Origen del campo deducido del potencial

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Habría editado esto en la pregunta anterior, pero me di cuenta de que hay suficiente para calificar como uno nuevo. Además, esto parece ser una confusión de muchas personas (incluyéndome a mí).

Ya he podido explicar parte de esto, así que pondré esa explicación primero solo para aclarar la pregunta.

La pregunta original es la siguiente: en un circuito, puede haber potencial, pero ¿cuál es el origen del campo asociado con él? Los cables conductores no tienen campo neto, solo algunos campos opuestos diminutos que aparecen y desaparecen que facilitan la corriente.

Explicar esto para un capacitor simple es fácil: con un capacitor cargado (placas paralelas), uno puede ver que tenemos un campo entre las placas pero no en el resto del circuito (para simplificar, podemos suponer que el capacitor solo se está cortocircuitando). . Entonces, recorrer un camino diferente en la integral de línea para el potencial da un pd cero, claramente una contradicción. Después de pensarlo, me di cuenta de que hay un campo marginal significativo cerca de las terminales del capacitor, que contribuye en gran medida al potencial. Entonces, el resto del cable es equipotencial sin un campo, y tenemos un pd solo en las terminales debido a los campos marginales. En mi opinión, habrá campos marginales similares que explican de dónde proviene el potencial de la batería.

Ahora, parece que no puedo obtener una explicación similar para la corriente a través de una resistencia. No veo que se forme ningún campo.

Y mi principal problema es este: digamos que instalamos una línea eléctrica paralela al suelo. Puede transportar corriente alterna o continua. De cualquier manera, tiene una pd con el suelo en cada momento, que puede variar. PD ⟹ campo, pero no veo ninguno. En la situación de CA, podría ser de EMI, aunque dudo que EMI sea lo suficientemente fuerte como para producir la fuerza de campo requerida. En DC, @akhmateli mencionó que la carga se distribuye en la superficie del cable, pero también lo dudo.

Entonces, ¿de dónde viene el campo? ¿Es correcta mi explicación para un capacitor?

Ah, y en su explicación, preferiría que no "esto viene del potencial" o "estos cargos se mueven debido a la pd". Quiero uno que hable solo de campos y cargos. He tenido demasiadas explicaciones de esto que hablan de "el campo proviene del potencial", que en mi opinión es hacer trampa.

Respuestas (2)

Empujar esos electrones a través de la resistencia requiere una fuerza. La imagen simple es que los electrones se encuentran con los átomos y pierden energía, pero perturban a los átomos a medida que avanzan y crean un calentamiento casi por fricción.

Una descripción mecánica cuántica podría ser más precisa, pero este modelo es lo suficientemente bueno. Es como empujar agua a través de una tubería. Caudal = presión / (resistencia por pulgada * pulgadas de tubería).

Sí, requirió una fuerza, pero ¿de dónde vino la fuerza? Eventualmente, los campos E provienen de distribuciones de carga o campos B variables. No veo ninguno aquí (en el caso de DC).
Bueno, tenemos que descomponerlo. Supongo que tenemos que analizar cómo funciona una batería. Necesitamos averiguar por qué una batería solo produce una cierta cantidad de energía potencial por electrón. Podría haber algo que produjera una cierta cantidad de campo.
En el laboratorio, tengo una fuente de alimentación de sobremesa que suministra voltaje constante o puedo configurarla para que suministre corriente constante a mi circuito. Depende de la forma en que lo configuré.
En el caso de que lo configuro para proporcionar corriente constante, separará las cargas (y seguirá aumentando el voltaje) hasta que mida la corriente que especifiqué.
Cuando digo aumentar el voltaje, también me refiero a aumentar la intensidad del campo. Campo * distancia = potencial. Los cables, al ser conductores perfectos (de campos), no cuentan en el cálculo de la distancia. Sin embargo, las resistencias sí.
Eso equivale a un "campo de causas potenciales". Digamos que mantengo la resistencia lejos de la batería para eliminar cualquier mezcla de campos. Hay una diferencia de potencial en la resistencia. Esto significa que tiene que haber un campo. Para un campo, necesitamos una distribución de carga; y dudo que las resistencias mantengan una distribución de carga.
Oh, Ok, wow, entonces veo la confusión. Entonces, es como si cada pequeña porción de esa resistencia tuviera que mantener una pequeña distribución de carga a través de ella. Digamos que lo cortamos en 100 partes. Rebanadas de resistencia conectadas en serie 100. En cada uno debe haber una distribución de carga, similar a los capacitores. Puedes ver a dónde lleva esto.
Volvamos a reunirnos por la mañana.
Dudo seriamente que haya una distribución de carga, probablemente haya algún efecto microscópico. Tal vez haya algún origen de la ley de Ohm j = σ mi . Pero, todavía debe ser consistente con la ley de Gauss.
Si hubiera una distribución de carga, la ley de Ohm y la ley de Gauss entrarían en conflicto. Tomemos una resistencia cilíndrica. j es constante en ella. También lo es E. Si tomamos una superficie cilíndrica gaussiana que encierra la mitad de la resistencia, el flujo neto a través de ella es cero. Pero, si hay una distribución de carga, la carga neta dentro de la mitad de la resistencia es distinta de cero. Contradicción.
Espera, veo lo que estás diciendo. Estás hablando de distribuciones de carga en miniatura. OK, eso parece consistente con la ley de Gauss.

Crédito @akhmateli: La batería distribuye una carga superficial sobre el cable. Esto provoca un campo neto en el exterior que conduce a diferencias de potencial. Cerca de una resistencia, debido a la resistencia al flujo, estas cargas se acumulan fuera de la resistencia y crean un campo.

Consulte http://www.astrophysik.uni-kiel.de/~hhaertel/PUB/voltage_IRL.pdf para obtener más detalles.

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