¿Existe una "unidad de tiempo" implícita en la medición de electricidad? (por ejemplo, millas por hora, kb por segundo, amperios por ???)

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Soy muy nuevo en electrónica y estoy pasando por lo que debe ser una dificultad común para comprender el voltaje, la corriente y la resistencia. Restringiré mi pregunta a la corriente, ya que sospecho que comprender esa pieza puede arrojar luz sobre el voltaje y la resistencia.

He leído algunas preguntas aquí:

Y ayudaron un poco, pero todavía estoy luchando. Una parte específica que me resulta difícil de resolver mentalmente es que estoy leyendo sobre las unidades básicas de medida, pero no estoy completamente seguro de lo que se está midiendo. Por ejemplo, una libra mide la fuerza de gravedad que tira de una colección de átomos. Un galón es la cantidad de líquido que puede ocupar una cantidad fija de espacio. Electricidad ... Me pierdo en los detalles de lo que se está observando.

Muchas unidades de medida son una cantidad fija de algo que no cambia (a menos que se actúe sobre ellas). Por ejemplo:

1 galón de leche
16 onzas de carne de res
30 litros cúbicos de aire

Eso no parece tener sentido con algo como la corriente que mide electrones constantemente en movimiento. Alternativamente, realizamos mediciones de algo a medida que cambia con el tiempo:

35 millas por hora
128 kilobits por segundo
5,000 galones por minuto

Cuando se trata de corriente, solo decimos "amperios", no "amperios por algo ". Bueno, entiendo que los "amperios" miden el flujo de electrones, pero ¿qué significa exactamente ese "flujo"? ¿Es el número de electrones (o el número de algo más) que pasa por una ubicación en un circuito en un segundo (o alguna otra unidad) de tiempo? Cuando toco los cables de mi multímetro con un cable, ¿qué está "mirando" exactamente?

He leído que los voltios son una medida de la energía potencial relacionada con julios y culombios ( http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_2/1.html ) (más confusión pero está bien) y creo que los culombios se miden por segundo. ¿El por segundo se transfiere a los amplificadores también?

La única otra cosa que puedo pensar es que los amplificadores podrían ser más como presión donde mides libras por pulgada cuadrada .

Sé que la electricidad es electricidad y ninguna analogía es perfecta. Estoy tratando de entender la electricidad por lo que es, simplemente no estoy seguro de cómo se hacen estas mediciones. Tal vez estoy pensando demasiado, pero cualquier idea más profunda sería genial.

(Si esto ya se ha explicado hasta la muerte, me disculpo, es posible que no conozca el mejor término de búsqueda para usar).

Hombre, como alguien nuevo en este sitio, estoy tan impresionado que tanta gente se tomó tanto tiempo para ayudarme a entender esto. Al igual que muchas cosas, creo que tomará tiempo y mucha más lectura / experiencia "asimilar", pero todas las respuestas fueron muy útiles. Estoy marcando la respuesta "amperios incluyen el tiempo" como la que más me ayudó porque respondió el núcleo de mi pregunta "¿amperios por qué ?". Me estoy imaginando "amperios" como " nudos " en el sentido de que las cantidades son parte de la definición de la palabra en lugar de estar explícitamente expresadas, ya que estarían en otra unidad como "millas" por hora ". No es una analogía perfecta, pero al menos me ayuda a entender a dónde fueron todos los números duros.

current-measurement Un acantilado
fuente

Con respecto a entender "un voltio", ver electronics.stackexchange.com/questions/73375/…

Phil Frost

Además, no caigas en la trampa de pensar que la carga eléctrica son electrones. Los electrones tienen una carga eléctrica, y aunque tienen "electr" en su nombre, no son el único tipo de carga eléctrica. electronics.stackexchange.com/questions/72875/…

Phil Frost

Gracias Phil Esa pregunta parece una gran lectura. Me aseguraré de pasar por eso. Como dije en mi publicación, actualmente estoy tratando de comprender bien la corriente (¿una cosa a la vez, verdad?), Pero algunos de los puntos relacionados con el voltaje en las respuestas han sido realmente útiles para comprender la corriente, así que aprecio el enlace.

