Zrozumienie natury napięcia i napięcia otwartego obwodu jako nieskończoności (idealnie)
Definicja napięcia
Napięcie to praca wykonana przez siłę pola elektrycznego, aby przesunąć jednostkę ładunku dodatniego z jednego punktu do drugiego, czyli
U=W/q
Istnieje napięcie, istnieje praca, istnieje ładunek. W stanie otwartym nie ma ścieżki dla prądu, możemy rozpatrzyć to z punktu widzenia pola elektrycznego.
Warunki pola elektrycznego w obwodzie otwartym
Gdy obwód jest otwarty, zakłada się, że istnieje pole elektryczne między dwoma biegunami źródła zasilania, takimi jak biegun dodatni i ujemny baterii. Ponieważ nie ma prądu, ładunki nie mogą przepływać przez obwód, aby zbilansować to pole elektryczne. Teoretycznie, jeśli przesuniemy ładunek q od bieguna ujemnego źródła zasilania do bieguna dodatniego (wzdłuż linii pola elektrycznego), ponieważ nie ma ścieżki dla prądu, ładunek nie będzie miał innych strat energii w procesie (takich jak straty ciepłowe ze względu na opór w przewodniku itp.), dlatego konieczne jest wykonanie nieskończonej pracy, aby pokonać siłę pola elektrycznego, zgodnie z definicją napięcia, w tym momencie napięcie dąży do nieskończoności. To jednak jest idealna, teoretyczna sytuacja, w praktyce nie ma absolutnie otwartego obwodu bez przecieków.
Przyczyna zerowego prądu w obwodzie otwartym
Warunki powstawania prądu
Prąd powstaje dzięki kierunkowemu ruchowi ładunków elektrycznych. W obwodzie, aby mieć ciągły prąd, muszą być spełnione dwa warunki: po pierwsze, istnieje ładunek, który może swobodnie poruszać się (np. wolne elektrony w przewodniku metalicznym); po drugie, istnieje pole elektryczne, które powoduje kierunkowy ruch ładunku, a obwód musi być zamknięty.
Stan obwodu, gdy jest otwarty
W stanie otwartym obwód nie jest zamkniętą pętlą. Na przykład, gdy przewód jest przerwany w środku, mimo że w przewodzie są wolne elektrony (ładunki, które mogą swobodnie się poruszać) i istnieje pole elektryczne na obu końcach źródła zasilania, ponieważ obwód jest przerwany, elektrony nie mogą tworzyć kierunkowego ruchu w miejscu przerwy, więc prąd wynosi zero.
