两点 AB 之间的电势差 U_{AB} 定义为将电荷从 A 点移动到 B 点所需的功/电荷量。
并联是指将一端连接到另一端。 起点和终点是相同的。 因此,无论走哪条路,对于相同的电荷量,自始至终电场力所做的功都是相同的,比值当然也是相同的,即它们的电势差为相同。
更详细地说,我可能需要一些大学知识。 虽然本身并不难,但符号一看就吓人,但现场科普需要更多的空间。 如果你看不懂,那很正常。
在宏观电磁学中,麦克斯韦方程组才是老大,普通的集总电路只是一个特例。 具体方法我们稍后再说。
麦克斯韦方程组认为,变化的磁场会产生无自旋电场,其定量描述为
\oint_{L}^{}\vec{E}\cdot d\vec{l}=-\int_s\frac{\\vec{B}}{\ t}d\vec{S}
这意味着闭合路径L上电场强度E的环量等于通过曲面所包围的区域S的磁通变化率的负值。
如果一下子不能接受,就当成“随时间变化的磁场产生旋转电场”吧。 具体的关系可以从数量上翻译成专业的废话。
集总电路的要求之一是元件外部没有磁场。 (另外两种是没有外部电场且元件尺寸比工作波长小很多,这里关联不大,不再介绍。)
无磁场,磁感应强度B为0。上式简化为
\oint_{L}^{}\vec{E}\cdot d\vec{l}=0
从数学上来说,满足上式就相当于满足与路径无关的积分。 积分结果仅取决于起点和终点。
从物理角度来看,如果电场有旋转分量电势差与电场强度的关系,那么这个旋转分量就是由时变磁场产生的。
由于规定没有磁场,所以只有电荷本身向外辐射或向内聚集的电场。
对于这类没有旋转分量的场,一个结论是它们的功只与路径的起点和终点有关,而与路径无关。 (利用斯托克斯定理,用曲面上场旋度的通量来代替闭线上的环量。无旋场的旋度为0,可以直接推导出积分结果为0。路径积分结果为0。路径无关。)
那么回到一个弱智问题,什么是电压?
两点AB之间的电压定义为电荷在电场中从A点移动到B点时,电场力所做的功与电荷量的比值。
即 U_{AB}=\frac{W}{q}=\\int_a^b\vec{F}d\vec{l}
电场力与电场的关系为\vec{F}=q\vec{E},因此可得 U_{AB}=\\int_a^bq\vec{E}d\vec{l}=\int_a ^b\ vec{E}d\vec{l}电势差与电场强度的关系,刚刚证明了这个东西在集总电路中是路径无关的。
到了这里,就是我们熟悉的剧情了
对于闭合路径,假设路径L被分成两段L1和L2,即两段并联连接。
在A点,无论是通过L1直接到达B点,还是通过ADCB到达B点,起点和终点都是相同的。因为路径无关,所以总有
\int_{L1}^{}\vec{E}\cdot d\vec{l}=\int_{L2}^{}\vec{E}\cdot d\vec{l}=U_{AB}