Por alguna razón, siento que el concepto de voltaje se me escapa. Investigué mucho en estos foros y a través de textos, y encontré respuestas que parecen bastante bien pensadas, pero aún no puedo comprender el concepto fundamental de qué es el voltaje.
Podría explicar (regurgitar) la definición de voltaje de muchas maneras y conectarla a ecuaciones, pero cuando se trata de probar mi comprensión fundamental de él como un concepto natural, me quedo corto.
Explicaré lo que sé y lo que no, y tengo algunas preguntas teóricas que espero me ayuden a comprender mejor.
Esto es lo que creo saber: 1. El voltaje es energía potencial eléctrica. Representa un desequilibrio en la distribución de carga.
Esto significa que dado un conductor suficiente, los electrones trabajarán moviéndose a un estado de equilibrio para corregir este desequilibrio.
El voltaje debe medirse entre dos puntos, porque solo puede existir en relación con un desequilibrio entre un punto y otro.
¿Las medidas de voltaje determinan el trabajo que se puede realizar como resultado del desequilibrio?
La cantidad de voltaje en una batería no cambiaría si aumentara el tamaño de la batería. ¿Solo cambiaría si aumentara la densidad de carga de negatividad promedio en la terminal negativa?
Esto es lo que no sé o sobre lo que tengo preguntas: 1. Entonces, aumentar el voltaje aumenta la corriente porque un voltaje más alto significa un mayor desequilibrio de la fuente, lo que significa más "presión" sobre los electrones para moverse. Dado un diámetro de cable fijo, ¿eso significa que un voltaje más alto haría que los electrones se movieran más rápido?
¿Por qué se suman las resistencias en serie? No entiendo. Me imagino una resistencia como un cuello de botella, ya que todo el circuito está limitado por la resistencia del componente más resistente. Pero esto es claramente incorrecto. ¿Es más correcto imaginar que cada vez que los electrones viajan a través de una resistencia, tienen que hacer más trabajo y pierden parte de su capacidad para realizar trabajo futuro, y tienen cada vez menos energía cuanto más resistencias atraviesan?
Si una corriente/flujo de electrones comienza a fluir y viaja a través de un cable con una resistencia de 1 ohm, y pasa por una resistencia de 5 ohm, luego regresa a un cable de resistencia de 1 ohm, dado que la resistencia disminuye, ¿se aceleraría nuevamente al salir del resistencia de 5 ohmios? Si es así, supongo que su nueva velocidad (en relación con su velocidad inicial al ingresar al circuito) sería proporcional a la fracción de voltaje restante después de la caída de voltaje total hasta ese punto.
Cuando una batería muere, asumo que su voltaje no está en 0. ¿Una batería agotada simplemente ya no tiene el voltaje mínimo requerido para suministrar al circuito suficiente energía para alimentar el dispositivo? En ese caso, ¿eso significa que las baterías agotadas aún podrían alimentar un circuito con menos resistencia o menor demanda de energía?
Esta cita de Wikipedia me confunde: "En un circuito en serie, la corriente a través de cada uno de los componentes es la misma, y el voltaje en el circuito es la suma de los voltajes en cada componente". ¿Qué significa que los componentes "tienen voltaje". Supongo que esto significa la caída de voltaje antes del componente en comparación con después, ¿verdad? Pero, ¿cuál es el razonamiento para decir que el componente "tiene" voltaje? ¿Está tratando de expresar la cantidad de trabajo realizado (es decir, el calor emitido) de ese componente?
El último, otra entrada de wiki: "En un circuito paralelo, el voltaje en cada uno de los componentes es el mismo". Esto me confundió, pero creo que lo acabo de descubrir. Si una corriente fluye a través de múltiples caminos, tomaría el camino de menor resistencia a su destino, por lo tanto, si un circuito paralelo tiene una resistencia de 1 ohmio y una resistencia de 5 ohmios en paralelo, ambos tendrían la misma caída de voltaje, pero la corriente fluyendo a través de la resistencia de 5 ohmios sería 1/5 del valor de 1 ohmio?
Gracias por tomarse el tiempo de leer mi publicación. Espero no haberlo entendido todo terriblemente mal.
El voltaje es similar a la altura. Desempeña el mismo papel para la carga eléctrica que la altura*gravedad para una pelota en una colina. Entonces, alto voltaje significa alto potencial de energía de la misma manera que una pelota en lo alto de una colina significa alto potencial de energía.
El voltaje no es energía potencial, de la misma manera que la altura no es energía. Sin embargo, si tiene una cierta cantidad de carga , puedes multiplicarlo por el voltaje para obtener la energía potencial, que es . Esto es similar a la forma en que puedes multiplicar la altura por la masa*gravedad para obtener para la energía potencial de una pelota en la colina. Entonces, el voltaje es energía potencial por unidad de carga de la misma manera que la altura * la gravedad es energía potencial por unidad de masa.
