Почему электрический ток является фундаментальной величиной, а не зарядом, который порождает ток?

250
29

спросил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
1
Лучший ответ
264

Идея о том, что «Амперы более реальны», тонко проявляется и в текстах ненаучной электроники, где авторы фокусируются на токе, на амперах. Они постоянно говорят о текущем движении «тока» и только упоминают о текущем заряде.
Заблуждение распространилось настолько далеко, что заразило электротехнику. Наши учебники учат нас о «носителях тока» и законе «сохранения тока» в цепях. Ни один не существует. Носители заряда существуют. Заряд сохраняется. Но электрический ток может появляться и исчезать, и не подпадает под какой-либо закон сохранения. Сохранение тока? Частицы сделаны из тока? Это просто странно!
Кроме того, такая же искаженная концепция появляется в широко распространенном убеждении, что заряд призрачен и не важен, а электрический ток реален и подобен веществу.
И кажется, что электрический заряд относится только к «статическому электричеству», явлению, которое считается бесполезным (статическое цепление, искры дверной ручки) или даже опасным (молния). Напротив, электрический ток должен применяться к современным технологиям почти всех видов.
Я долго задавался вопросом, где возникли эти различные заблуждения, но недавно я подозреваю, что они имеют общее происхождение. Я считаю, что наш метод стандартизации физических единиц может быть причиной. Общая нить этих заблуждений заключается в заблуждении, что амперы более «фундаментальны», чем кулоны, где слово «фундаментальный» ошибочно используется в популярном смысле, а не в специальном значении, относящемся к стандартным физическим единицам: «фундаментальные» единицы, против «производных» единиц.
В повседневной жизни, используя популярное значение «фундаментальный», мы бы сказали, что сохраняющиеся величины являются более фундаментальными, чем показатели. Например, килограммы являются более фундаментальными, чем килограммы в секунду, объем является более фундаментальным, чем скорость потока, расстояние (метры) является более фундаментальным, чем скорость, джоули энергии являются более фундаментальными, чем ватты потока энергии и т. Д. Например, это будет Смешно вводить понятие скорости студентам, которые плохо понимают расстояние или время. Или ввести галлонов в секунду кому-то, кто никогда раньше не сталкивался с водой.
Но в электричестве многие полагают обратное, что ток реален, а заряд абстрактен. Они будут сражаться яростно, чтобы защитить свою веру. Некоторые авторы описывают Ампера как фундаментальные единицы и указывают, что кулоны происходят от Ампера. Они могут познакомить Ампера с учениками, которые не понимают кулона. Они пишут так, как будто «электричество» всегда измеряется в амперах, а также пишут, что заряд - это абстрактная и трудная для понимания концепция, включающая странную единицу, называемую… не кулоном, а вместо этого, ампер-секунда. (Зарядка, это ампер-ВРЕМЯ секунды, поэтому заряд, очевидно, должен быть абстрактным математическим понятием?)
Я говорю, наоборот. Кулоны являются фундаментальными, в то время как Амперы - просто удобное упрощение, жаргонный термин, означающий «Кулоны в секунду». Да, да, кулоновская единица является производным стандартом, а ампера - основополагающим стандартом. Тем не менее, электрический заряд является основополагающим, а электрический ток - просто расход заряда. Кулоны - это консервированное количество, как «вещи», в то время как Амперы - нет.
Это, кажется, нарушает утверждение, что «Амперы являются фундаментальными, в то время как кулоны являются производными». Но это утверждение действительно говорит о том, что «физический стандарт для ампер измеряется напрямую, в то время как стандарт для кулонов определяется по амперам и секундам». Это не говорит о том, что амперы являются фундаментальными, а только обсуждает, какую единицу легче измерить с точностью.
При объяснении электричества я предлагаю не пытаться учить студентов альтернативным определениям слова «фундаментальный», а также избегать учения об основных и производных единицах (по крайней мере, в младших классах). Мы должны придерживаться определения «фундаментальный», которое большинство студентов уже знают. Я считаю, что неопытный ученик найдет гораздо больше смысла в утверждении:

ЗАРЯД БОЛЬШЕ ОСНОВАН, ЧЕМ ТОК. КУЛОМБЫ - ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СУЩНОСТИ, КОГДА "АМПЕРЫ" КОРОТКО ДЛЯ "КУЛОНОВ В ВТОРОЙ".

Это «реальный» заряд, а ток - это скорость; поток; абстрактное понятие.
Идя дальше ... Я также считаю, что ученикам было бы лучше обслуживаться, если бы термин «Ампер» был отложен до более поздних классов, так что элементарное электричество преподавалось на основе концепции заряда и стоимости заряда в секунду. Если были введены дополнительные термины, они должны быть терминами «кулон» и «кулон в секунду». Термин «Ампер» - это сокращенное инженерное обозначение, и его следует вводить только тем студентам, которые имеют большой опыт мышления в терминах «кулонов в секунду».

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
167

Ах, классический. Ток является основной величиной вместо заряда по двум причинам:

Исторически, ток был величиной, точно измеренной перед зарядом. Точно измерить ток значительно проще, чем измерить заряд; в конце концов, вам нужен только амперметр, чтобы узнать значение тока.

Это не нарушает каких-либо норм присвоения фундаментальных величин, потому что если мы предположим, что ток является фундаментальной величиной, то заряд может быть просто выражен как произведение двух фундаментальных величин на ток и время, делая заряд производной величиной.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
127

Из-за уравнений Максвелла - Википедии и дополнения, которое Максвелл сделал к закону Ампера.

