Recientemente comencé con el concepto de energía proporcionada por la batería al mover la carga de un punto a otro en un cable. NCERT dice que
"si la carga se moviera en un conductor sin colisiones, entonces el trabajo realizado por el campo es igual al cambio en la energía cinética de las cargas y, por lo tanto, aceleran hacia un potencial bajo".
Ahora, lo que siento en este caso es que, si asumimos resistencia cero y si la resistencia estuviera presente (por colisiones con iones positivos fijos pesados), entonces, termodinámicamente, la velocidad de cada carga tiene la misma probabilidad de cambiar en cualquier dirección después de la colisión, por lo tanto decimos que debido a la diferencia de potencial (constante), los electrones como un sistema se desplazan con una velocidad "constante" y, por lo tanto, el trabajo realizado es igual a la pérdida de energía en las colisiones. Pero, ¿por qué entonces tomamos PD=0 en un cable asumiendo . ¿No se acelerarán los electrones aquí?
La resistencia tiene un significado muy específico para un dispositivo eléctrico. Está definido por
La afirmación de que implica que se basa en la suposición tácita de que sigue siendo finito. Esta suposición se basa en el comportamiento de cualquier fuente de alimentación real a la que esté conectado el dispositivo.
Entonces se convierte .
Así como se aproxima a cero, se aproxima a cero.
Pero, ¿por qué entonces tomamos PD=0 en un cable asumiendo . ¿No se acelerarán los electrones aquí?
Acelerarían en el alambre si no hubiera otra resistencia en serie con el alambre. Si hay resistencia en serie con el cable, esa resistencia controla la corriente y evita que los electrones se aceleren. Dado que el cable sin resistencia está en serie con la resistencia, la corriente también es constante en el cable.
La diferencia de potencial, , entre dos puntos se define como el trabajo por unidad de carga requerido para mover la carga entre los puntos. Dado que no se requiere trabajo para mover la carga entre dos puntos cualesquiera de un alambre con resistencia cero, la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera del alambre es cero.
Una analogía mecánica que involucre la fricción podría ayudar.
Imagina que estás empujando una caja a una velocidad constante con una fuerza constante una distancia en un piso que tiene fricción.
La caja es análoga a la carga eléctrica, moviéndose a velocidad constante (análogo a la corriente constante).
El piso con fricción es análogo a la resistencia.
La fuerza que aplicas a la caja es análoga a la fuerza aplicada por el campo eléctrico,
El trabajo que haces moviendo la caja la distancia es análogo al trabajo realizado por el campo eléctrico que mueve la carga a través de la resistencia, .
El trabajo que haces por unidad de masa la distancia es análogo al trabajo realizado por unidad de carga por el campo a través de la resistencia, a saber, el voltaje .
El trabajo negativo igual realizado por la fricción cinética que disipa el calor en el piso es análogo al trabajo negativo realizado por la resistencia debido a las colisiones. Las colisiones disipan la energía proporcionada por el campo como calentamiento por resistencia.
Ahora imagina después de empujar la caja la distancia el suelo se vuelve sin fricción. Esto es análogo a encontrar el cable de resistencia cero en serie con la resistencia. Usted (el campo eléctrico) ya no necesita hacer trabajo para mantener la caja (carga) moviéndose a velocidad constante (corriente constante) ya que ya no hay fricción (resistencia) que superar. Dado que no se requiere trabajo para mover la carga a través del alambre de resistencia cero, la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera del alambre es cero.
Espero que esto ayude.
Al resolver un problema de circuito, tomar la diferencia de potencial a través de un cable como cero es una aproximación conveniente que supone que la resistencia del cable es mucho más baja que otras resistencias en el circuito. Si el cable es largo, se debe considerar su resistencia.
david jonsson