¿Cuál es el voltaje en cada par de puntos a lo largo de un cable ideal que conecta las dos terminales de una batería?

Si pega un cable a través de una batería, obviamente se va a descargar la batería. Esto será debido a una diferencia de voltaje entre los dos terminales. Sin embargo, la ecuación V = I R le dice cómo calcular el cambio de voltaje debido a los elementos del circuito, conecte R = 0 para un conductor perfecto y parecería que el voltaje debería detenerse inmediatamente después de ingresar al cable (tome un trozo infinitesimal de cable como su elemento y aplique la ecuación). Por supuesto, los cables reales tienen una resistencia insignificante, pero eso no parece que deba compensar lo suficiente, incluso si compensara en las direcciones correctas, pero si lo piensa, la resistencia causaría un impedimento, ¿no debería mantener los electrones -todavía? de nuevo, ¿justo en la terminal?

Otro efecto de la electrodinámica a considerar sería la repulsión de electrones, imagine que todos los electrones salen del terminal positivo y entran en el cable en el primer instante de tiempo. En el instante siguiente sale otro grupo de electrones para ocupar el mismo espacio. ¿Para evitar que los electrones anteriores se peleen con el siguiente trozo de cable?

Probablemente solo estoy malinterpretando alguna ecuación, tal vez el V = I R . Ahora recuerdo que es la caída de voltaje, entonces la caída de voltaje es cero en ese primer infinitesimal, ¿entonces el voltaje entre el negativo y cada punto es el mismo? Esto parece contrario a las leyes de los bucles ya la idea del hacinamiento de electrones. El voltaje debido al hacinamiento de electrones causaría un voltaje que varía continuamente porque cuanto más se acerque a la fuente, más se llenará. Las leyes de voltaje de Kirchoff establecen que, para un circuito cerrado, la suma de las diferencias de voltaje es cero. V = I R le dice que la caída de voltaje en todas partes es cero. Lo único que queda por analizar es la batería en sí, ¿cómo puede algo cancelar la batería de todo el cable fue un cero plano? Quizá este sea uno de los casos en los que se incumple esa ley. Por lo tanto, es conveniente volver a los primeros principios.

La batería funciona creando un desequilibrio de carga, las reacciones químicas transportan electrones a través de una sopa a través de iones. Al final, su cable recibe electrones en un extremo y agujeros de electrones en el otro. La fem resultante hace que fluya la corriente para que el desequilibrio de carga pueda corregirse a través de la ley de Coulomb. La fuerza es proporcional a las cargas sobre el cuadrado del radio. Dado que el radio entra en juego, está claro que se debe considerar la longitud del cable. Entonces, ¿por qué la longitud no forma parte de ninguna de las leyes de voltaje? Ok, me rindo con ese enfoque, no puedo ver ninguna relación entre eso y el voltaje.

Editar: Ok, aquí hay otra forma de verlo, los terminales son solo pernos de metal. Si piensa que dos terminales son realmente largos, de modo que el trozo de cable en cuestión está justo entre ellos, el voltaje a través de ellos es solo el voltaje de la batería. Pero si haces el mismo experimento mental con todos los demás trozos de cable, entonces todos tienen una caída de voltaje igual a la de la batería, lo cual no tiene sentido. Básicamente, ¿cómo puedo definir el voltaje como una propiedad de pequeños fragmentos del circuito?

