Comment l'électricité «connaît-elle» le rapport de la résistance dans un diviseur de tension?

J'ai du mal à conceptualiser ce que / comment les choses fonctionnent dans une configuration de diviseur de tension. J'ai lu quelques autres questions / explications où le répondeur a dit de "ne pas y penser en termes d'eau", mais il est difficile de ne pas le faire, dans une certaine mesure.

Ce que je ne comprends pas, c'est comment l'électricité change / s'adapte après la première résistance en fonction du rapport entre celle-ci et la deuxième résistance? Je sais que c'est dans l'arène d'avoir à voir avec les "pressions" et les tuyaux, mais si vous avez une résistance plus haut dans la chaîne de flux, comment est-ce important que la résistance soit plus bas dans le tuyau?

Et sortir des diviseurs de tension (mais toujours dans le domaine de la chute de tension et des rapports) - comment / pourquoi TOUTES les tensions sont-elles tombées sur une résistance dans un circuit à une résistance, mais avec 2+ résistances / charges, le électrons "savent" pour rationner en quelque sorte la chute de tension proportionnellement? (Évidemment, je sais que les électrons ne réfléchissent pas consciemment à cela et ne prennent pas de décisions). Pourquoi une chute de tension n'est-elle pas statique sur une résistance / charge statique? Pourquoi cela dépend-il des autres résistances / charges du circuit?

(Cela ne me dérange pas technique, mais si possible, veuillez au moins ajouter un certain type de conception visuelle ou de démonstration, si vous le pouvez! :) Merci!

Faisons une autre expérience de pensée:

Imaginez que nous raccourcissions progressivement la connexion entre les deux résistances jusqu'à ce qu'elle soit infiniment petite. Maintenant, vous avez effectivement une résistance avec le point de division quelque part au milieu. Une extrémité de cette résistance est connectée à la tension d'alimentation, disons 5 Volts. L'autre extrémité est connectée à la terre, que nous appellerons 0 Volts, car nous l'utiliserons comme point de référence pour notre mesure de tension.

Encore une fois, imaginez que nous déplaçons progressivement le point de division vers le haut vers l'extrémité 5V ou vers le bas vers l'extrémité 0V. À quel endroit le long de cette résistance combinée vous attendriez-vous à ce que la tension mesurée passe de 5 Volts à 0 Volts?

Est-il clair que la tension n'a pas de changement de pas à un moment donné, mais est proportionnelle à la fraction de la résistance en dessous du point de division? La chute de tension est linéaire sur la longueur de la résistance combinée .

Imaginez maintenant que nous rétablissions progressivement la longueur de cette connexion que nous avons étirée lors de la première visualisation. Et imaginez que la connexion elle-même n'a aucune résistance - zéro. (Ce n'est pas tout à fait zéro, mais il est si proche que nous pouvons l'ignorer). Est-il clair que la tension ne sera pas différente à chaque extrémité de la connexion lorsque vous l'étirez à nouveau?

La tension totale chute linéairement sur la résistance totale , et le point de division "échantillonne" cette tension à une partie spécifique du total.

Le courant ne se "soucie" pas ou "ne sait pas" s'il traverse de nombreuses résistances individuelles ou continues; la tension chute continuellement le long de chaque segment du chemin de résistance. Les connexions "zéro résistance" n'ont tout simplement pas d'importance .

En ce qui concerne le courant, il n'y a pas de diviseur, il n'y a qu'un seul chemin qui a une certaine résistance (totale). Disons que vous avez un 1k$\Omega$ et un 2k$\Omega$résistance en série. Total: 3k$\Omega$, et si vous appliquez 3V à travers, vous obtenez, selon la loi d'Ohm

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

Maintenant, la loi d'Ohm s'applique également à toute résistance individuelle de la chaîne. Pour trouver la tension aux bornes du 1k$\Omega$ résistance:

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

Donc, en effet, vous obtenez une fraction du 3V d'origine, c'est pourquoi on l'appelle un diviseur, dont le rapport est défini par le rapport entre les résistances. Mais pour le courant il n'y a pas de différence entre une charge de 3k$\Omega$ et un composé d'un 1k$\Omega$ plus un 2k$\Omega$ résistance.