El voltaje debe medirse entre dos puntos por la misma razón que debe medirse la altura. Cuando alguien dice "la altura aquí es de 1000 pies", en realidad lo está comparando con un punto al nivel del mar. En electrónica, el "nivel del mar" a menudo se reemplaza por "tierra". Así que si alguien dice, "esta valla está electrificada a 10.000 voltios", quiere decir que hay una diferencia de 10.000 voltios entre la valla y el suelo, de la misma manera que quiere decir que hay una caída de 1.000 pies entre la elevación actual y el océano. Sin embargo, puede usar dos puntos cualquiera para medir las diferencias de altura. Si dejas caer una pelota, tiene más sentido hablar de la altura sobre el piso de la habitación en la que estás que hablar del nivel del mar. De manera similar, si desea ver una sola resistencia,
El trabajo realizado sobre una carga a medida que se mueve de un punto a otro es la cantidad de carga multiplicada por la diferencia de voltaje. Esto es como el trabajo realizado en una pelota mientras se desliza colina abajo es la masa de la pelota por la altura de la colina por la gravedad.
Una sola celda de batería solo puede producir un par de voltios. Eso es cuánto cambia el potencial de un solo electrón en la reacción química en la celda. Esto es un poco como la forma en que una bomba que funciona por succión solo puede levantar agua unos 30 pies en el aire, ya que esa es la energía potencial de la flotabilidad de toda la atmósfera. Puede apilar varias baterías una encima de la otra para obtener una mayor caída de voltaje total (como se hace con las baterías de 9 V o 12 V) de la misma manera que podría usar varias bombas para aspirar agua a más de 30 pies.
Si aumenta el voltaje a través de un elemento del circuito, en general, el comportamiento puede ser bastante complicado. Esto es como decir que si inclina una rampa a un ángulo más pronunciado, cambiará la forma en que los objetos se deslizan por la rampa. En muchos materiales, encontramos que el comportamiento es simple: corriente = voltaje/resistencia. Entonces, si duplica el voltaje, duplica la corriente. Esto se llama Ley de Ohm. Una descripción precisa de por qué es cierto es probablemente demasiado avanzada para este momento. Le irá bien para la intuición si comienza a pensar en la corriente eléctrica como si fuera agua que fluye a través de un tubo. Entonces, la Ley de Ohm dice que si estás impulsando el flujo haciendo que el agua fluya cuesta abajo, si haces que el flujo cuesta abajo sea el doble de empinado, el agua fluye el doble de rápido. Sí, puedes pensar que dice que los electrones van más rápido.
Agregar resistencias en serie es como agregar varias tuberías para pasar. Si intenta empujar el agua a través de más tuberías, será más difícil. Si estuvieras dejando que el agua fluya cuesta abajo a través de una serie de tuberías, cuantas más tuberías tengas, menos cada tubería puede apuntar cuesta abajo. Eso significa que agregar más tuberías hace que el agua fluya más lentamente por todas partes. De manera similar, agregar más resistencias en serie reduce la corriente en todas partes.
La cantidad que realmente mide cuando se trata de corriente es el flujo total: número de electrones por segundo que pasan. Si tiene una serie de resistencias de 1 ohm, 5 ohm, 1 ohm, todas tendrán la misma corriente a través de ellas. Esto se debe a que si no lo hicieran, la corriente comenzaría a acumularse en algún lugar y eso cambiaría el flujo. (Esto realmente sucede, muy rápido porque los cables tienen una capacitancia muy baja). La forma en que todos obtienen la misma corriente es que tienen diferentes voltajes. La mayor parte de la caída de voltaje para todo el circuito será a través de la resistencia de 5 ohmios. Esto es como instalar tuberías de modo que una tubería delgada descienda por una parte empinada de una colina mientras que dos tuberías gruesas descienden por partes poco profundas de la colina. El agua total que pasa por cada tubería por segundo sería la misma. En este caso, el agua se movería más rápido a través de la tubería delgada (la parte de alta resistencia). Esto se debe a que el flujo total es el mismo, por lo que si el área de la sección transversal es menor, la velocidad es mayor para compensar. Este tipo de imagen también funciona aproximadamente con electrones. Se llama el modelo Drude. Es el más fácil de visualizar, pero no es fiel a la imagen cuántica de la física moderna.
Las baterías mueren lentamente, sí. Es por eso que las linternas, por ejemplo, se vuelven más y más tenues antes de apagarse por completo.