Cliff Pruitt

2

Apuesto a que disfrutarías leyendo amasci.com/miscon/whatis.html

Phil Frost

2

"Litros cúbicos"? ¿Es algo de Picasso? ¡Un litro es una medida de volumen, por lo que decir litros cúbicos es como decir acres cuadrados!

Andy, también conocido como

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Amperios incluye tiempo ...

Amperios = Coulombs por segundo

Eso dice más simplemente que ...

Current = amount of charge per time interval

Es una métrica de caudal. Como el agua ... litros (volumen -> cantidad) por minuto (tiempo)

En mayor profundidad

En términos prácticos, el amperio es una medida de la cantidad de carga eléctrica que pasa un punto en un circuito eléctrico por unidad de tiempo con 6.241 × 10 ¹⁸ electrones, o un culombio por segundo que constituye un amperio.

- Artículo de Wikipedia

Sondeo

Cuando toco los cables de mi multímetro con un cable, ¿qué está "mirando" exactamente?

Si está en el modo de medición de voltaje, está midiendo efectivamente la "presión" entre los dos cables, el grado en que las cargas en un cable buscan alcanzar el otro (pero no pueden). La razón por la que el gradiente de carga no se puede neutralizar depende del circuito. En un condensador, por ejemplo, una barrera de algún tipo lo impide. La existencia de un voltaje entre dos puntos requiere que tal gradiente exista.

Si está en un modo de medición de corriente, los cables se instalan en la ruta de corriente (en serie con) y el medidor mide cuánta carga fluye a través de ellos en la unidad de tiempo (en realidad lo hace indirectamente aplicando la ley de Ohm).

Otras lecturas

Bodanis, David (2005), Electric Universe, Nueva York: Three Rivers Press, ISBN 978-0‐307‐33598‐2

DrFriedParts
fuente

1

"el grado en que las cargas en una pista buscan llegar a la otra (pero no pueden)" - Oh, Dios mío. Después de todas las descripciones y analogías que he leído, esta declaración me ayudó a aceptar el "voltaje" más que cualquier otro que haya leído. Siempre he estado confundido acerca de cómo algo podría tener un alto voltaje sin una alta corriente, pero supongo que si solo tuvieras 100 electrones que realmente deseaban moverse, ese sería el caso. Y contar el número de ellos que se mueven por segundo sería la corriente. ¿Estoy (más o menos) en camino? ¡Gracias!

Cliff Pruitt

2

@CliffPruitt, incluso si tuviera mil millones de electrones que quisieran moverse muy mal, pero no puede, aún no podría tener corriente. Los voltios miden el potencial eléctrico . La presión también es un potencial . La altura es otra. Un tanque de alta presión no necesariamente descarga fluido. Una piedra en una montaña no necesariamente cae. Una roca no necesita ser grande para ser alta. Un tanque no necesita ser grande para contener una presión alta.

Phil Frost

No ser un pedante, pero debe leer Current = charge per unit timeo rate of change of charge; no es necesario incluir unidades cuando parece que solo está especificando dimensiones.

Justin L.

@Justin - Sí. Tiene más sentido de esa manera. Intentaba reflejar la estructura de la pregunta, pero es mejor a tu manera. Revisado.

DrFriedParts

@PhilFrost Sí, entendido. Solo estaba tratando de mantener la corriente en la mezcla, pero veo que dos terminales de una batería sin circuito tienen voltaje pero no corriente.

Cliff Pruitt

6

La unidad de carga más fundamental es el electrón, pero es prácticamente imposible trabajar con él. Un coulomb es una unidad de carga más grande que representa la carga de aproximadamente 6,241,509,324,000,000,000 de electrones. Un amperio es una unidad abreviada que representa una velocidad de flujo de un culombio (es decir, 6,241,509,324,000,000,000 de electrones) por segundo, lo que significa que si un cable tiene un amperio de corriente continua que fluye a través de él, habrá aproximadamente 6,241,509,324,000,000,000 más de electrones entrando en un extremo y dejando el otro, que viceversa.

Super gato
fuente

Gracias mucho por traer números literales en la imagen. Eso realmente ayuda. No puedo creer que esto no sea algo explicado en cada pieza de literatura para principiantes. Parece tan fundamental saber qué significa la medición.

