¿Por qué la corriente es la misma en un circuito en serie?

Entonces, soy un estudiante de décimo grado y mi maestro me dijo que la corriente es la misma en todos los puntos de un circuito en serie. Se divide en un circuito paralelo, pero luego se recombina y la corriente que sale de la batería es la misma que la que vuelve a entrar.

Mi pregunta es: ¿Por qué la corriente sigue siendo la misma?

Quiero decir, digamos que hay una bombilla en algún lugar de un circuito en serie. Ahora, la corriente (o energía eléctrica) fluirá hacia él y luego se convertirá en energía luminosa.

Pero si la cantidad de corriente que fluye hacia el filamento de la bombilla = la cantidad de corriente que fluye hacia afuera del filamento y al mismo tiempo produce fotones (energía luminosa) [y algo de energía térmica también], entonces ¿no estamos creando energía ? ? Lo cual no es posible.

Estoy realmente confundido y parece que no puedo entender esta idea. Por favor ayuda.

La corriente es carga por tiempo. Dado que la carga se conserva, la misma carga que entra en un circuito tiene que volver a salir. La energía en un circuito, por otro lado, no está representada por la corriente sino por el potencial eléctrico. Una corriente que fluye hacia una parte del circuito con un potencial mayor y que sale por un punto de menor potencial realizará un trabajo en esa parte del circuito. Si el potencial fuera el mismo, no se realizaría ningún trabajo.
Buena pregunta. Como puede ver en el ejemplo con agua o bloques deslizantes, el potencial gravitatorio es responsable de la liberación de energía en los sistemas mecánicos. Para una batería, esta no puede ser la razón del almacenamiento de energía. La energía cinética no puede ser la razón también. Al final, una interacción electromagnética reorganiza los electrones en diferentes enlaces químicos. Y al empujar electrones, una parte de la radiación EM pasa a los electrones. Entonces, además de la energía potencial (gravitacional) y cinética, hay almacenamiento de energía EM. Lo sientes bien.
Tu error es equiparar corriente con energía. Energía y corriente no son lo mismo.
Porque los electrones no se acumulan en la bombilla. Cada vez que un electrón entra en la bombilla sale otro por el otro lado.
La energía es simplemente un valor escalar que representa el cambio de estado del objeto (batería). En el ámbito de la electricidad, el cambio de estado es el cambio en el lugar donde se colocan las partículas de carga (electrones). Tomando esto en la fórmula de entropía con la probabilidad de encontrar electrones en un espacio de celda dentro de la batería como evento básico, después de que los electrones se mueven de un extremo polar a otro, tiene una probabilidad distribuida más uniformemente de encontrar electrones en todas las celdas. Esto significa un aumento en la entropía con esa codificación (posición de celda y electrón). Aquí es de donde viene la luz/energía.
Imagine un galón de agua fluyendo a través de un sistema en el que el agua cambia de altura, cambia de presión, cambia de temperatura, etc. Siempre es la misma cantidad de agua. Pero puede transportar energía de un lugar a otro a medida que se mueve a través de ese sistema.

Respuestas (6)

Me sorprende que nadie haya mencionado aún la analogía hidráulica de la electricidad para ayudar al OP a comprender mejor. Un breve resumen de esta analogía es:

Electricity is like water flowing through pipes.
Current = amount of water flowing through pipe
Voltage = pressure of water
Power = water pressure x water flow (voltage x current)
Resistors = constrictions in pipe. Pressure (voltage) drops occur across them.

Cualquier punto en una tubería (circuito en serie) tiene la misma cantidad de agua que pasa por ese punto que cualquier otro.

Cualquier bifurcación en una tubería (circuito paralelo) comparte toda el agua que fluye hacia la bifurcación (la corriente de todos los tramos es igual a la corriente antes de la bifurcación)

También existen analogías con el agua para otros componentes eléctricos como bobinas y capacitores; visita el enlace si estás interesado.

