¿Importa más la corriente que la resistencia al construir circuitos?

Lo que es más importante es algo así como un tema subjetivo. El concepto de dualidad es una forma de enmarcarlo: cada cosa eléctrica tiene un dual . Uno de los ejemplos más obvios: los condensadores son el doble de los inductores. Todo lo que es cierto sobre los inductores (los ideales, al menos) también es cierto para los capacitores, si intercambia voltaje y corriente, serie y paralelo.

También hay muchas máquinas eléctricas que tienen duales. Por ejemplo, el altavoz común es impulsado por atracción o repulsión magnética entre un electroimán ( bobina de voz ) y un imán permanente. Estos son altavoces de baja impedancia (generalmente$4\Omega$o$8\Omega$, lo que significa que un amplificador diseñado para impulsarlos estará diseñado para generar una gran corriente sobre un pequeño voltaje. Pero también hay altavoces electrostáticos que son dispositivos de alta impedancia ($>10M\Omega$, fácilmente), impulsado con pequeñas corrientes a altos voltajes. En lugar de ser una carga principalmente inductiva, son una carga principalmente capacitiva.

El mundo está lleno de estos duales. Entonces, en lo que respecta a la teoría, la mayor parte del voltaje y la corriente se pueden intercambiar y terminas con un circuito o máquina diferente que logra lo mismo.

Sin embargo, vivimos en un mundo sesgado. Las fuentes de voltaje son más comunes que las fuentes de corriente . Cuando representamos cantidades físicas eléctricamente (como la presión del sonido) tendemos a analizarlas como voltajes, no como corrientes. Cuando pensamos en actuadores mecánicos, pensamos en solenoides magnéticos antes que en electrostáticos. No estoy completamente seguro de por qué esto es cierto, pero lo es. Tal vez tenga que ver con los aspectos prácticos de construir cosas con los materiales que conocemos. De hecho, pensé en enmarcarlo como una pregunta en este sitio, pero no pude pensar en una manera de hacerlo que no fuera demasiado subjetiva.

Aquí está la lección que se debe llevar: debido a que las fuentes de voltaje son tan comunes, es común que solo se necesite considerar la corriente, porque el voltaje ya se ha decidido por usted. Si tiene, digamos, un Arduino que funciona con un suministro de 5V, entonces no piensa en el voltaje. El voltaje es de 5V, y no hay nada que puedas hacer al respecto, si quieres usar ese Arduino. Todo lo que puede cambiar en su diseño es la cantidad de corriente que necesita que proporcione ese suministro de 5V.

Sin embargo , no existe una diferencia teórica en importancia entre la corriente y el voltaje. Son dos caras de la moneda eléctrica, igualmente importantes. Y, en muchos casos, puedes cambiar uno por otro. Considere ambos por igual en su pensamiento.

No es tan fácil como "la corriente importa, el voltaje no". Dependiendo de las partes involucradas, existen diferentes modos de falla:

Uno de los problemas más comunes es la falla por sobrecalentamiento , lo que significa que los componentes simplemente se derriten o se queman (se pueden encontrar videos interesantes de resistencias quemadas en youtube). El sobrecalentamiento es causado por la disipación excesiva de energía . En el caso de una resistencia óhmica (como una resistencia estándar o, en primera aproximación, una lámpara pequeña), la potencia es$P = I^2*R$o equivalente$U^2/R$, por lo que puede verlo tanto desde el lado de la corriente como del voltaje.

Como ejemplo simple, considere un dispositivo resistivo que puede disipar 1 W de potencia y tiene una resistencia de 100 ohmios. Eso significa que puede tener como máximo 10 V a través de él. Podría ejecutar este dispositivo desde una fuente de voltaje de 100 V, pero necesitaría una resistencia de 900 ohmios en serie, que tendría 90 V y, por lo tanto, disiparía 9 W de potencia. Esto no solo reduce la eficiencia de su circuito al 10%, sino que también puede requerir una solución de disipador de calor bastante buena. Si lo ejecuta desde una fuente de alimentación de 1 V, no se sobrecalentará, pero solo tendrá una potencia de salida de 10 mW, que puede no ser suficiente para los fines previstos. Entonces, incluso para un dispositivo realmente simple, no puede elegir arbitrariamente el voltaje de su fuente de alimentación.

Luego está el daño causado por la ruptura eléctrica de los aisladores. Esto se debe a los fuertes campos eléctricos. Por lo general, pensamos en el aire/plástico/epoxi como aislantes, pero solo pueden soportar un cierto campo eléctrico. Por ejemplo, el voltaje de ruptura para el aire es de aproximadamente 3000 V/mm. Esto (además de otros efectos electroquímicos) hace que los condensadores mueran cuando se someten a un voltaje excesivo.

Los semiconductores como diodos y transistores son más complicados y hay más efectos a considerar. Por ejemplo, la mayoría de los LED no permitirán que fluya corriente a 1V. Necesita un voltaje mínimo para que conduzcan (y emitan luz) en absoluto.

Hablar de "resistencia" en relación con dispositivos semiconductores como LED y microprocesadores (en el arduino) lo desviará, ya que no se comportan como resistencias. En cambio, estos tipos de dispositivos tienen un umbral de voltaje y se comportan de manera diferente por encima y por debajo del umbral.

Para los LED rojos, esto es alrededor de 2V. Entonces, si, por ejemplo, conecta un LED a una fuente de alimentación de banco variable y lo enrolla gradualmente, podría observar (valores muy aproximados):

• 1,5 V sin luz, corriente casi nula
• Luz tenue de 1,7 V, flujo de pocos ma
• Brillo normal de 1,9 V, flujo de corriente cercano al valor de la hoja de datos
• 2.1V brillante, comenzando a calentarse un poco
• 2,3 V muy brillante, cambios de color, LED destruido después de poco tiempo

Agregar una resistencia le brinda un sistema con dos componentes que reaccionan de manera diferente al voltaje y la corriente. La resistencia tiene un comportamiento estrictamente lineal (corriente y voltaje exactamente proporcionales entre sí), por lo que el sistema se estabiliza con una corriente particular a través del LED que es sensible a ello.

Algo similar se aplica al voltaje base-emisor de los transistores bipolares, que generalmente es de aproximadamente 0,7 V en una amplia gama de corrientes.

Lo que mata a los microprocesadores cuando se someten a una sobretensión es una falta de linealidad similar: la corriente que fluye con el aumento de la tensión será mucho mayor en algún punto interno, que luego se quemará.

(Este efecto se puede aprovechar de forma selectiva dentro de un dispositivo: algunos dispositivos tienen fusibles programables que se pueden quemar deliberadamente para activar funciones de seguridad o configurar el número de serie).

En realidad, los dispositivos semiconductores se pueden construir para manejar voltajes muy altos (MOSFET de potencia, IGBT), pero esto los hace grandes y costosos.