Si voltaje = julios/culombios, ¿cómo puede tener voltaje sin corriente?

Nota: Para la siguiente pregunta: estoy ignorando circunstancias exóticas como los superconductores.

Mi problema: me encontré con esta pregunta sobre la capacidad de tener un voltaje sin tener corriente. ¿Corriente sin voltaje y voltaje sin corriente? La respuesta aceptada en la pregunta anterior decía lo siguiente:

“por ejemplo, si tiene una sola carga, esa carga induce un voltaje en el espacio, incluso si está vacío”.

Esta afirmación implica que siempre hay voltaje si hay una carga distinta de cero (culombios). En total, la respuesta anterior esencialmente establece que puede tener voltaje pero no corriente dentro de un sistema. Además, he leído muchas publicaciones en línea que también indican que absolutamente puede tener voltaje sin corriente. A continuación, enumero dos razones por las que creo que debe tener corriente si tiene voltaje.

Razón 1: Las unidades SI derivadas de voltaje son Joules/Coulmbs. También sabemos que un Joule es el trabajo realizado por una fuerza para crear desplazamiento en un objeto. El trabajo realizado (julios) se puede calcular mediante

j o tu yo mi s = F ∗ C o s ( θ ) ∗ s
donde F = fuerza, s = desplazamiento, θ = ángulo entre la fuerza y ​​la dirección del desplazamiento.

Entonces, básicamente, a partir de las unidades SI, podemos ver que el voltaje es simplemente el trabajo realizado por Coulomb (por carga). La declaración anterior decía que el voltaje se induciría en el espacio vacío, pero ¿cómo se podría trabajar en el espacio vacío si no hay nada que mover (nada que desplazar) en el espacio vacío?

Mi punto es cómo puede estar presente el voltaje sin flujo de corriente cuando la definición misma de voltaje requiere el desplazamiento de electrones (trabajo realizado por coulomb). Para probar mi punto, calculemos el voltaje de un aislador aislado ideal en el espacio libre donde tiene una carga neta negativa. Estoy usando el ejemplo de un aislante ideal para que los electrones no puedan moverse de una capa de cenefa a otra en el sistema, por lo tanto, no es posible el flujo de electrones. Sabemos que se produciría una fuerza electrostática a partir de la carga negativa neta, pero dado que no hay ningún lugar para que los electrones se muevan en el sistema, no habría desplazamiento. Dado que no hay desplazamiento, el trabajo (julios) realizado sería cero (a través de la ecuación para calcular julios anterior). Entonces, si asumimos que el sistema tiene x Coulombs de carga neta, entonces podríamos calcular su voltaje de la siguiente manera:

V o yo t a gramo mi = F ∗ C o s ( θ ) ∗ 0 X C o tu yo o metro b s = 0
Pero en el momento en que haya incluso la cantidad más pequeña de desplazamiento de electrones, tendremos tanto voltaje como corriente, ya que tendríamos tanto la tasa de flujo de coulomb (Corriente) como el trabajo realizado por coulomb (Voltaje).

Razón 2: (Esto solo se aplicaría a los materiales óhmicos): si tenemos un circuito con una resistencia constante y tenemos un flujo de corriente cero, según la ley de Ohm, ¿cómo podría tener un voltaje distinto de cero?

V = I R
V = 0 R
V = 0

Resumen: entiendo cómo uno pensaría que puede tener voltaje sin corriente cuando piensa en el voltaje como presión de agua. Mi problema es que no creo que esta analogía funcione cuando observamos las unidades de voltaje. Más bien en la analogía del agua con la electricidad, parece que la presión del agua correspondería mejor a los culombios, ya que una carga tendrá una fuerza electrostática que se propagará a través del espacio libre, que es independiente del flujo de electrones. Donde el voltaje por sus unidades depende del desplazamiento, lo que significaría que el voltaje solo podría ser distinto de cero cuando hay flujo de electrones. Por lo tanto, un objeto con carga neta aislado en el espacio libre sin flujo de electrones (sin desplazamiento) no puede tener un voltaje distinto de cero.