Cliff Pruitt

@Cliff: En realidad, se explicó. Simplemente busque "Ampere" y debería encontrar coulomb por segundo, lo que debería llevarlo a buscar coulomb.

Olin Lathrop

Las cargas de electrones de 2/3 o 1/3 son más fundamentales en.wikipedia.org/wiki/Quark#Electric_charge

Pete Kirkham

@PeteKirkham: ¿Son subdivisibles las cargas eléctricas? Sé que se considera que las partículas cargadas contienen quarks, y si uno mide las cargas de varias combinaciones de quarks y las conecta en ecuaciones, esas ecuaciones funcionarán si se asignan a las cargas de quarks que son fracciones de 1/3 un electrón ( o la carga del protón), pero no creo que sea posible poner un quark en una situación en la que se pueda observar su carga directamente; El hecho de que un grupo de tres quarks idénticos tenga una carga igual a un electrón no significa que cada quark solo tenga una carga de 1/3.

supercat

Sin embargo, 'Fundamental' y 'directamente observable' no son lo mismo. Existe una gran cantidad de evidencia de que la carga más pequeña directamente observable se compone de la combinación de las cargas de partículas más fundamentales, independientemente de la observación directa de las partículas.

Pete Kirkham

3

En lugar de responder su pregunta directamente (otros lo han hecho bastante bien), me gustaría presentar un modelo mental y una herramienta analítica que debería ayudarlo a comprender esas respuestas. Esa herramienta es el análisis dimensional .

El concepto fundamental es que una unidad es un símbolo que puede manipularse algebraicamente. Creo que un ejemplo es el mejor. Sabemos que el volumen de un cuboide rectangular es su ancho, multiplicado por su altura, multiplicado por su profundidad. Digamos que medimos 1 metro de alto, 2 metros de ancho y 3 metros de profundidad. Luego:

volume = 1 m \cdot 2 m \cdot 3 m

$\text{volume} = 1m \cdot 2m \cdot 3m$

$m$ $x$

1 m \cdot 2 m \cdot 3 m = 6 m^{3}

$1m \cdot 2m \cdot 3m = 6m^3$

Es decir, el volumen de este cuboide es de seis metros cúbicos. Pero podemos medir el volumen en unidades que no sean metros cúbicos. De hecho, cualquiera de las tres unidades de longitud, multiplicadas juntas, es una unidad de volumen. El área es dos unidades de longitud multiplicadas juntas, así que si multiplico área por longitud, obtengo volumen. Digamos que quiero medir el volumen en una unidad de wacko que acabo de inventar, la pulgada por acre.

$6m^3$ $6 \cdot m \cdot m \cdot m$ $m$ $in$ $ac$

\frac{6 m m m}{1} \frac{1 a c}{4046.86 m^{2}} \frac{1 i n}{2.54 c m} \frac{100 c m}{1 m} \approx 0.058 a c \cdot i n

$\require{cancel} \frac{6 \cancel{m m} \cancel{m}}{1} \frac{1ac}{4046.86\cancel{m^2}} \frac{1in}{2.54\cancel{cm}} \frac{100\cancel{cm}}{1\cancel{m}} \approx 0.058ac \cdot in$

Seis metros cúbicos equivalen a 0.058 acres-pulgadas. ¿Por qué querría medir el volumen en acres-pulgadas? No tengo idea, pero puedo. El punto es que las unidades pueden manipularse algebraicamente.

Esto produce una nueva visión de lo que significan las unidades. Elija cualquier unidad, como el vatio , y wikipedia le dirá algo como:

W = \frac{J}{s} = \frac{N \cdot m}{s} = \frac{k g \cdot m^{2}}{s^{3}} = V \cdot A

$W = \frac{J}{s} = \frac{N\cdot m}{s} = \frac{kg\cdot m^2}{s^3} = V \cdot A$

La elegancia de las unidades SI es que todas las unidades están relacionadas por un factor de 1, por lo que no tenemos que escribirlo. Entonces, lo que esto dice es que un vatio es igual a un julio por segundo. O, un newton-metro por segundo. O, un kilogramo-metro cuadrado por segundo en cubos. O, un vatio es un amplificador de voltios. Todo esto es lo mismo.