Probablemente porque la analogía hidráulica vieja y cansada solo funciona bien si ya eres plomero, y conduce a un par de conceptos erróneos que tenemos que manejar en electronics.SE.
El agua en una tubería llena fluye uniformemente debido a la incompresibilidad del agua. Pero, ¿por qué el flujo de electrones es "incompresible"?
@JamesWell: los líquidos se comprimen, pero no mucho (para una cantidad determinada de presión) en comparación con, por ejemplo, los gases. De la misma manera, los electrones (corriente) no se comprimen bien porque los electrones se repelen debido a su carga.

Imagina un bloque deslizándose por una pendiente y que hay una cantidad de fricción entre la pendiente y el bloque tal que el bloque se desliza por la pendiente a una velocidad constante.

A medida que el bloque se desliza por la pendiente, pierde energía potencial gravitatoria y se genera una cantidad igual de calor debido a la fricción entre la pendiente y el bloque.
El bloque no cambia pero es parte del mecanismo por el cual la energía potencial gravitatoria se convierte en calor.

Puede pensar en los electrones como bloques cargados que están perdiendo energía potencial eléctrica (deslizándose a lo largo de un gradiente de potencial a la velocidad de deriva) y esta energía se convierte en calor y luz en una bombilla.
Cuando los electrones alcanzan el terminal positivo de la fuente de voltaje, la fuente de voltaje les da más energía potencial eléctrica y, por lo tanto, pueden deslizarse nuevamente a lo largo del gradiente de potencial.
Los electrones no cambian y no se crean ni se destruyen, sino que son parte del mecanismo por el cual la energía potencial eléctrica se convierte en calor y luz.

Entonces, en la analogía, ¿la batería es como un cabrestante que tira de los electrones/bloques hasta la cima de la pendiente? Sabes, una analogía muy similar podría ser una montaña rusa. Siempre pasa el mismo número de coches en el circuito (de serie). El cabrestante que tira de los autos hasta la cima de la colina es la batería. El ruido que hacen los coches al pasar por las curvas, etc. es la luz de la bombilla (o lo que sea). Los autos solo tienen energía añadida por el cabrestante y ceden esa energía durante el viaje (más o menos).

¿Por qué la corriente sigue siendo la misma?

Interesante pregunta. Como puede ver en los ejemplos con agua que cae o bloques que se deslizan, el potencial gravitacional es responsable de la liberación de energía en los sistemas de almacenamiento mecánico. Para una batería, esta no puede ser la razón del almacenamiento de energía. La energía cinética dentro de la batería tampoco puede ser la razón. Al final de la batería, una interacción electromagnética reorganiza los electrones en diferentes enlaces químicos. Y empujando a los electrones a reordenarse, una parte de la radiación EM pasa a los electrones. Los electrones pueden almacenar radiación EM o, más precisamente, almacenar fotones. En su mayoría, una parte de la energía se liberará nuevamente en forma de fotones de longitud de onda más larga y es por eso que el almacenamiento de energía en acumuladores es ineficiente.

Entonces, además de la energía potencial (gravitacional) y la energía cinética, hay un almacenamiento de energía EM. Te sientes bien con nuestra pregunta. Los electrones al final del circuito son de la misma cantidad y por supuesto de la misma carga. La liberación de energía en una bombilla así como en el cable debido a la resistencia de Ohm solo es posible porque antes los electrones están cargados con energía EM.

Tenga en cuenta que tal explicación, si no puede encontrarla en la literatura, no debería ser incorrecta, sino que podría ser nueva. Entonces, su pregunta toca un punto interesante de la interacción entre los electrones y la radiación EM.

Si la cantidad de electrones sigue siendo la misma, ¿de dónde viene la energía?