Quel est le problème de penser à l'analogie avec l'eau? Avec une pompe poussant l'eau à travers un capillaire, le manomètre ci-dessous verra la pleine pression au point X, mais environ la moitié de la pression au point Y. L'eau ne «sait» pas à quelle pression être, elle rencontre juste moins de résistance car il descend le capillaire et la pression diminue proportionnellement.

(C'est d'ailleurs la façon dont la soupape de dérivation d'un système de chauffage central domestique contrôle le débit à travers les radiateurs).

L'image est la suivante: les électrons sont entraînés par une force. La quantité totale de force (tension d'alimentation) est divisée entre la quantité de résistance dans chaque partie de la piste. Le flux d'électrons s'équilibre de manière à ce que la somme de toutes les tensions sur tous les éléments s'additionne à la tension d'alimentation.

Explication: Le courant est essentiellement "tous les électrons du fil se déplaçant lentement dans une direction". Imaginez un tas de boules dans un tuyau. Il faut sortir de l'autre côté lorsque vous appuyez sur l'un de votre côté.

Pour les faire bouger, il faut exercer une force. Il s'agit d'une force électrique, c'est-à-dire lorsqu'un champ électrique (une tension essentiellement) agit sur des choses chargées, les électrons dans notre cas.

Pour les faire bouger plus vite, vous devez exercer plus de force. (ou plutôt, la même force plus souvent)

La quantité de force nécessaire par rapport à la vitesse / au courant dépend de la résistance du trajet.

Tous les électrons du chemin se déplacent. Cela signifie que tous, dans la source d'alimentation, les fils et les résistances, tous les électrons, se déplacent plus ou moins à l'unisson.

Maintenant, les électrons se déplacent. Pour chaque partie infinitésimale du chemin, il y a une résistance, qui détermine la taille d'une tension qui doit être présente pour faire avancer les électrons. Ils avancent, car il y a un courant. Ils sont obligés de le faire.

Les tensions de chaque partie du trajet correspondent à la tension totale.

Tout dépend de la loi d'Ohm .

Une tension sur les deux résistances crée un courant circulant dans les deux. Ce courant sera le même pour toutes les résistances, si elles sont connectées en série, et sera donné par la loi d'Ohm.

Sur chaque résistance, le courant circulant induira une chute de tension, encore une fois donnée par la loi de mr O.

Vous pouvez trouver les mathématiques partout, mais d'abord comprendre cela et comment fonctionne une résistance. Comme c'est un sujet abusé, je préférerais vous suggérer de lire un wiki sur la résistance et la loi d'Ohm . Une fois que vous comprenez les deux, le diviseur de tension sera comme par magie clair.

En tous cas:

Comment l'électricité «connaît-elle» le rapport de la résistance dans un diviseur de tension?

Comment savez-vous que si vous sautez d'un pont, vous tombez à une certaine vitesse? C'est juste dû à la physique.

Eh bien, tout d'abord, la vue avec une résistance. Nous allons examiner cela avec une configuration de batterie de voiture et dire que nous avons une masse négative et un + 12v chaud.

Dans notre premier circuit, nous déplaçons 12 volts sur 12 ohms de résistance et déplaçons 1 ampère pour 12 watts sur notre charge. C'est tout ce qui peut y aller. La différence relative entre le côté alimentation et côté réception est la même.

Vous pouvez également voir cela comme une masse chaude + 6v et -6v et le circuit agirait exactement de la même manière. Augmenter votre alimentation (chaud) ou abaisser votre évier (terre) créera une différence de potentiel (tension).

Maintenant, changeons notre charge: deux résistances de 6 ohms chacune. Notre résistance totale est maintenant de nouveau de 12 ohms, nous allons donc toujours tirer 1 ampère. Chaque charge en consomme désormais la moitié: 6 watts. Pour consommer 6 watts sur une résistance de 6 ohms avec 1 ampère de puissance, vous devez perdre 6 volts. N'oubliez pas que le courant reste constant dans un circuit où que vous le mesuriez. C'est pourquoi un fusible est efficace n'importe où dans un circuit série. N'oubliez pas que l'ampérage est essentiellement le débit (gallons par minute) et que la puissance dérivée est une combinaison du débit et de la pression (tension). Ainsi, tension * ampérage == watts (puissance motrice).

Voilà donc la partie électrique. Pour utiliser une analogie avec l'eau, vous devez penser le système de plomberie un peu différemment. Le "puits" vers lequel l'eau s'écoule maintenant doit être considéré comme sous pression, fournissant ainsi une certaine contre-pression. Les charges sont des turbines dans la conduite. Si notre approvisionnement est de 100 psi et que notre évier est de 50 psi, nous obtiendrons un débit.