$P$ $E$ $I$

P = I E

$P = I E$

Sabiendo que la corriente se puede medir en amperios y que el voltaje es voltios, la potencia se debe medir en voltios-amperios. Y oye, según Wikipedia, eso es un vatio:

W = V \cdot A

$W = V\cdot A$

por lo tanto:

\frac{W}{V \cdot A} = 1

$\frac{W}{V\cdot A} = 1$

$10V$ $10mA$

P = \frac{10 m A}{1} \frac{10 V}{1} \frac{A}{1000 m A} \frac{W}{V \cdot A} = 0.1 W

$P = \frac{10\cancel{mA}}{1} \frac{10\cancel{V}}{1} \frac{\cancel{A}}{1000\cancel{mA}} \frac{W}{\cancel{V}\cdot \cancel{A}} = 0.1W$

Aquí hay algunos ejemplos más de análisis dimensional:

Phil Frost
fuente

OK, todo eso tiene mucho sentido. La parte en la que me obsesiono es que para que todo eso funcione y para que nos comuniquemos entre nosotros y signifiquemos lo mismo, en algún lugar alguien tuvo que encontrar la unidad de la que estamos midiendo "uno", ¿correcto? Podemos decir que un "Verne" es igual a 0.025 Julios, pero sin alguna unidad definida en algún lugar, todo lo que tendríamos sería una fórmula que muestre una relación y no un sistema de medición. Entonces, un "amperio" aplica esa relación y usa 1 julio y 1 segundo como los valores en la fórmula abierta. ¿Si?

Cliff Pruitt

@CliffPruitt todas las definiciones de unidades SI finalmente se resuelven en una de las siete unidades base SI , que tienen definiciones basadas en fenómenos físicos reproducibles.

Phil Frost

@CliffPruitt, un libro que he encontrado que es una fuente interesante de respuestas a preguntas sobre cómo las mediciones que se cuantificaron por las unidades que usamos hoy es The Science of Measurement . Cubre tanto el historial de cada cantidad abstracta como la estandarización de unidades para medir esa cantidad. Una advertencia es que fue escrito en 1974, y ha habido un puñado de ajustes a los estándares desde entonces.

RBerteig

2

Cuando se trata de voltaje, solo decimos "amperios", no "amperios por algo".

Tienes un malentendido.

Los amperios miden la corriente.

Los voltios miden la diferencia de potencial. Voltaje es otra palabra para diferencia de potencial, cuando lo está midiendo con las unidades de voltios.

Como han respondido otros, los amplificadores miden el flujo de electrones, y un amplificador equivale a 1 cuolomb de carga que pasa por segundo.

Cuando la corriente en un cable está cambiando, no es raro medir la tasa de cambio en "amperios por segundo" o A / s.

He leído que los voltios son una medida de la energía potencial relacionada con julios y culombios

Los voltios se pueden reescribir como vatios por amplificador o julios por cuolomb. Veamos la segunda forma, julios por cuolomb.

Significa que si el potencial en algún punto del espacio se mantiene constante a 1 V, tomará 1 joule de energía para empujar 1 C de carga a esa ubicación.

O tomaría 1 J / s para mover 1 C / s a esa ubicación; 1 vatio por amperio de corriente que fluye hacia esa ubicación.

El fotón
fuente

"Cuando se trata de voltaje, solo decimos amperios" - Vaya, me disculpo por el error engañoso. Entiendo que el voltaje mide la energía potencial, no la corriente. Con tantos términos, estoy tratando de entender que la palabra incorrecta sale en el momento equivocado.

Cliff Pruitt

1

Una analogía mecánica puede ayudar a resolver las cosas.

En una analogía mecánica, la fuerza es análoga al voltaje mientras que la velocidad es análoga a la corriente (eléctrica) .

Como ya sabrán, el producto de la fuerza y la velocidad es la potencia (mecánica) y, de manera análoga, el producto del voltaje y la corriente es la potencia (eléctrica).

