Current Runs Downhill — the Junction Rule Meets Ohm's Law

Elektrizität und Magnetismus Mittel Kostenlos VR · AR
Current Runs Downhill — the Junction Rule Meets Ohm's Law – Elektrizität und Magnetismus
Current Runs Downhill — the Junction Rule Meets Ohm's Law – Elektrizität und Magnetismus

Drei goldene Leistungswiderstände auf einer Laborplatte treffen sich in einem Knoten C. Die Klemmen A, B und D führen zum Rest einer Schaltung unter dem Tisch, und eine Erdklemme auf der Platte ist die 0-V-Referenz. Schieberegler stellen die Potentiale von B, C und D ein, gemessen gegen Erde, dazu alle drei Widerstände; daraus legen die Knotenregel und das ohmsche Gesetz die einzige Unbekannte fest: das Potential von A. Drücke ▶: Die rote Prüfspitze eines Multimeters springt von der Erde zu D, C und B und zuletzt zu A, die Anzeige zeigt jedes Potential, sobald die Spitze aufsetzt, und ein Zaun über jedem Widerstand zeigt, wie das Potential in Stromrichtung bergab fällt. Die Messung läuft einmal ab und hält an, und die Zeitleiste führt zu jedem beliebigen Moment zurück.

So benutzt du diese Simulation

Worauf du achten solltest

Die Physik dahinter

In einem Widerstand fließt der technische Strom vom höheren zum niedrigeren Potential, und das ohmsche Gesetz liefert seine Stärke: I = (V_hoch − V_tief)/R, also V_ab = V_a − V_b = IR. Mit B bei 4 V, C bei 10 V und D bei 6 V beträgt der Strom im 3-Ω-Widerstand (10 − 4)/3 = 2 A, aus C heraus in Richtung B, und der Strom im 4-Ω-Widerstand (10 − 6)/4 = 1 A, aus C heraus in Richtung D. An einem Knoten staut sich keine Ladung (ΣI_zu = ΣI_ab), also müssen 2 + 1 = 3 A über den 2-Ω-Widerstand von A her in C ankommen – und um 3 A durch 2 Ω zu treiben, muss A um 3 × 2 = 6 V über C liegen. In einer Zeile: (V_A − V_C)/R₁ = (V_C − V_B)/R₂ + (V_C − V_D)/R₃, also (V_A − 10)/2 = 2 + 1 und V_A = 16 V. Die Vorzeichen erledigen jeden anderen Fall: Liegt C tiefer als B, fließt der Strom in diesem Zweig in C hinein und sein Term wird negativ; kommt von B und D mehr Strom in C an, als abfließt, muss der Rest über R₁ abfließen, und A liegt dann unter C. Die Simulation hält A, B und D mit idealen Quellen gegen Erde auf ihren Potentialen und löst das ganze Netz exakt – und C kommt genau auf dem eingestellten Potential heraus.

Kirchhoff's current lawjunction ruleOhm's lawelectric potentialpotential differenceΣI_in = ΣI_outV = IRmultimeter3D