Las baterías tienen energía almacenada en su interior. La energía dentro de una batería podría acelerar los electrones a una velocidad muy alta. Sin embargo, esto no sucede en un circuito. Así como la batería acelera un electrón, el electrón choca con otro y mantiene la velocidad constante. Entonces, la batería empuja constantemente al electrón, pero al final regresa con la misma velocidad. Es como lanzar una pelota hacia abajo desde un lugar alto con una velocidad de 10 y llega al suelo a la misma velocidad; aunque esperamos que golpee el suelo con mayor velocidad (debido a la fuerza de la gravedad).

La batería empuja constantemente pero el electrón permanece en la misma velocidad, ahora tiene sentido. La energía liberada por la batería se utiliza en el circuito y se convierte en calor que luego puede convertirse en luz.

Un buen ejemplo de lo que estoy describiendo serían las turbinas de agua. Cuando se instala una turbina de agua, digamos a lo largo de una cascada, la cantidad de agua que entra es igual a la cantidad de agua que sale. Entonces, ¿de dónde viene la energía? Al igual que el caso de los electrones y los circuitos, se trata de velocidades y los electrones y el agua son solo portadores de energía.

(Tenga en cuenta que esta respuesta se basa en el modelo de electrones libres que ahora se reemplaza por otros más precisos que se enseñan en el nivel universitario).

Pero si la cantidad de corriente que fluye hacia el filamento de la bombilla = la cantidad de corriente que fluye hacia afuera del filamento y al mismo tiempo produce fotones (energía luminosa) [y algo de energía térmica también], entonces ¿no estamos creando energía? ? Lo cual no es posible.

La corriente es el flujo de carga a lo largo del tiempo, Q/t. Puede ser más grande o más pequeño dependiendo de la resistencia en el circuito. Suponga que tiene una batería con una caída de voltaje Delta (V), está relacionada con la corriente por 

Delta(V) = R*I

Donde R es la resistencia en el circuito. Si hay menos resistencia, quitando la lámpara por ejemplo, la corriente será mayor.

Es la batería la que suministra la energía a los electrones cargados que se dispersarán en la bombilla y crearán luz y calor. Entonces, es una solución total del circuito lo que determina cuánta luz da la bombilla. La corriente es la portadora.

La corriente es una medida de cuántos electrones pasan por un punto particular del circuito cada segundo. Así que hay electrones que entran por un lado de la bombilla y salen por el otro lado. El número que entra corriendo cada segundo es igual al número que sale corriendo cada segundo. Si ese no fuera el caso, habría una acumulación de electrones dentro de la bombilla; lo que dificultaría el flujo de más corriente.

Aunque la cantidad de electrones que ingresan a la bombilla cada segundo es igual a la cantidad que sale de ella, cada electrón pierde un poco de energía en su camino a través de la bombilla; y de ahí viene la luz.

Cuando una corriente pasa a través de una resistencia, se ralentiza en la resistencia, y la parte del circuito antes de esa resistencia tiene la misma corriente que tenía antes de entrar en la resistencia. Entonces, ¿cómo puede la corriente que sale del otro extremo de la resistencia ser la misma que la de la parte del circuito antes de la resistencia?
Si la corriente que sale de la resistencia no fuera la misma que la corriente que entra en la resistencia, la carga se acumularía dentro de la resistencia. Eso no sucede, por lo que la corriente de salida debe ser igual a la corriente de entrada.
Entonces, eso significa que los electrones (ya que en la mayoría de los casos son los que fluyen) se estaban moviendo a la misma velocidad antes y después de ingresar a la resistencia, por lo tanto, implica que no han perdido energía cinética, entonces cómo la resistencia como un ventilador obtiene energía para moverse?
¿Por qué crees que la energía cinética sería la misma en ambos lados de la resistencia? @suyashishan
Sí, creo que debería ser porque la misma corriente significa la misma velocidad de cada electrón.
No, la corriente mide cuántos electrones pasan por un punto cada segundo, no qué tan rápido se mueven.
¿Por qué la corriente es la misma en un circuito en serie?
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