¿Por qué las cargas no pierden potencial cuando viajan por el circuito antes de llegar a una resistencia?

El voltaje se define como:ingrese la descripción de la imagen aquí

Dado el circuito:ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Por qué no caería el potencial, desde el punto diferencialmente alejado del terminal positivo de la batería, hasta el punto que he etiquetado? Entiendo que las cargas pierden energía en las resistencias debido a las colisiones entre redes, donde la aceleración generada debido al movimiento térmico y el sesgo de voltaje se traduce de energía cinética a energía térmica. Antes de la resistencia, la resistencia es insignificante, por lo que la velocidad de deriva será alta y las colisiones serán mínimas. Aun así, a medida que las cargas se mueven desde la terminal positiva, el campo eléctrico será fuerte y estaremos perdiendo energía potencial a medida que viajamos en la dirección del campo. Con esto, ¿por qué cae el potencial de dosificación a medida que nos movemos en la dirección del campo? ¿La energía asociada con la carga se traduce esencialmente de energía potencial a energía cinética?

Realmente estoy buscando una respuesta a mi pregunta. ¡Sería muy apreciado si abordamos la pregunta central que hago en lugar de las discusiones secundarias! Después de la respuesta inicial, ¡animo a las discusiones paralelas si lo desea!

" Antes de la resistencia, la resistencia es insignificante, por lo que la velocidad de deriva será alta... " La velocidad de deriva depende de la densidad de corriente, no de la resistencia. Si el área de la sección transversal es baja, para una corriente dada, la velocidad de deriva será alta. Si el área de la sección transversal es alta, la velocidad de deriva será baja.
De acuerdo, la ecuación para la velocidad de deriva basada en el modelo drude establece que, sin embargo, esa no era la pregunta que me preocupaba.
Ahhh, entonces, ¿lo que está diciendo es que habrá una acumulación de cargas en el lado de mayor voltaje de la resistencia, lo que esencialmente cancelará el potencial de la batería? Esta carga comenzará a fluir por la resistencia y, a medida que las cargas se van y el potencial cae, ¿se agrega más carga debido al campo E de la batería?
@Grant: "Incluso cuando las cargas se mueven desde el terminal positivo, el campo eléctrico será fuerte y perderemos la energía potencial a medida que viajamos en la dirección del campo". Incorrecto: el campo eléctrico será extremadamente bajo en el cable. Como han dicho otros, si el campo fuera alto, la corriente sería extremadamente alta.
@KevinWhite ¿La corriente no se movería rápidamente a la superficie de la resistencia debido al campo? Luego, a medida que la carga se acumula en la superficie de la resistencia, funciona como un condensador donde la carga luchará contra la acumulación de más carga en la superficie, cancelando así el campo. del ánodo a la superficie de la resistencia?
@Grant "Materia e interacciones", 4.ª ed., Chabay & Sherwood. Sección 18.8 y adelante (aunque también vale la pena leerlo antes).

Respuestas (5)

La resistencia en un circuito real sería mucho mayor que la resistencia de los cables conductores, por lo que la mayor parte del campo eléctrico se vería a través de la resistencia.

Ahora necesitamos intercalar algo de realidad. En un esquema, la resistencia es un elemento agrupado definido por propiedades en sus terminales. IRL, sin embargo, es un volumen de material resistivo. Dos de las tres dimensiones de este volumen suelen ser el ancho y la tercera es el largo.

Si toma una fracción de esa longitud, tendrá un campo eléctrico más pequeño que todo el dispositivo. Si un lado está conectado a tierra, diferentes partes mostrarán diferentes potenciales dependiendo de qué tan cerca estén de la terminal sin conexión a tierra. De hecho, así es como funcionan los potenciómetros analógicos: la terminal central se mueve de un extremo a otro de la resistencia fija, cambiando su potencial según su posición.

Entonces el campo eléctrico se distribuye alrededor del circuito. El truco es que la mayor parte se distribuye a través del elemento resistivo, y muy poco se distribuye alrededor de los cables conductores.

