En un circuito de CC con una batería y una resistencia, ¿por qué la caída de voltaje permanece igual independientemente del valor de la resistencia?

"¿Por qué el valor de la resistencia no afecta la diferencia de potencial?"

• esto se debe a que considera la fuente de voltaje ideal, que, por definición, siempre suministra 10 V (en su ejemplo) sin importar qué carga haya, o cuán "duros" los electrones hacen su trabajo dispersándose sobre los fonones en la red de resistencia. Para tener en cuenta el "trabajo duro" de los electrones y una caída de potencial, considere un modelo más realista, que incluya la resistencia interna de una batería y modele esencialmente el trabajo duro de los electrones en una fuente de alimentación/batería realista.

La diferencia de potencial entre dos puntos a y b se define como el trabajo realizado por carga para pasar de a a b .

Suponiendo que la fuente de voltaje es ideal y no tiene resistencia interna. Una resistencia está conectada entre la fuente de voltaje.

La cantidad neta de cargas que fluyen en ambos circuitos y el trabajo neto realizado varía en ambos circuitos. Pero consideremos solo el movimiento de una unidad de carga para simplificar la explicación de la diferencia de potencial.

Entonces significa que la diferencia de potencial es el trabajo realizado por una unidad de carga para pasar de una terminal a la terminal de la fuente de voltaje.

Si se trata de una batería de 10 V, significa que se deben gastar 10 julios en una carga de 1 C para viajar de un terminal al otro terminal a través de un conductor. El trabajo es una función de estado. Significa que no depende del camino tomado. Depende solo de los puntos finales de la fuente de energía, que aquí es la batería. Entonces, tanto en el circuito n. ° 1 como en el circuito n. ° 2, ya sea que un caso tenga más resistencia o colisiones en el camino o lo que sea, al final un electrón tendrá que hacer la misma cantidad de trabajo o debería haber perdido la misma cantidad de energía para alcanzar el terminal -ve desde la terminal +ve.

Es análogo a una persona que sube una pendiente y escaleras. Tendrá que hacer la misma cantidad de trabajo contra la gravedad para alcanzar la misma altura. Aunque la forma en que llegó allí fue diferente.

Ese es el punto central de la diferencia de potencial, el trabajo por unidad de carga se mantiene igual.

¡Interesante pregunta!

Como ya se señaló, un voltaje es, por definición, la cantidad de energía potencial perdida por un electrón que viaja de un lugar a otro. Esta energía potencial se convierte en energía cinética o se disipa en forma de calor.

Mi pregunta: en el circuito n. ° 1, la resistencia es más (10 ohmios). Esto significa que los electrones encuentran más colisiones mientras viajan a través de la resistencia. Entonces, los electrones pierden mucha energía cuando salen de la resistencia.

Aquí es donde está tu error. De hecho, en una resistencia con una resistencia más alta se producen más colisiones. Sin embargo, eso no significa que los electrones pierdan más energía. De hecho, los electrones se moverán a menor velocidad.

Supongamos que todas las colisiones son inelásticas, es decir, toda la energía cinética se absorbe durante la colisión. Después de tal colisión, el electrón primero tiene que ser acelerado de nuevo por el campo eléctrico. Por lo tanto, en un material de mayor resistividad, los electrones tendrán menos energía cinética justo antes de cualquier colisión y, por lo tanto, la energía disipada por colisión es menor. Entonces, para la misma cantidad de energía potencial, obtienes más colisiones, electrones más lentos y caídas de corriente. Tenga en cuenta que la cantidad total de energía disipada también cae porque el voltaje es la energía por electrón y debido a la menor corriente, menos electrones por segundo se moverán a través de la resistencia.

Puedes verlo como una gran bola rodando cuesta abajo a través de un bosque. Si el bosque es más denso (mayor resistividad) la bola se moverá más lentamente.