¿Necesitaríamos una batería si no hubiera resistencia?

Si tuviera un cable superconductor, podría entregar una carga al otro extremo sin proporcionar ninguna entrada de energía (por lo tanto, en cierto sentido, "no necesita una batería")

Pero normalmente, cuando enviamos corriente a través de un cable, queremos que haga algo útil en el otro extremo del cable. Por ejemplo, podríamos querer producir luz a partir de una bombilla o calcular algo en una computadora. Esos resultados aún requieren energía, incluso si los cables que conectan la fuente de alimentación al dispositivo no desperdician energía. Así que todavía necesitaríamos una batería (u otra fuente de energía) para alimentar lo que sea que esté en el otro extremo del cable.

Incluso el envío de datos, por ejemplo en una red Ethernet, requiere entregar energía al receptor, incluso si los cables utilizados no tienen pérdidas.

En general, encontrará que los casos "ideales" simplemente no existen. No puede hacer un cable de resistencia cero, por lo que todas las ecuaciones simples y agradables que está aprendiendo no se aplicarán. Esto es similar al argumento que se hace cuando se construye un circuito "ideal" que cortocircuita una batería. Las leyes simplificadas se quedan cortas.

Sin embargo, en este caso particular, existe un ejemplo práctico de ello: los electroimanes superconductores . De hecho, los materiales superconductores tienen exactamente cero resistencia. Los electroimanes superconductores pueden ser increíblemente poderosos. No desperdician energía en la resistencia de los cables en las bobinas del imán, por lo que puede alcanzar campos magnéticos más extremos.

Si conecta una batería a una de estas bobinas, básicamente actuará como un cortocircuito. Verás la resistencia interna de la batería, la resistencia de los cables de alimentación y listo. La sección superconductora simplemente no agregará ninguna resistencia a la historia.

Entonces, cuando cargan uno de estos imanes superconductores, lo que terminan haciendo primero es crear un bucle a través de la fuente de energía. Enfrían el imán hasta que el material se superconduce y luego comienzan a impulsarlo con la fuente de energía. Esta corriente está limitada por algo llamado "inductancia", sobre lo cual aprenderá. Eventualmente, la fuente de energía habrá acumulado el campo magnético hasta el punto deseado. En este punto, se coloca una derivación superconductora en el lugar donde la fuente de alimentación alimenta al superconductor. Una vez hecho esto, puede quitar la fuente de alimentación y tiene un bucle superconductor, que continúa para siempre, porque tiene resistencia cero.

Bueno, casi para siempre Eventualmente, el acoplamiento magnético con el resto del mundo transferirá energía fuera de la bobina, o la bobina puede "apagarse", lo que hace que deje de ser superconductora. Pero para los propósitos que está viendo, los campos electromagnéticos simplemente propagarán energía para siempre alrededor del circuito.

Ahora, para la parte que me resulta confusa, si los electrones continúan moviéndose a una velocidad constante sin fuerza, ¿para qué querríamos una batería?

Por un lado, no es realmente correcto pensar en los electrones moviéndose a esa velocidad. Una carga que se mueve a través del circuito en realidad no se describe mejor con electrones que se mueven a esa velocidad. Aquí está el primer ejemplo que encontré donde se discute eso en Electronics Stack Exchange.

Dejando eso de lado, moverse sin fuerza no es particularmente útil para nosotros. Claro, la carga teóricamente se movería a través de un cable sin resistencia indefinidamente (los cables normales tienen resistencia de todos modos), pero si realmente quisiera que esa carga hiciera algo , necesitaría extraer energía de ella. Extraer esta energía requeriría reducir la velocidad de la carga, lo que solo se puede hacer hasta que las cargas dejen de moverse. Queremos la batería porque la conservación de la energía aún se mantiene, por lo que queremos poder mantener esa velocidad de carga y al mismo tiempo extraer trabajo útil de la fuerza electromotriz.

En segundo lugar, si conectamos una batería, la batería creará una diferencia de voltaje entre dos puntos del cable, precisamente dos puntos que tocan directamente los terminales de la batería, ¿eso no rompe la ley de Ohm?

No. Las baterías reales tienen cierta resistencia y, por lo tanto, la ley de Ohm se puede aplicar cuando se tienen en cuenta esas propiedades de una batería real. Las fuentes de voltaje ideales (cómo a menudo modelamos baterías en circuitos simples) no tienen resistencia por definición y, por lo tanto, la ley de Ohm ni siquiera es aplicable. Consulte, por ejemplo , esta respuesta o la página de Wikipedia sobre fuentes de voltaje ideales .