Este muro de texto es muy difícil de analizar. Utilice párrafos para que esto sea más legible.
Umm, soy nuevo aquí. Y estoy usando un teléfono. Intenté editarlo, pero el sitio web elimina los espacios en blanco (parece que no puedo encontrar una tecla de tabulación e intenté presionar el espacio cuatro veces para sangrar)
Intenté editarlo, pero no me queda muy claro cuál es tu pregunta.
Bueno, el juego final es escribir un programa de computadora/simulador de física. Pero entré en el código y me di cuenta de que me faltaba conocimiento de física. Básicamente, estoy confundido acerca de cómo funcionan realmente los circuitos eléctricos. Quiero hacerlo orientado a objetos, por lo que necesito definir conjuntos de propiedades, por ejemplo, cómo se comporta el objeto bajo voltaje y en serie, que son muy generales para varios elementos del circuito, por ejemplo, un trozo de cable...
Para cualquier segmento de cable idealizado, considere que el voltaje en cualquier parte del segmento es constante. En su juego, deberá manejar por separado el caso de borde donde un cable corta la batería.
La física no hace predicciones para sistemas que están idealizados más allá del sentido. Este es uno de ellos. Puede preguntar sobre el campo electromagnético alrededor de un cable ideal, pero no hay electrones involucrados o puede preguntar sobre la física dentro de un cable de metal real, pero no es ideal. Sin embargo, cualquiera de las dos cosas no es muy interesante en el nivel actual de su conocimiento, así que me pregunto qué está tratando de "simular". Sin embargo, la respuesta más importante que debes escuchar es esta: la naturaleza no funciona de la manera que pareces imaginar.
El punto de esta pregunta es que me doy cuenta de que la física de este caso idealizado está arrojando basura, y no sé qué hacer al respecto. No me hago ilusiones de que sea físicamente significativo. Tal vez es hora de seguir adelante y tratar de hacer resistencias...
No me queda claro qué parte crees que es basura. Los superconductores son dispositivos reales que tienen cero resistencia a la corriente. La corriente fluye a través de ellos con pérdida cero. Simplemente no están conectados a fuentes de voltaje ideales.
Los casos idealizados son muy útiles, pero son aproximaciones y hay que estar atento a las limitaciones. Si tengo una bombilla de 12V 3W, su resistencia es 48 Ω . Si lo conecto a una batería con cables con una resistencia de 0.1 Ω , no es una mala aproximación decir que la resistencia del cable es cero, lo que ahorra un montón de cálculos. Si no está presente alguna resistencia "alta", la resistencia del cable se vuelve importante.

Respuestas (3)

Para un conductor verdaderamente ideal, el voltaje es idéntico en todos los puntos del conductor en estado estable. Entonces, si conecta esto a una batería real, la batería empujará la carga "tratando" de mantener el voltaje entre las terminales. No sería capaz de hacer esto. Una batería muy potente podría calentarse tanto al intentar hacer esto que se daña o se incendia. Una batería débil (como la de una moneda) simplemente se agotará y se calentará un poco.

Tenga en cuenta que dije estado estacionario (donde V = I R es verdad). Incluso en un conductor perfecto, habrá cierta inductancia en el circuito. La inductancia en los puntos resistirá los cambios de corriente. Entonces, mientras la corriente cambia, puede haber diferencias de voltaje entre las diferentes partes del conductor ideal.

Con un conductor perfecto, no hay resistencia en el alambre. Sin embargo, eso no significa que no haya resistencia en el circuito, ya que la batería en sí tiene cierta resistencia interna. La corriente a través del cable estará entonces limitada por esa resistencia, es decir

I = mi / R i

La resistencia interna es bastante baja. Tiene que ser así, ya que de lo contrario su voltaje caería demasiado bajo cargas normales. Sin embargo, bajo cargas pesadas, debe tenerlo en cuenta, ya que significa que el voltaje efectivo de la batería es menor con cargas pesadas que con cargas livianas.

Lo que sucederá con una batería en cortocircuito depende del tipo de batería, si tiene circuitos de protección incorporados, etc. Sin circuitos de protección, la batería definitivamente se sobrecalentará e incluso podría incendiarse.

Tiene razón para una fuente de voltaje ideal y la ley de Ohm de un cable ideal ya no funciona. Puede ver fácilmente eso matemáticamente para fijos V y R = 0 la ecuacion V = I R no tiene solución para I .

Entonces, la ley de Ohm no funciona aquí, pero dado que no existe una fuente de voltaje ideal en el mundo real, ¿por qué molestarse en buscar alguna ley generalizada que incluya este caso? Por ejemplo, si reemplaza su fuente de voltaje ideal con una combinación de una fuente de voltaje ideal con resistencia interna (que modela una batería real con bastante precisión), la ley de Ohm vuelve a funcionar.

Su problema no es que la ley de Ohm le dé basura, sino que la ley de Ohm no le dé ninguna respuesta para este escenario, simplemente no es aplicable. Si desea que su simulación pueda simular este caso, debe usar alguna otra ley en lugar de la ley de Ohm, pero esta ley no se puede derivar de la naturaleza ya que este escenario no existe en la naturaleza.

Y como otros han señalado V = I R tiene otras limitaciones, ciertamente no es una teoría general para la electrodinámica. Si usa una teoría/ecuación física, siempre debe tener en cuenta sus supuestos y límites.

¿Cuál es el voltaje en cada par de puntos a lo largo de un cable ideal que conecta las dos terminales de una batería?
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