Вопрос лучше всего иллюстрируется конденсатором. Если вы подключите конденсатор к батарее, ток будет течь. Но если вы посмотрите на часть схемы внутри конденсатора, никакие заряженные частицы не пересекают этот зазор. Ток существует за счет увеличения электрического поля поперек диэлектрика, а не потока заряда.

В этом смысле ток является более фундаментальной концепцией, чем движущиеся заряды (он также включает в себя изменяющиеся во времени электрические поля), и поэтому он более полезен.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
109

Для того чтобы величина была фундаментальной, мы должны иметь возможность измерять ее напрямую. Например, вы можете измерить массу и длину напрямую, поэтому они являются основополагающими. Тем не менее, у нас нет инструмента для измерения величины заряда, у нас есть инструменты для определения того, заряжено ли тело положительно или отрицательно или что оно более заряжено, а какое меньше, но у нас нет инструмента для измерения величины. Поскольку мы можем измерять ток непосредственно с помощью амперметра, он является основной величиной, хотя он возникает благодаря расходу заряда в единицу времени.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
100

В элементарной физике электрический ток, а не электрический заряд, классифицируется как фундаментальная величина. Почему это так?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
71

Я думаю, что «Амперы» просто легче точно измерить, чем «Кулоны». Сборка чистого заряда затруднена из-за сильного взаимного отталкивания. Ток, OTOH, может быть потоком (скажем) отрицательного заряда через фоновую среду, состоящую из стационарного положительного заряда, поэтому чистая плотность заряда равна нулю, что приводит к «динамическому равновесию», скорости потока кулонов / секунду, однородность которой может поддерживать и величина которого, таким образом, может быть измерена с относительной легкостью.

Концептуально я считаю заряд более «фундаментальным» количеством: заряд может быть без тока, но не наоборот. Но из практических соображений удобно, чтобы единица тока была «стандартом».

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
71

Ток является фундаментальной величиной, потому что его можно измерить легче, чем подсчет зарядов. Мы можем измерить ток с помощью приборов (амперметр), но заряды не могут быть подсчитаны так легко. Фундаментальная величина должна быть легко измеряемой, поэтому мы используем электрический ток как фундаментальную величину вместо заряда.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
71

Я дам короткий и краткий ответ. Хотя заряд является основной единицей, это статическая величина, и статические цепи не так уж интересны. Динамический поток заряда - это то, что представляет собой теория цепей, и законы Кирхгофа построены на этой идее.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
71

Почему вместо заряда мы считаем ток фундаментальной величиной?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
71

Почему электрический ток не является основной величиной, а выбран в качестве базовой величины?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
71

Ток - это заряд за время, поэтому он отражает не только количество носителей заряда, но и количество движущихся. Это позволяет вычисление для динамики. Если бы у нас не было временной доли, мы могли бы вычислять только электростатику. Таким образом, ток является существенным фундаментом для электродинамики.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
58

Учитывая, что ток является зарядом за время, и стандарт времени доступен, они эквивалентны. Но это вызывает вопросы о стандартах. Многие вещи эквивалентны, учитывая, что существует какой-то другой стандарт. Необходимо сделать выбор, какие вещи являются стандартными, а какие получены из них.

Единицы измерения: Справка: Национальная физическая лаборатория является обычным выбором. В нем Amp определяется как базовая единица - фундаментальная величина.

Для необычных обстоятельств вы можете выбрать свои предпочтительные количества. Кто-нибудь, галлоны в одну микрозону? (Я предпочитаю имперские галлоны этим жалким американским.)

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
58

Почему электрический ток является основной единицей измерения, а не электрическим зарядом?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
58

Как может электрический ток быть фундаментальной величиной вместо электрического заряда?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
58

ток - это поток, как вода, но в этом случае виртуальные фотоны. Заряд - это квантовый скаляр (1-мерный), подобный высоте резервуара, который будет удерживать виртуальные фотоны, но в этом случае высота резервуара определяется временем.

таким образом, высота резервуара, который содержит виртуальные фотоны, которые будут течь, является временем, а количество потока - током. поскольку скорость зависит от среды, через которую она будет проходить, она не фигурирует в уравнении. по существу, сверхпроводимость - это процесс попытки получить скорость, максимально приближенную к c, беспрепятственно.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
57

«Единица» должна быть легко воспроизводимой. А поскольку электричество изучается количественно, токи легче и точнее измеримы, чем заряды.

Ток измеряется как сила между проводами или между взаимодействующими магнитными полями.

Заряды измеряются как напряжение при известной емкости или как интеграция тока во времени.

И напряжение измеряется как ток через известное сопротивление (так или иначе оно сводится к измерению тока)

Заряд можно измерить силой по отношению к известному заряду, но для этого необходимо, чтобы заряды были статическими (не двигайтесь). Не очень практично, если ваша цель - передать энергию.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
57

Почему электрический ток является основной единицей измерения, а не электрическим зарядом?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
58

Почему электрический ток является основной единицей измерения, а не электрическим зарядом?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
41

Фундаментальные единицы - это те, которые могут быть определены с точки зрения эксперимента или без такового, артефакта, такого как стандартный килограмм. Ампер определяется экспериментом, называемым балансом тока, в котором определенная величина тока определяется силой, создаваемой между двумя проводами, несущими ток. Кулон тогда является производной единицей, определяемой как заряд, который протекает через точку в одном токе Ампера за одну секунду.

Однако не слишком усердствуйте с этими определениями, поскольку вся система СИ в этом году пересматривается.

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
41

Почему ток является фундаментальной величиной?

ответил(а) 2020-03-19T13:08:19+03:00 1 год, 6 месяцев назад
Ваш ответ
Введите минимум 50 символов
Чтобы , пожалуйста,
Выберите тему жалобы:

Другая проблема