چه دلیلی برای ولتاژ بی‌نهایت و جریان صفر در یک مدار باز وجود دارد

از طبیعت فهم ولتاژ، فهمیدن ولتاژ بینایی در مدار باز (مثالي)

تعریف ولتاژ

ولتاژ کاری است که نیروی میدان الکتریکی انجام می‌دهد تا واحدی از بار مثبت را از یک نقطه به نقطه دیگر جابجا کند، یعنی

U=W/q

ولتاژ وجود دارد، کار وجود دارد، بار وجود دارد. در حالت باز، مسیر جریانی وجود ندارد، می‌توانیم از دیدگاه میدان الکتریکی نگاه کنیم.

شرایط میدان الکتریکی در مدار باز

وقتی مدار باز است، فرض می‌شود که میدان الکتریکی بین دو قطب منبع تغذیه وجود دارد، مانند قطب‌های مثبت و منفی باتری. چون جریانی وجود ندارد، بارها نمی‌توانند از طریق مدار حرکت کنند تا این میدان الکتریکی را تعادل بخشند. نظریاً، اگر بار q را از الکترود منفی منبع تغذیه به الکترود مثبت (در جهت خطوط میدان الکتریکی) حرکت دهیم، چون مسیر جریانی وجود ندارد، بار در این فرآیند انرژی دیگری (مانند اتلاف گرمایی به خاطر مقاومت در هادی) نخواهد داشت، بنابراین برای غلبه بر نیروی میدان الکتریکی کار نامحدود لازم است. طبق تعریف ولتاژ، در این زمان ولتاژ به بینایی میل می‌کند. اما این یک شرایط مثالي و نظری است، در عمل مدار باز کاملاً بدون نشتی وجود ندارد.

دلیل صفر بودن جریان در مدار باز

شرایط تشکیل جریان

جریان از حرکت جهت‌دار بارهای الکتریکی تشکیل می‌شود. در مدار، برای داشتن جریان مداوم، دو شرط لازم است: اولاً، باری که می‌تواند آزادانه حرکت کند (مانند الکترون‌های آزاد در هادی فلزی)؛ ثانیاً، میدان الکتریکی که باعث حرکت جهت‌دار بار می‌شود و مدار باید بسته باشد.

حالت مدار در زمان باز بودن

در حالت باز، مدار حلقه بسته نیست. به عنوان مثال، وقتی یک سیم در وسط قطع می‌شود، اگرچه الکترون‌های آزاد (بارهایی که می‌توانند آزادانه حرکت کنند) در سیم وجود دارند و میدان الکتریکی در دو طرف منبع تغذیه وجود دارد، اما چون مدار قطع است، الکترون‌ها نمی‌توانند حرکت جهت‌دار را در محل قطع ایجاد کنند، بنابراین جریان صفر است.