Decir que un componente del circuito tiene un voltaje es simplemente decir que hay una cierta caída de voltaje en ese elemento. Es como decir que cada tubería en una serie de tuberías que corren cuesta abajo tiene una cierta diferencia de altura, y que la diferencia de altura para todo el sistema de tuberías es la suma de todas las diferencias de altura de las tuberías individuales.
Si dos resistencias están en paralelo, tienen la misma caída de tensión. Esto es como decir que dos tuberías una al lado de la otra tienen la misma diferencia de altura. El que tiene una resistencia de 1 ohmio tendrá cinco veces más corriente que el que tiene una resistencia de 5 ohmios.
Algunas ideas preliminares que pueden ayudar:
Realmente no importa cuál sea la velocidad de los electrones: una corriente de 1 C/s (= 1 A) solo significa que el valor de un culombio de carga (igual a electrones) pasa por cada punto del circuito cada segundo. Tal vez haya un electrón viajando tan rápido que no vueltas al circuito por segundo, o tal vez hay electrones que viajan lo suficientemente rápido como para completar una vuelta cada segundo. Tal vez sea alguna otra combinación. Realmente no afectará en absoluto el comportamiento a gran escala, por lo que no nos preocupamos por eso.
El 'voltaje de' un componente eléctrico representa la diferencia de voltaje a través de él, es decir, el peaje de energía que cada unidad de carga (expresada, por ejemplo, en Coloumbs o electrones) debe pagar para pasar. En realidad, solo tiene sentido cuando se habla de un circuito específico: la resistencia A puede tener un voltaje de 5 V en el circuito 1, pero 300 V en el circuito 2. ¡Esto también es cierto para las baterías! Hablamos de las baterías AA como 'siendo' de 1,5 V, pero el voltaje que la batería realmente genera disminuirá a medida que aumente la corriente extraída de ella. Este efecto generalmente se ignora en los cursos de circuitos básicos (y al decir que las baterías 'tienen' voltaje xyz) porque (a) no es significativo a menos que esté consumiendo mucha corriente y (b) simplifica las cosas.
La 'corriente a través de' un componente eléctrico representa la velocidad a la que la carga pasa a través del componente. Nuevamente, el mismo componente (en general) tendrá diferentes corrientes a través de él en diferentes circuitos.
Para responder a sus preguntas:
1.. (parece que tiene dos 1) Como se indicó anteriormente, la velocidad de los electrones individuales no importa. La velocidad a la que se mueve la carga aumenta, ya sea porque se mueven más electrones o porque se mueven más rápido (realmente no nos importa).
Tu explicación es correcta.
Estás describiendo tres componentes conectados en serie. En este caso, la corriente a través de cada componente debe ser la misma; si no fuera así, algún componente tendría más carga entrando que saliendo y, por lo tanto, estaría desarrollando una carga estática. Esto no ocurre en los circuitos: si ocurriera por un breve momento, las cargas similares se repelerían entre sí de inmediato y el sistema respondería aumentando la corriente de ese componente. Además, como siempre, piense en la corriente (carga/tiempo), no en la velocidad (distancia/tiempo).
Una simple resistencia vieja continuará consumiendo corriente hasta que el voltaje llegue a cero. Los componentes electrónicos se comportan de manera diferente y pueden dejar de funcionar por debajo de cierto voltaje. No sé lo suficiente sobre electrónica para explicar en detalle lo que sucede.
Vea la explicación de 'voltaje cruzado' arriba. Nos referimos a cosas como 'tener' un voltaje porque son menos palabras. Esto es lo único que significará, por lo que no es ambiguo.
Suponga que tiene dos ramas en un circuito paralelo y que la caída de voltaje entre ellas es la misma. Si el punto de división original es el punto de referencia (0 V), y la salida de una rama está a -5 V y la salida de la otra está a -10 V, ¿qué sucederá? Debido al desequilibrio, fluirá corriente de la salida de uno a la salida del otro, y seguirá haciéndolo hasta que los dos voltajes se igualen. Por lo tanto, los sistemas con voltajes desiguales como este no se producirán de forma natural. Su resumen (mismo voltaje, diferente corriente) es correcto.
¿Qué es el voltaje? A mi modo de ver, y este es solo mi concepto, el voltaje representa la presión de los electrones. Debido a que los electrones se repelen entre sí, cuantos más electrones empaques en una unidad de masa de un conductor, mayor será el voltaje, como en un capacitor de lámina metálica. Si fuerza los electrones en un no conductor, el espacio para los electrones es muy limitado y la carga estática o el voltaje aumentan muy rápidamente. Cuando pasa una corriente a través de una resistencia, el flujo o el amperaje es el mismo antes y después de la resistencia, pero la densidad de carga es menor en el lado de voltaje más bajo debido a la estrangulación de los electrones a través de la resistencia.
alejnavab