Voltaje y Corriente

Sé que a medida que aumenta el voltaje, la corriente aumenta en V = I R , pero realmente encuentro algunas dificultades para entender esto a nivel atómico (lo que sucede con los electrones dentro de ese cable). Entiendo bien esto por la analogía del agua, así que no necesito ninguna explicación para usarla. Asi que aqui están mis preguntas:

1) Si los electrones se mueven dentro del alambre, seguramente hay una fuerza eléctrica que provoca este movimiento. ¿Esta fuerza cambia en varios puntos del circuito eléctrico simple a medida que los electrones se mueven del terminal negativo al positivo, o permanece igual todo el tiempo?

2) Si la fuerza cambia, ¿por qué la corriente en varios puntos no cambia en los circuitos en serie?

3) lo que todavía me confunde, ¿por qué cuanto mayor es la diferencia de potencial eléctrico, mayor es la corriente? Necesito que esto se explique usando electrones sin la analogía del agua.

Respuestas (1)

Si los electrones se mueven dentro del alambre, seguramente hay una fuerza eléctrica que provoca este movimiento. ¿Esta fuerza cambia en varios puntos del circuito eléctrico simple a medida que los electrones se mueven del terminal negativo al positivo, o permanece igual todo el tiempo?

Sí, hay un campo eléctrico dentro del material de la resistencia, y esto provoca una fuerza sobre los portadores libres del material.

Para una explicación más profunda, debe investigar el modelo Drude de conducción eléctrica en metales.

¿Esta fuerza cambia en varios puntos del circuito eléctrico simple a medida que los electrones se mueven del terminal negativo al positivo, o permanece igual todo el tiempo?

Si el material es uniforme, el campo será uniforme.

Si lo tuviera, diga un trozo de alambre de cobre ( ρ = 1.68 × 10 − 8   Ω ⋅ metro ) y un trozo de alambre de acero del mismo tamaño ( ρ ≈ 6.9 × 10 − 7   Ω ⋅ metro ) conectado en serie entre los terminales de la batería, entonces el campo en el cable de cobre será menor que en el cable de acero.

Si la fuerza cambia, ¿por qué la corriente en varios puntos no cambia en los circuitos en serie?

Si la corriente fuera diferente en diferentes partes del circuito, entonces la carga tendría que acumularse en alguna parte del circuito. Esta carga acumulada repelería a otros portadores de la misma polaridad, produciría un campo opuesto, hasta igualar la corriente. Este sería un efecto dinámico, y cuando hablamos de la solución de estado estacionario de CC para un circuito, nos referimos a la solución después de que todos los efectos dinámicos se hayan asentado.

En mi ejemplo con dos tipos diferentes de conductores, los materiales tienen diferente resistividad, por lo que el campo (y la fuerza resultante) deben ser exactamente diferentes para producir corrientes iguales en los dos materiales.

¿Por qué cuanto mayor es la diferencia de potencial eléctrico, mayor es la corriente?

La diferencia de potencial es la integral de campo.

V b a = ∫ a b mi → ⋅ d yo →

Entonces, para aumentar el potencial entre dos puntos ( a y b ) debe aumentar la intensidad del campo a lo largo del camino entre ellos. El campo más fuerte produce una fuerza más fuerte en los portadores libres, por lo que se obtiene una corriente mayor.

¿Puede explicarme por lógica o de otra manera por qué el campo eléctrico en el cable de cobre es más bajo que el de un cable de acero?
Porque si no fuera así, habría más corriente en el cable de cobre. La carga negativa se acumularía en la unión entre el segmento de cobre y el segmento de acero, y esto haría que el campo descienda hasta que las corrientes se igualen.
Tengo otra pregunta sobre el campo eléctrico. Si conectamos una resistencia, ¿cómo será el campo eléctrico para que la resistencia resulte en una caída de voltaje a medida que el electrón pasa a través de ella? gracias de antemano, aprecio mucho su ayuda
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