resistor dan hukum Ohm . Setelah Anda memahami keduanya, pembagi tegangan akan menjadi sangat jelas.

Bagaimanapun:

Bagaimana listrik “mengetahui” rasio hambatan pada pembagi tegangan?

Bagaimana Anda tahu bahwa jika Anda melompat dari jembatan, Anda jatuh pada kecepatan tertentu? Itu hanya karena fisika.

Nah, yang pertama adalah tampilan dengan satu resistor. Kami akan melihat ini dengan pengaturan baterai mobil dan mengatakan kami memiliki arde negatif dan panas + 12v.

Di sirkuit pertama kami, kami memindahkan 12 volt melintasi 12 ohm tahanan dan memindahkan 1 amp untuk 12 watt melintasi beban kami. Itu semua yang bisa pindah ke sana. Perbedaan relatif antara penawaran dan penerima adalah sama.

Anda bisa melihat ini juga sebagai tanah +6v panas dan -6v dan sirkuit akan bertindak persis sama. Meningkatkan persediaan Anda (panas) atau menurunkan wastafel Anda (arde) akan menciptakan perbedaan potensial (tegangan).

Sekarang, mari kita ubah muatan kita: dua resistor masing-masing 6 ohm. Resistan total kami sekarang 12 ohm lagi, jadi kami masih akan menarik 1 amp. Setiap beban sekarang mengkonsumsi setengah dari itu: 6 watt. Untuk mengkonsumsi 6 watt melintasi resistor 6 ohm dengan daya 1 amp, Anda harus kehilangan 6 volt. Ingat, arus tetap konstan dalam suatu rangkaian di mana pun Anda mengukurnya. Itu sebabnya sekring efektif di mana saja dalam rangkaian seri. Ingat bahwa arus listrik pada dasarnya adalah aliran (galon per menit), dan daya yang diturunkan adalah kombinasi dari aliran dan tekanan (tegangan). Dengan demikian, tegangan * arus listrik == watt (daya motif).

Jadi itulah bagian listriknya. Untuk menggunakan analogi air, Anda harus memikirkan sistem saluran air sedikit berbeda. "Tenggelam" tempat air mengalir sekarang harus dianggap bertekanan, sehingga memberikan tekanan balik. Muatannya adalah turbin di dalam pipa. Jika pasokan kami adalah 100 psi dan wastafel kami adalah 50 psi, kami akan mendapatkan aliran.

Perbedaan tekanan antara dua titik pada pipa setelah beban akan menjadi sangat kecil. Masih akan memiliki tekanan terhadap dunia luar, tetapi tekanan relatif ketika direferensikan terhadap tangki wastafel 50 psi kami akan sangat rendah. Menambahkan split dengan banyak pipa setelah beban terakhir tidak akan mengubahnya.

Jika kita memasang pipa sebelum muatan pertama dan menghubungkannya setelah muatan terakhir, kita akan melihat 100 psi di atasnya ... atau 50 psi relatif terhadap dua tangki kita. Jika kita mengetuk di tengah dua turbin yang sama ke wastafel kita, kita akan melihat tekanan 25 psi. Air harus mengeluarkan energi untuk melewati turbin pertama.

Selama kita memiliki tekanan (voltase) yang cukup untuk memutar turbin (menggerakkan muatan), kita akan melihat penurunan pada turbin yang sama dengan perbedaan tekanan di kedua sisi. Jika kita menempatkan beberapa turbin di sana, kita akan melihat penurunan tekanan yang sebanding dengan jumlah upaya yang diperlukan untuk memutar turbin.

Ingat bahwa tegangan dan tekanan keduanya berhubungan dengan referensi relatif. Bagaimanapun, 0psi di tanah biasanya diukur secara relatif, dan sebenarnya 14,7 psi (absolut). Jadi, berpura-puralah sedetik bahwa sirkuit suplai Anda + 24v panas hingga + 12v, dan mungkin lebih masuk akal karena Anda akan memvisualisasikan beberapa tekanan balik di kepala Anda dan benar-benar fokus pada kenyataan bahwa tekanan relatif adalah penggerak titik.

Kami menciptakan daya yang lebih besar di seluruh turbin kami dengan menggunakan pipa yang lebih besar dan turbin yang lebih besar dengan tekanan yang sama, atau kami dapat meningkatkan tekanan pada pipa saat ini. Namun, penurunan tekanan di turbin kami akan selalu tetap proporsional selama air dapat mengalir.

Semuanya ada di medan listrik. Jadi jika kita memiliki sirkuit dengan dua resistor dan kita menghubungkan baterai, medan listrik kemudian muncul dari satu ujung baterai, ke ujung lainnya melalui dua resistor. Ini adalah bagian yang bergerak dengan kecepatan cahaya (dalam materi). Medan ini dipengaruhi oleh material kawat dan resistansi, dan juga lebar jalur, dll. Oleh karena itu, kekuatan medan pada titik yang berbeda semuanya dikendalikan oleh resistansi. Elektron dalam materi kemudian bereaksi terhadap medan. Tingkat pergerakannya dikontrol oleh kekuatan medan, dan ini ditentukan oleh nilai resistansi. Jadi elektron bergerak pada laju yang diprediksi karena medan yang mengendalikan mereka, dikontrol sendiri oleh resistor.

Semoga ini yang kamu cari,

Saya juga suka memikirkannya dalam analogi air, tapi lebih mudah. Ini berfungsi seperti ini:

Pikirkan pipa, di mana diameter bagian yang berbeda berbeda. Semakin besar diameternya, semakin banyak air yang bisa mengalir. Resistansi bernilai lebih tinggi akan bekerja seperti pipa berdiameter lebih kecil, sehingga lebih sedikit aliran air.

Katakanlah Anda memiliki 2 resistensi: 1k dan 2k. "Pipa" 2k resistansi adalah sekitar setengah diameter "pipa" 1k resistansi. Jika Anda memberikan jalan keluar yang bagus untuk air di antara mereka (yaitu, garis voltase yang dibagi), banyak air akan melewatinya tetapi tidak semua. Sebagian air masih akan melewati "pipa" 1k, karena ada ruang di dalamnya jika itu kosong. Berapa banyak? kira-kira 1/3 dari air akan dapat menggunakan pipa 1k dalam jumlah waktu yang sama dengan 2/3 yang keluar melalui pipa pemisah tegangan. Jadi dalam hal potensi, Anda akan memiliki sekitar 2 / 3V melalui pembagi. Itu semua tergantung pada seberapa banyak air masuk (karena resistensi pertama) dan berapa banyak air bisa keluar ke tanah (karena resistensi kedua).

Lagipula itu akan menjadi potensi penuh di kedua ujungnya, karena itu wajib, tetapi di tengah Anda akan memiliki potensi yang dapat melarikan diri melalui rute ini, yang jauh lebih menggoda daripada rute lainnya.

Saya tidak yakin apakah analoginya 100% akurat, tetapi ini adalah model mental ... itu tidak benar-benar harus akurat, hanya ekspresif :)