Mi pregunta: ¿Es correcto decir del argumento anterior que no puede tener voltaje sin corriente? (Nuevamente, excluyendo superconductores)

La profundidad de un foso es la distancia que una persona caería si saltara al foso. ¿Se sigue que si no hay gente alrededor, el foso no tiene profundidad?
@WillO Entonces esta ilustración es muy similar a la de la presión del agua. La respuesta a tu pregunta es, por supuesto, no. Mi punto no es que esos tipos de ilustraciones no tengan sentido, sino que esas ilustraciones (como la presión del agua) demuestran el concepto de culombios, no de voltios. Dado que Volts depende del desplazamiento, en su ilustración corresponde a las personas que se mueven hacia el foso. ¡Gracias por el comentario!
@Campeón de repollo Acerca de la razón 2: ¿Qué sucede si la resistencia del material es muy grande? R → ∞ ? No hay manera de evaluar 0 ⋅ ∞ . (No es necesariamente 0 )
El voltaje entre A y B es el trabajo a realizar (o que se realizaría) por unidad de carga para mover una carga positiva de A a B. Dado que dicho trabajo depende de la cantidad de carga que se transfiera, la dependencia de la cantidad cancela sin cargo. Note que el voltaje es trabajo por hacer , no trabajo por hacer ; por lo tanto, incluso si la(s) carga(s) no se transfiere(n) de A a B (sin corriente), el voltaje entre A y B aún está definido.
Además, olvídate de la ley de Ohm. La ley de Ohm se aplica a los conductores, por lo que, por supuesto, si no hay voltaje, entonces no hay corriente, y viceversa. Pero el voltaje se define independientemente de la corriente y la resistencia, al igual que la corriente se define independientemente del voltaje y la resistencia. Supongamos que pongo un solo protón (o electrón) en un espacio vacío. Ahora imagine dos puntos en cualquier lugar cerca de ese protón. Se debe realizar cierto trabajo para mover un protón hipotético entre esos puntos. Al dividir dicho trabajo por la carga de la carga hipotética, se obtiene el voltaje entre esos puntos y no hay corriente involucrada.
Ejemplo: una batería o un panel solar o un generador sin carga conectada. Hay voltaje a través del dispositivo pero no hay corriente a través del dispositivo. Tienes voltaje sin corriente.

Respuestas (2)

Sí, tiene sentido. El voltaje es una medida de potencial. Cuando dices que tiene unidades de julios por culombio, eso no significa que no puedas tener un potencial sin carga. Simplemente significa que si una carga estuviera presente en ese potencial, entonces poseería un PE dado. Considere la densidad del oro, por ejemplo, que se define en kilogramos por metro cúbico. ¿Puedes decir que la densidad del oro no puede existir como valor donde no hay oro?

Del mismo modo, la ley de Ohm define la caída de voltaje que ocurre cuando una corriente dada fluye a través de una resistencia dada o, por el contrario, la corriente que fluye cuando una resistencia dada se usa para conectar dos regiones de diferente potencial donde la diferencia de potencial es V. Si no conecte las dos regiones, no obtiene corriente, pero la diferencia de voltaje permanece.

Cuando conecta una corriente cero a la ley de Ohms para decir V = 0R, por lo que V = 0, está planteando un escenario en el que no hay voltaje (por ejemplo, una batería descargada), o donde hay algo de voltaje V pero no corriente porque R es infinito.

El potencial eléctrico es análogo al potencial gravitacional. Existe una diferencia de potencial gravitatorio, gh, entre la parte superior e inferior de un acantilado de altura h. Su valor se puede expresar en julios/kilogramo. Eso simplemente significa que si tienes Z kilogramos en la cima del acantilado, tendrá un PE de Zgh. Si la masa es cero, el PE es cero pero el potencial sigue siendo gh.

Esto se vuelve más claro si considera las unidades involucradas.

El voltaje es una variable de esfuerzo , que puede existir en ausencia de una variable de flujo . Esta es la condición de circuito abierto , como por ejemplo cuando mide el voltaje de una batería con un voltímetro de alta impedancia (donde la corriente, la variable de flujo, es cero, o casi).

Usted dice que el voltaje es una variable de esfuerzo, pero si el desplazamiento es cero, ¿no es cero el trabajo realizado, entonces el voltaje sería cero? (Joules/Coulombs) ¿Tengo un malentendido de las unidades?
@CabbageChampion Sí. Punto clave en la definición: pones una "carga de prueba" en ese campo y actúa sobre él. El voltaje es una medida del potencial electrostático, "potencial" que indica que puede realizar un trabajo pero no necesariamente lo ha hecho. De lo contrario, es como pedir el sonido de un árbol que cae cuando no hay nadie alrededor para escucharlo. El voltaje dice lo que sucede una vez que pones una carga y el campo comienza a actuar sobre ella . Lo que está preguntando se vuelve más complicado en el nivel QED ("¿cómo saben los electrones dónde emitir fotones para que sean absorbidos?"), Pero esa es otra lata de gusanos.
Si voltaje = julios/culombios, ¿cómo puede tener voltaje sin corriente?
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