Al asemejar el flujo de electricidad a través de un cable a las personas que caminan por una calle: los electrones son personas, la corriente es el número de personas, la resistencia son las barreras en el camino.
Pero, ¿cuál es el potencial eléctrico en este ejemplo?
¿Cuál es el significado físico de la diferencia de potencial de 2 V? ¿Y qué cambia en el flujo de electrones cuando el potencial es de 1 o 2 V?
Le daré una oportunidad a esto, aunque no estoy seguro de si esto aclarará o empañará el problema.
los electrones son personas
DE ACUERDO
actual es el número de personas,
No, esa no es la analogía correcta. La corriente es un flujo y una gente (electrones) la corriente es un flujo de personas (electrones) y la cantidad de corriente es el número (culombios) de personas (electrones) que pasan por un punto fijo en la calle (conductor) por segundo.
la resistencia son las barreras en el camino.
DE ACUERDO
Vale la pena tener en cuenta que los electrones se repelen entre sí . Entonces, para mejorar esta analogía, necesitamos que las personas se repelan entre sí.
Para mantener esto simple, hagamos que las personas caminen en una sola fila y supongamos que una persona está unida a un resorte que está unido a la persona de adelante y también a un resorte que está unido a la persona de atrás.
Entonces, si todos están igualmente separados y se mueven uniformemente, no hay una fuerza neta sobre ninguna persona.
Sin embargo , si hay resistencia (barreras, fricción, etc.), una persona puede disminuir la velocidad debido al impacto con una barrera y luego sentir una fuerza del resorte que es comprimido por la persona detrás y el resorte que es extendido por la persona en frente.
No es difícil ver, extrapolando de esto, que a medida que la fila de personas avanza por la calle, los resortes se comprimen más entre las personas al principio de la calle que al final de la calle.
Esto quiere decir que allí la densidad de personas es mayor; las personas están más juntas al principio que al final.
Entonces, la energía potencial almacenada en los manantiales es mayor en el extremo por donde entra la gente que en el extremo por donde sale la gente . Este debe ser el caso ya que la energía se pierde por las barreras y la fricción a medida que las personas se mueven por la calle.
Tenga en cuenta que el flujo de personas es constante a pesar de que la densidad de personas varía de mayor al principio a menor al final de la calle.
De manera similar, cuando hay una corriente constante a través de una resistencia, la densidad de carga es mayor en un extremo que en el otro, aunque el flujo de carga a través de la resistencia sea constante.
Es esta diferencia de densidad de carga la que da lugar al voltaje (diferencia de potencial) a través de la resistencia.
Pero, ¿qué es potencial en este ejemplo?
En su analogía con la gente en la calle, el potencial eléctrico sería una tienda con ofertas en un extremo de la calle, o tal vez un accidente o algo más interesante. La gente tiende a moverse hacia el extremo interesante (menos potencial) y alejarse del otro extremo menos interesante (mayor potencial). Al igual que una piedra desea caer hacia abajo y no hacia arriba, porque los puntos hacia arriba y hacia abajo tienen un potencial diferente .
¿Cuál es el significado físico de la diferencia de potencial de 2 V?
La unidad Voltios es Joules/Coulombio , . Recuerda eso es el cargo . Así que estamos hablando de energía por carga. Y un potencial más alto tiene más energía por carga.
Ahora, volvamos a la analogía de la gente en la calle. Si de repente ocurre un accidente, entonces la gente de repente comienza a moverse hacia él, porque es muy interesante (menos potencial). Tal vez corran para llegar rápido. Cuanto más se acerquen, más lento se moverán, ya que pronto estarán allí y ya pueden ver más y más.
Si usted es un oficial de policía o un guardia de seguridad de una tienda o cualquier otra persona que retenga a las personas, cuanto más lejos estén del lugar interesante, más querrán moverse, más empujarán o más correrán. Y aquí es muy difícil contenerlos.
Si te acercas mucho más al punto interesante de la calle, entonces la gente ya puede ver lo que está pasando y empujan menos.
Como en un concierto de rock, si los altavoces son malos, la gente más alejada empujará a la multitud para que se acerque. A medida que se acercan, pueden escuchar la música cada vez mejor y poco a poco dejan de empujar.
Es como si su energía, con la que intentan moverse, disminuye cada vez más a medida que se acercan. La energía por persona (es decir, la energía por carga ) disminuye a medida que alcanzan el potencial más bajo.
¿Eso tiene sentido?
¿Y qué cambia en el flujo de electrones cuando el potencial es de 1 o 2 V?
o es solo una medida de cuánto es el potencial en algún punto de la calle. Si la situación habitual (la calle en todos los puntos antes de que ocurra el accidente) es , entonces cuando el accidente ocurre de repente tienes una diferencia de potencial que empezará a arrastrar a la gente en esa dirección.