Mientras que la fuerza es energía por metro, el voltaje es energía por Coulomb (Coulomb es la unidad de carga eléctrica).

Mientras que la velocidad es metros por segundo, la corriente es Coulombs por segundo.

Llamamos a la fuerza y la tensión del otro lado de las variables, mientras que la velocidad y la corriente son los través de variables.

En cualquier caso, el producto de la variable transversal y transversal es la energía por segundo, que es la potencia.

Alfred Centauri
fuente

¿Estoy en lo cierto si la velocidad especifica la velocidad (y la dirección) de un solo objeto, el voltaje difiere porque trata con el número de objetos (electrones) y esos objetos siempre se mueven a una velocidad fija? La resistencia disminuye el número de electrones en movimiento, pero no su velocidad. ¿Entiendo esto correctamente o estoy completamente fuera de lugar?

Cliff Pruitt

El voltaje no trata con el número de objetos; se trata de "cuánto" quieren mover.

Justin L.

@CliffPruitt No pienses en los electrones que se mueven a la velocidad de la luz. Las fuerzas transmitidas a través de ellos se mueven a la velocidad de la luz. Los electrones no. amasci.com/miscon/speed.html

Phil Frost

@CliffPruitt, está claro que sus nociones de voltaje y corriente no están estrechamente alineadas con las versiones de los libros de texto. ¿De dónde sacas estas ideas?

Alfred Centauri

@AlfredCentauri No tengo educación formal en nada de esto. Soy programador de oficio. Comencé solo queriendo jugar con algunos componentes electrónicos de audio y encontré que el fondo me interesaba. Actualmente, el material que estoy leyendo son los archivos PDF aquí: allaboutcircuits.com - Simplemente no hago bien aprender cosas si no puedo entender el "por qué" detrás de ellos y la electricidad ... me confunde. :-)

Cliff Pruitt

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Probemos con una analogía común para los circuitos.

Un circuito es como un río . El agua en un río siempre fluye "cuesta abajo" porque el agua en la cima de la colina quiere ir cuesta abajo. El agua siempre buscará un punto más bajo.

Si el agua siempre desciende, ¿cómo es este un circuito?

Bueno, se puede pensar en un río "en bucle", que fluye cuesta abajo, pero en un extremo, hay una rueda de agua de algún tipo que lleva el agua en la parte inferior hacia arriba. Esta rueda toma agua de bajo nivel, sin motivación para fluir a ningún lado, y la "empuja" al nivel alto, con mucha motivación para fluir cuesta abajo.

Si pensamos en la "altura" como "energía potencial", la rueda de agua toma agua de energía de bajo potencial y la coloca en una posición de energía de alto potencial, esencialmente "inyectando" energía potencial gravitacional en el agua. Esta agua recién energizada no pierde tiempo en gastar esa energía para ir cuesta abajo una vez más.

Esta "propensión a moverse cuesta abajo" se llama potencial, que en nuestro caso es análogo al voltaje .

La corriente del río es ... bueno ... corriente . ¿Cómo medirías la corriente de un río?

Yo diría ... "toma un cronómetro y mide cuántos litros de agua pasan por una determinada marca en el río en un segundo". Eso suena como una forma razonable de cuantificar una corriente. Litros por segundo.

En un circuito, su agua es la carga. En lugar de medir cuántos litros de agua pasan por un punto en un cable después de un segundo, puede medir cuántas unidades de carga pasan por un punto específico en un cable por segundo.

Al igual que decir "decímetros cúbicos" es un bocado y le damos una unidad conveniente - "litro", también le damos a "carga por segundo" un nombre conveniente - "amplificadores".

Hacemos esto mucho: "millas por galón" se convierte en "kilometraje", "kilogramos por metro por segundo por segundo" se convierte en "newton", "julios por segundo" se convierte en "vatios".

Si la gravedad no lo hace por usted, considere el agua en las tuberías y la presión del agua .

Tengo agua presurizada en un extremo y agua no presurizada en el otro. El agua se moverá del lado presurizado al lado no presurizado. La presión es una medida de la fuerza de todas las moléculas de agua que desean alejarse unas de otras. Las moléculas de agua tienen una distancia cómoda y presurizan el acto de empujar esas moléculas de agua cada vez más cerca de ese punto cómodo.