Como se publicó en el comentario a continuación. Sí, pero ¿por qué hay poco campo en el conductor? He determinado la respuesta después de leer un poco. El campo en el límite de la resistencia en el lado del conductor y el lado de la resistencia es diferente. La ley de Gauss explica que la diferencia en el flujo eléctrico se debe a una acumulación de carga superficial en la superficie de la resistencia. El conductor tiene una conductividad tan alta que mueve fácilmente las cargas del ánodo a la superficie de la resistencia, pero la acumulación de carga en la resistencia repele más carga, lo que hace que el campo en los diferenciales del conductor sea pequeño.
A medida que la carga fluye a través de la resistencia, el campo en la superficie disminuye y, por lo tanto, la carga se filtrará desde el ánodo hacia la superficie de la resistencia. Por lo tanto, esto conduce a un pequeño campo eléctrico en el conductor antes de la resistencia. ¿Pensamientos sobre esto?
La cantidad de voltaje entre dos puntos en un circuito es proporcional a la fracción de la fuerza total necesaria para crear la corriente. Cuanto mayor sea la resistencia de cualquier segmento, más fuerza se requiere para impulsar la corriente. Los cables/conductores están hechos para tener baja resistencia, el elemento resistivo está hecho para proporcionar una cierta cantidad de resistencia, generalmente mucho más alta que la de los conductores. Por lo tanto, mm a mm, el campo eléctrico en los cables es mucho menor. Por cierto, las resistencias no tienen ánodos, podría decir "terminal positiva" de una resistencia para indicar la que se supone más positiva.
Estaba hablando entre la batería (ánodo) y la superficie de la resistencia

Imagina que no hubiera nada entre la fuente y la resistencia. Todavía están conectados, pero no hay un "circuito" entre ellos. Ninguna resistencia en absoluto... no solo insignificante, sino nada. No podría haber pérdida de energía potencial, ni campo E en el espacio entre la fuente y la resistencia, porque no hay espacio entre ellos.

Esa es la situación representada en el esquema. Separamos un poco la fuente de voltaje y la resistencia porque hace que el esquema sea más fácil de entender, pero efectivamente hay un conductor ideal de longitud cero entre los dos elementos. Existe una fuerte tentación de tomar lo que sabe sobre circuitos reales e imponerlo en un circuito ideal, pero debe comprender que el esquema es solo una representación de una situación ideal teórica... sin dar este salto no podríamos aplicar riguroso análisis matemático al circuito.

En realidad, el OP tiene la ecuación correcta. Pero lo que el OP no se da cuenta es que mi → es muy, muy pequeño para cada d X → a lo largo del alambre. La pregunta del OP es más sobre física y recomendaría Matter & Interactions, 4th edition, Chabay and Sherwood. Cubre este ejemplo exacto (Sección 18.8, página 735ff.) También hay un período de tiempo muy corto cuando se conecta un circuito de este tipo, donde aún no se ha alcanzado el estado estable. Eso solo vale la pena leer, también. (También en el libro).
Compré el libro, exactamente lo que necesitaba, ¡gracias @jonk! Si publicas esto, aceptaré tu respuesta.
@Grant Es un libro muy, muy bueno y estoy seguro de que lo disfrutará. Realmente intenta brindar una sensación de comprensión intuitiva y creo que hace un muy buen trabajo. El mejor libro que he visto para alguien que acaba de terminar la escuela secundaria y no se acerca a un programa de física de nivel de posgrado.
Soy un estudiante de maestría, me enfoco en VLSI. Obtengo mucha física, pero di por sentadas estas respuestas en mis primeros años. Estoy tratando de obtener una comprensión más profunda de la física. ¡Este libro ya parece prometedor!
@Grant También puede disfrutar mucho "Exploring Quantum Physics through Hands-on Projects" de David Prutchi y su hija Shanni R. Prutchi.
@jonk También tendré que investigarlo. La polarización de carga superficial del campo eléctrico de equilibrio dinámico resolvió mi pregunta.
@Grant Lo que me gusta del libro Materia e interacciones es que también lo guían a través de la parte antes del estado estable, ya que se activa un interruptor para completar el circuito. Es bueno tener ambas perspectivas.