Si ocurren dos accidentes al mismo tiempo en diferentes puntos de la calle, entonces tal vez uno involucre a un ciclista que se cae ( ) y otro involucra a un gran camión con un tanque de nitrógeno líquido estallando, mientras un auto se incendia y la gente grita ( , la cuestión es que es más interesante).
No son igualmente interesantes, por lo que la diferencia de potencial es hacia el acontecimiento más interesante. Si no ocurriera el accidente de menor potencial, entonces el flujo de personas sería más intenso y más rápido, pero dado que ocurrieron dos eventos, las personas no están seguras de adónde quieren ir. Sin embargo, ven que el accidente más grande es más interesante.
Si dos tanques de nitrógeno líquido estallan al mismo tiempo en diferentes puntos (es decir, dos puntos con el mismo potencial), entonces un pobre tipo que está justo en el medio, está tan confundido que no sabe dónde ¡ir! Así que simplemente se para allí y cambia de opinión una y otra vez, ¡y nunca se mueve a ninguna parte!
Esta analogía parece ser una sociedad de gente indecisa...
Dado que su pregunta es un poco pictórica, intentaré ceñirme a esto y evitar explicaciones matemáticas/físicas más profundas.
los electrones son personas
bien con eso
actual es el numero de personas
no, eso es un error. En realidad actual es en este caso el número de personas que cruzan una línea en la calle por vez. Como Steeven ya mencionó en un comentario, 2 amperios (supongamos que 1 A es 1 tipo para simplificar) significa que 2 tipos más cruzan la línea de izquierda a derecha que en el otro sentido. La cantidad de personas que cruzan la línea en la calle en una dirección no está representada por 2 amperios.
la resistencia son las barreras en el camino.
Estoy bien con eso.
Pero, ¿qué es potencial en este ejemplo?
Preferiría compararlo con un potencial que es más claro: una zona montañosa. El potencial eléctrico es similar al potencial en la gravedad. Entonces, en ese ejemplo de personas, el potencial eléctrico es el camino cuesta abajo. Para las personas (electrones) que van cuesta abajo no se necesita energía, incluso pierden energía potencial. Las personas que se mantienen al mismo nivel en la calle no ganan ni pierden nada. Las personas que van cuesta arriba necesitan energía para obtener energía potencial (para los electrones, esto podría ser un campo magnético que acelera los electrones). Tomando esta explicación para el potencial eléctrico, su próxima pregunta es fácil de responder.
¿Cuál es el significado físico de la diferencia de potencial de 2 V?
Es solo la pendiente del camino montañoso. Si es un poco empinado, tiene un voltaje alto y si es plano, solo tiene un voltaje pequeño.
¿Y qué cambia en el flujo de electrones cuando el potencial es de 1 o 2 V?
¿Recuerdas mi explicación de la corriente? Elevar el voltaje de 1 V a 2 V (haciendo que el camino sea más empinado) tiene el efecto sobre los electrones de que más electrones por vez cruzan la línea de izquierda a derecha que antes. Puedes imaginar este efecto, como que el camino se vuelve tan empinado que la gente comienza a deslizarse hacia abajo (no todos, pero cada vez más), quieran o no.
Espero que esta ecuación sin explicación se ajuste a tus necesidades.
Editar: para Rob Jeffries, no puedo escribir un comentario porque no tengo 50 reputación, así que me veo obligado a responder de esta manera. No estoy de acuerdo contigo en que la analogía se cae por culpa de una calle plana.
Los electrones en un conductor también pueden moverse sin que se aplique ningún campo eléctrico. Mientras no haya una orientación preferida (y las personas en un mundo con solo una carretera plana y vacía no tengan una orientación preferida) no hay corriente, al menos no hay corriente global. No solo no se desmorona, sino que encaja perfectamente en la analogía. Imagina que una carretera primero va cuesta abajo, luego es perfectamente plana y luego vuelve a bajar. La gente gana velocidad la primera parte cuesta abajo y en un mundo perfecto con un solo camino donde no hay pérdidas (fricción o lo que sea) mantienen el impulso y la velocidad en la parte plana. Siguen caminando y caminan más rápido cuando llegan de nuevo a la parte cuesta abajo. Y aquí tienes una explicación de personas-electrones para la deriva de electrones en estructuras de semi conducción.
En mi opinión, el potencial electrostático en cualquier punto de un campo eléctrico puede verse como
Supongamos que una carga positiva crea un campo eléctrico
En ese campo si hay presente alguna carga de prueba positiva o negativa
Supongamos una carga de prueba positiva
Entonces, esta carga de prueba positiva tenderá a alejarse de la carga de origen debido a la fuerza de repulsión.
Y si no se mueve. Definitivamente debería tener suficiente energía disponible para contrarrestar esta fuerza de repulsión, de lo contrario se habría alejado.
Entonces, el potencial eléctrico en cualquier punto de un campo eléctrico puede definirse como la energía que debe poseer una unidad de carga para mantener su posición contrarrestando la fuerza debida a E sobre ella.
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