Quizás recuerdes que los electrones se repelen entre sí. Cuando tienes un "alto voltaje", realmente tienes una "alta presión de electrones": rellenar los electrones demasiado juntos para su propia comodidad.

Tenga en cuenta que esta analogía es realmente muy literal: ¡el voltaje realmente puede verse como literalmente presión de electrones!

Al igual que poner demasiado aire en un globo ... las cosas que están demasiado juntas querrán "escapar", y hay una fuerza real.

Ahora, de vuelta a nuestras tuberías de agua, el agua querrá correr desde el extremo presurizado hasta el extremo no presurizado.

Piensa cuidadosamente sobre la tubería. Cuando dejamos correr el agua ... ¿qué es lo que realmente corre? ¿Son las moléculas de agua? Imagine una sola molécula de agua en el extremo presurizado y dejando que la presión "vaya". Esa molécula no correrá hacia el otro extremo. Simplemente permanecerá en su lugar mientras la presión se iguala.

Entonces, ¿qué se está moviendo realmente ?

los presión se mueve.

Digamos que tiene una pequeña pantalla en cada pulgada en la tubería que mide la presión en ese punto exacto. Al principio, todos los de la izquierda son altos; todos los de la derecha son bajos.

Cuando sueltas la presión ... ves que estas pantallas comienzan a cambiar. La "alteza" comienza a moverse hacia la derecha.

Digamos que en una pantalla dice "50" para presión, y luego la siguiente pantalla a la derecha dice "20". Un segundo después, la primera pantalla ahora dice "40" y la segunda dice "30". Puede ver esto como 10 unidades de "presión" que se mueven hacia la derecha a una velocidad de 10 unidades de presión por segundo. Esto es actual - 10.

Ahora estoy jugando un poco suelto con dimensiones y una especie de agitación manual, eliminando algunas de las diferencias entre Potencial y carga, pero el principio básico es el mismo.

Justin L.
fuente

Ok, pero ahora tienes que explicar cómo funciona la gravedad.

Pete Kirkham

Lo que llamamos "actual" (en el contexto de la Ley de Ohm) no se define como electrones en movimiento, no son electrones por segundo, como ha indicado. Es carga en movimiento. Son culombios por segundo. Los electrones en los circuitos de CC de baja potencia se mueven a través del cobre en el orden de centímetros por hora. Las cargas se mueven como una onda a velocidades astronómicamente más rápidas. La deriva electrónica real (centímetros por hora) también es técnicamente una corriente (después de todo, es un flujo de electrones), pero no es de lo que la gente habla cuando habla de voltaje y resistencia.

Adam Lawrence

@Pete Estoy moviendo el requisito de "intuición" del potencial eléctrico (que es difícil) a la gravedad, que las personas tienen una comprensión intuitiva mucho más alta de lo que normalmente tienen. es difícil imaginar que la carga tenga potenciales y se aleje de los altos potenciales; es fácil imaginar que el agua está alta y fluye cuesta abajo y dice que son análogos

Justin L.

@Justin Sí, es mucho más fácil entender la gravedad porque la gravedad es algo con lo que tenemos contacto natural de primera mano. Por otro lado, algo "en mis entrañas" me sigue molestando diciéndome que no es lo mismo y que es "¿qué es realmente ?" que sigo tratando de entender Creo que estoy en la misma posición que un niño que está aprendiendo a multiplicarse y está preocupado porque no entiende completamente la trigonometría.

Cliff Pruitt

@Madmanguruman Creo que obviamente necesito una mejor comprensión de la carga Siempre supuse que algo recibía una carga debido a un exceso o deficiencia en la cantidad de electrones . Si los electrones no se mueven, no creo entender lo que está causando la carga. (No me siento obligado a responder. De todos modos estoy un poco sobrecargado.)

Cliff Pruitt

¿Existe una "unidad de tiempo" implícita en la medición de electricidad? (por ejemplo, millas por hora, kb por segundo, amperios por ???)

Respuestas:

Amperios incluye tiempo ...

En mayor profundidad

Sondeo

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