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Tomado de Matter and Interactions 4th Edition. Esta es la solución exacta que estaba buscando @all. El campo eléctrico de la batería disminuye con la distancia, pero la densidad de carga superficial del circuito se reorganiza debido a la retroalimentación. Alrededor de la resistencia se acumula carga aplicando un campo que contrarresta el campo de la batería y otras cargas superficiales. Dado que los chagres fluyen lentamente a través de las resistencias, la distribución de la carga superficial desde la batería hasta la superficie superior de la resistencia es esencialmente uniforme, lo que crea un campo E muy pequeño.

Crédito a @jonk por el consejo.

Considere eventualmente aceptar una respuesta para que la pregunta pueda cerrarse. Está bien aceptar su propia respuesta. Lamento el disgusto en los comentarios a su pregunta. Espero que no te aleje del sitio por completo.
Lo estaba planeando, lleva 24 horas @mkeith, deberías saber esto. Este sitio tiene muchas personas como tú que ingresan a los comentarios y no ofrecen ayuda, solo se quejan. Por favor, deje los comentarios a las cosas que tiene que ver con la publicación.
No sabía que el sistema hacía cumplir las 24 horas. Mis disculpas. No era mi intención quejarme.
ya que estás haciendo un máster, quizás quieras pasar del tratamiento cualitativo de Chabal y Sherwood a algo más cuantitativo. Sugiero Lectures on Theoretical Physics de Sommerfeld, volumen 3, p. 125, Tratamiento detallado del campo de un alambre recto y una bobina. Muestra cómo se determina la distribución de carga superficial en una situación muy simétrica. No escribo más porque de lo contrario este comentario se volverá "inútil". JAJAJA
¡Le echaré un vistazo!

Su resonancia suena lógica. Considere también el hecho de que si el campo E en el conductor perfecto fuera grande, entonces la corriente a través de él, que es proporcional al producto de la conductividad y el campo E, sería enorme, lo cual no es el caso real.

Sí, entiendo la teoría matemática detrás del modelo Drude, solo estaba tratando de reconstruir la causa física del pequeño campo eléctrico a nivel atómico.

El campo E en conductores perfectos es cero en condiciones de estado estable (como su circuito). Entonces, la integral en la ecuación que proporcionas, se desvanece. Así, ΔV=0, es decir, el potencial es constante a lo largo de un conductor perfecto.

Sí, pero ¿por qué hay poco campo en el conductor? He determinado la respuesta después de leer un poco. El campo en el límite de la resistencia en el lado del conductor y el lado de la resistencia es diferente. La ley de Gauss explica que la diferencia en el flujo eléctrico se debe a una acumulación de carga superficial en la superficie de la resistencia. El conductor tiene una conductividad tan alta que mueve fácilmente las cargas del ánodo a la superficie de la resistencia, pero la acumulación de carga en la resistencia repele más carga, lo que hace que el campo en los diferenciales del conductor sea pequeño.
A medida que la carga fluye a través de la resistencia, el campo en la superficie disminuye y, por lo tanto, la carga se filtrará desde el ánodo hacia la superficie de la resistencia. Por lo tanto, esto conduce a un pequeño campo eléctrico en el conductor antes de la resistencia.
La acumulación de cargas que ha descrito también se ha utilizado para generar campos eléctricos de magnitud específica en el aire. No recuerdo el nombre del físico que patentó esto. También ha escrito un muy buen libro de texto de EM.
@nikoschatziathanasiou Jefimenko?
Sí. Ese es el.
¿Por qué las cargas no pierden potencial cuando viajan por el circuito antes de llegar a una resistencia?
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