Si hay un circuito eléctrico con una bombilla y después de conectar una batería para pasar la corriente eléctrica, de repente se encenderá. Mucha gente dice que una corriente se establece instantáneamente debido a la presencia de electrones en todo el cable de metal, pero ¿no tendrán que moverse una cierta distancia para ganar energía cinética que luego se puede convertir en energía térmica para hacer que la bombilla brille? (considerar no led)? Entonces, ¿por qué la bombilla se enciende de repente?
Suceden un par de cosas.
Primero, la bombilla en realidad no se enciende "instantáneamente", el filamento tiene una capacidad de calor finita, por lo que el calentamiento tarda un poco en dar como resultado un filamento con el brillo máximo (que depende de la temperatura).
En segundo lugar, la resistencia de un filamento generalmente aumenta con la temperatura, por lo que mientras el filamento esté frío, la corriente será mayor. Si su fuente de energía tiene una impedancia interna cero (lo que no es cierto para una batería práctica), entonces habrá una corriente inicial muy alta. Lo único que limita el aumento de la corriente es la inductancia del circuito: un inductor resiste el cambio de corriente, pero la inductancia de un bucle simple es muy pequeña.
Todas estas cosas suceden muy rápido, por lo que puede parecer que la bombilla se enciende instantáneamente. Pero si tienes una fotocélula y un osciloscopio, verás que lleva su tiempo. La parte más lenta es probablemente el calentamiento del filamento.
Aquí hay una analogía. Imagina un montón de canicas todas alineadas en una sola línea. Disparas otra canica a la primera canica de la fila. Cada canica en la línea golpea la siguiente canica en la línea hasta que la última canica sale disparada. La canica que disparaste habría tenido cierta energía cinética, pero golpeó la siguiente canica en su lugar. La última canica termina con la energía cinética, no la que disparaste.
Ahora, imagina que en el otro extremo de la línea de mármol hay un clavo clavado en un trozo de madera. Ahora, cuando disparas una canica en el extremo más cercano de la línea, las canicas chocan entre sí hasta que la última canica golpea el clavo y lo clava en la madera. Ninguna de las canicas termina con energía cinética. Toda la energía del tiro termina como trabajo clavando el clavo en la madera.
La electricidad es similar. El electrón que sale de una batería de 9V tendría 9eV de energía cinética si estuviera viajando de una terminal a otra en el vacío. Pero, el electrón entra en un cable conductor en su lugar. Allí, choca con otros electrones en el cable, empujándolos en lugar de viajar a cualquier velocidad. Los electrones en el cable empujan a otros electrones más abajo en el cable hasta la bombilla. Allí, la energía de la batería se utiliza para calentar el cable en lugar de empujar los electrones con la misma fuerza.
Al igual que las canicas clavando el clavo, la energía de los electrones que salen de la batería se convierte en calor y luz en lugar de energía cinética. También como las canicas, el empuje viaja a lo largo de la línea de canicas/electrones más rápido que cualquier canica/electrón individual.
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