Potencial eléctrico y velocidad de deriva de los electrones a través del circuito.

A1. Un conductor ideal entre a y b no tiene resistencia. La diferencia de potencial entre los puntos es el trabajo requerido por unidad de carga para mover la carga entre los dos puntos. Sin resistencia no se requiere trabajo es vencer la resistencia. Como una caja sobre una superficie sin fricción que puede moverse a velocidad constante sin fuerza y, por lo tanto, sin necesidad de trabajo mecánico. Entonces, ¿pueden los electrones moverse con una velocidad de deriva constante entre puntos de resistencia cero sin hacer trabajo eléctrico?

A2. Ahora piensa en la caja sobre una superficie con fricción. Para mantener la caja moviéndose a velocidad constante sobre la superficie, debe aplicar una fuerza constante igual a la fuerza de fricción cinética. Se requiere trabajo para mover la caja entre dos puntos. De manera similar, se requiere trabajo eléctrico (voltaje por carga movida) para mover la carga a través de la resistencia.

Aunque los electrones se aceleran y desaceleran en promedio, su velocidad es constante (velocidad de deriva). Pero todavía se requiere trabajo para moverlos, al igual que nuestra caja se mueve a velocidad constante sobre una superficie con fricción. El trabajo eléctrico por unidad de carga es la pérdida de energía potencial en forma de calentamiento por resistencia, al igual que el trabajo al mover la caja resulta en calentamiento por fricción.

A4. La respuesta A3 debería responder a esta pregunta. Cualquier energía cinética adquirida por los electrones se disipa como calor en la resistencia.

Espero que esto ayude

Q1: Dado que el punto a y el punto b están en diferentes posiciones en el campo eléctrico

El cable (ideal) que conecta los puntos ayb es una 'superficie' equipotencial , es decir, no hay campo eléctrico dentro de un cable ideal. Por lo tanto, los puntos a y b están efectivamente 'en el mismo punto' en el campo eléctrico.

P2: Como mencioné, la energía potencial del electrón se convierte en energía cinética. Ahora, cuando los electrones fluyen a través de una resistencia, ¿por qué hay una caída de voltaje?

Hay una caída de voltaje (diferencia de potencial) en la resistencia porque la densidad de carga en un terminal es diferente de la densidad de carga en el otro terminal. Debe ser así porque, de lo contrario, el flujo de carga que entra en el resistor no sería igual al flujo de carga que sale del resistor.

P3: Mi última pregunta sobre la velocidad de derrape. Debido a que los electrones están en un campo eléctrico, el campo eléctrico aplica fuerza sobre ellos, por lo que aceleran (F = ma)

Cierto, pero también es cierto que chocan con la red del material de la resistencia y dan algo de KE. Esta es la razón por la cual una resistencia se calienta cuando hay corriente.

Digo que no hay caída de voltaje porque cuando el flujo de electrones en la resistencia

Pero, empíricamente, hay una caída de voltaje independientemente de lo que digas .

Algunas colisiones ocurren en la resistencia, por lo que los electrones pierden parte de su energía cinética, pero debido al campo eléctrico, los electrones se aceleran nuevamente y restauran su energía cinética perdida, entonces, ¿por qué hay una caída en el potencial eléctrico o caída de voltaje?

Correcto, los electrones salen de la resistencia con la misma energía cinética (en promedio) con la que entraron. Pero, ¿por qué (1) reconoce la existencia del campo eléctrico a través de la resistencia pero (2) pregunta por qué hay una diferencia de potencial?

¿La diferencia de potencial no está dada por la integral de línea del campo eléctrico a través de la resistencia?

Bien, intentaré arrojar algo de luz a tus preguntas. Sin embargo, no sé qué cosas sabes, así que intentaré dar respuestas simples.

P1: Dado que el punto ay el punto b están en posiciones diferentes en el campo eléctrico (producido por el voltaje de la batería) ¿Por qué tienen el mismo potencial eléctrico? ¿Por qué no hay caída de voltaje?

El motivo es que consideramos que son hilos ideales . Eso significa que son conductores perfectos con resistencia 0.

Si fueran cables reales, habría una pequeña caída de voltaje. Podrías calcular su valor:

$V=I\cdot R$.

Pero, como su resistencia es 0, la caída de tensión también es 0. Por eso es bueno trabajar con cables ideales.

De hecho, esto significa que no importa qué tan largo sea el cable, por lo que puede usar cables más largos, cables más cortos o doblarlos, etc. No afectará el circuito (siempre y cuando sean ideales).

Sin embargo, cuando configura un circuito real, son cables reales, por lo que cuanto más largos son, mayor caída de voltaje experimentan. Utilice cables cortos.

Los cables reales son más difíciles de manejar. Es por eso que generalmente modelamos los cables reales como cables ideales + una resistencia, y esa resistencia adicional representa las pérdidas del cable real.

P2: Como mencioné, la energía potencial del electrón se convierte en energía cinética. Ahora, cuando los electrones fluyen a través de una resistencia, ¿por qué hay una caída de voltaje?

Entonces, si la batería inserta una diferencia de voltaje y los cables no la bajan, la caída debe ocurrir en la resistencia.

En Q2: digo que no hay caída de voltaje porque cuando los electrones fluyen en la resistencia, se producen algunas colisiones en la resistencia, por lo que los electrones pierden parte de su energía cinética, pero debido al campo eléctrico, los electrones aceleran nuevamente y restauran su cinética perdida energía, entonces, ¿por qué hay una caída en el potencial eléctrico o una caída de voltaje?

Tienes razón: la energía cinética no se debe a las colisiones, por eso las resistencias se calientan.

Esto no significa que no pueda haber una caída de tensión. Hay.

En términos generales, la energía potencial se convierte en energía cinética. Pero, debido a las colisiones, en lugar de acelerar mucho, se aceleran, hasta que alcanzan una velocidad "estable", lo que define una corriente uniforme. Thsi es el producto del equilibrio entre la fuerza de aceleración y las colisiones.

Comprueba que esto también es coherente con la conservación de la masa y la carga: no puede salir más de lo que entra.

Esto también responde a su$Q3$, Creo. Espero que esto haya ayudado. Puedes decirme cualquier cosa en los comentarios.