El voltaje como "fuerza" electromotriz

las partículas ganan velocidad a medida que su altura disminuye. ¿Los electrones hacen lo mismo, al menos en el vacío?

Sí, un electrón en el vacío (por ejemplo, en un tubo de vacío) continuará acelerándose mientras esté bajo la influencia de un campo eléctrico.

¿Qué tal en un alambre? ¿Alcanzan los electrones algún tipo de "velocidad terminal" para no viajar más rápido en un extremo de un circuito que en el otro?

Sin embargo, en un cable u otro material conductor, los electrones tienden a interactuar ("rebotar") con otras partículas (núcleos atómicos, fonones u otros electrones) con frecuencia, por lo que su velocidad promedio tiende a nivelarse a lo largo del camino de la conducción.

¿Qué determina su velocidad de viaje?

Para obtener más detalles, investigue la teoría de Drude .

Para que la analogía del agua funcione, lo mejor es utilizar una tubería cerrada . Si el agua fluye hacia abajo en una tubería cerrada, no se acelera; si lo hiciera, el agua en la parte inferior de la tubería se movería más rápido que el agua en la parte superior de la tubería y, por lo tanto, los trozos de agua tendrían que separarse uno del otro. otro creando un vacío entre los pedazos de agua.
El efecto de la gravedad sobre el agua, en lugar de hacer que se acelere a medida que se mueve hacia abajo, es transferir la fuerza (a través de la presión del fluido o succión, si quiere llamarlo así) a otras partes del fluido que podrían estar aguas arriba. o aguas abajo. Del mismo modo, en un circuito en serie, la corriente no fluye más rápido a través de resistencias pequeñas ni más lento a través de resistencias grandes: todas las resistencias reciben la misma corriente (culombios por segundo, que es el equivalente a kg por segundo de agua). Pero cada resistencia contribuyó a determinar cuál sería ese caudal.

Suponga una corriente I = 1 amperio y un alambre de 2 mm de diámetro (radio = 0,001 m). Este cable tiene un área de sección transversal de 3,14 × 10−6 m2 (A = π × (0,001 m)2). La carga de un electrón es q = −1.6×10−19 C. Por lo tanto, la velocidad de deriva se puede calcular:

Código a Wikipedia.

Una velocidad térmica solo puede ser la velocidad de la luz, así que calculemos cuánta corriente y voltaje necesitamos para llegar a 0.75c:

Yo = ((8,5*10^28m^-3)*(3,14*10^-6m^2)*(1,6*10^-19C)(0,75c))

= 9,60175284 × 10^12 A

Para conducir esa corriente a través de un cable de cobre de 1 m * 2 mm ^ 2, necesita un voltaje apagado

U = 2 * (0,0171 ohmios) * (9,60175284 × 10^12 A)

U = 3,2 * 10 ^ 11 V

Casi lo suficiente como para permitir que el aislamiento del aire se rompa de la tierra a la luna (si hubiera aire en el medio).