La différence de pression entre deux points sur le tuyau qui est après la charge va être négligeable. Il aura toujours une pression contre le monde extérieur, mais la pression relative par rapport à notre réservoir d'évier de 50 psi sera très faible. L'ajout d'un split avec beaucoup de tuyaux après la dernière charge ne le changera pas.

Si nous mettons un tuyau avant la première charge et le raccordons après la dernière charge, nous verrons 100 psi dessus ... ou 50 psi par rapport à nos deux réservoirs. Si nous tapons au milieu de ces deux turbines égales à notre puits, nous verrons 25 psi de pression. L'eau a dû dépenser de l'énergie pour traverser la première turbine.

Tant que nous avons suffisamment de pression (tension) pour faire tourner une turbine (entraîner une charge), nous verrons une chute à travers cette turbine égale à la différence de pression de chaque côté. Si nous y installons plusieurs turbines, nous verrons une chute de pression proportionnelle à l'effort nécessaire pour faire tourner la turbine.

N'oubliez pas que la tension et la pression se rapportent toutes deux à une référence relative. Après tout, 0 psi au sol est généralement mesuré relativement, et est en fait de 14,7 psi (absolu). Imaginez une seconde que votre circuit d'alimentation est chaud à + 24 V sur une masse à + 12 V, et cela pourrait avoir plus de sens, car vous visualiserez une contre-pression dans votre tête et vous vous concentrerez vraiment sur le fait que la pression relative est le moteur. point.

Nous créons plus de puissance dans nos turbines en utilisant des tuyaux plus gros et des turbines plus grandes avec la même pression, ou nous pouvons augmenter la pression sur les tuyaux actuels. Cependant, la chute de pression dans nos turbines restera toujours proportionnelle tant que l'eau pourra s'écouler.

Tout est dans le domaine électrique. Donc, si nous avons un circuit avec deux résistances et que nous connectons une batterie, un champ électrique apparaît alors allant d'une extrémité de la batterie à l'autre à travers les deux résistances. C'est la partie qui se déplace à la vitesse de la lumière (dans le matériau). Ce champ est affecté par le matériau du fil et de la résistance, ainsi que par la largeur du chemin, etc. Par conséquent, la force du champ en différents points est contrôlée par la résistance. Les électrons du matériau réagissent alors au champ. La vitesse à laquelle ils se déplacent est contrôlée par la force du champ, et celle-ci est définie par les valeurs des résistances. Les électrons se déplacent donc au rythme prévu car le champ qui les contrôle est lui-même contrôlé par les résistances.

J'espère que c'est ce que vous cherchiez,

J'aime aussi y penser dans une analogie avec l'eau, mais plus facile. Cela fonctionne comme ceci:

Pensez à un tuyau, où les diamètres des différentes sections sont différents. Plus le diamètre est grand, plus l'eau peut s'écouler. Des résistances de plus grande valeur fonctionneront comme des tuyaux de plus petit diamètre, laissant moins d'écoulement d'eau.

Disons que vous avez 2 résistances: 1k et 2k. Le "tuyau" à résistance 2k représente environ la moitié du diamètre du "tuyau" à résistance 1k. Si vous fournissez une belle évasion pour l'eau entre eux (c'est-à-dire la ligne de tension divisée), beaucoup d'eau le traversera, mais pas tout. Une partie de l'eau passera toujours par le "tuyau" 1k, car il y a de la place si elle est vide. Combien? environ 1/3 de l'eau pourra utiliser le tuyau 1k dans le même temps que les 2/3 s'échappent par le tuyau diviseur de tension. Donc, en termes de potentiel, vous aurez environ 2 / 3V passant par le diviseur. Tout dépend de la quantité d'eau qui y pénètre (à cause de la première résistance) et de la quantité d'eau qui peut sortir au sol (à cause de la deuxième résistance).

De toute façon, cela finira par être plein potentiel aux deux extrémités, car c'est obligatoire, mais au milieu, vous aurez le potentiel qui a pu s'échapper par cette route, qui était beaucoup plus tentante que l'autre route.

Je ne sais pas si l'analogie est exacte à 100%, mais c'est un modèle mental ... il n'a pas vraiment besoin d'être précis, juste expressif :)