Me tomó mucho tiempo entender que la corriente es constante en todo el circuito. Y ahora estoy atascado en una última cosa: la velocidad de carga. Esto es lo que estoy pensando:
La corriente se define como la cantidad de carga que pasa por un punto en un momento dado, y de esto podemos deducir que la corriente es constante en todo el circuito. Pero, si esto es cierto, ¿no aumentaría la velocidad de carga a través de una resistencia? Pensemos en una analogía, agua fluyendo a través de una tubería. Supongamos que el agua fluye a través de una tubería más ancha (análoga a un cable de menor resistencia) y una mayor cantidad de agua puede pasar por un punto debido a la mayor área de sección transversal. Ahora, de repente, el agua se encuentra con una tubería más pequeña (análoga a la resistencia). Por lo tanto, puede fluir menos cantidad de carga a través de él debido a la menor área de sección transversal. Pero, si el volumen de agua que fluye en un tiempo (análogo a la corriente) es el mismo, ¿no será mayor la tasa de flujo de agua en la tubería más estrecha (la resistencia)?
Estoy haciendo esta pregunta porque mientras veo algunas respuestas para la pregunta "¿Por qué la corriente es constante?" , Vi a algunas personas decir que la velocidad de carga se ralentiza un poco a través de una resistencia, lo que me parece incorrecto.
La respuesta a tu pregunta es sí".
La relación relevante es dónde es la corriente, es la carga en un solo portador de carga es el número de portadores de carga por unidad de volumen y es la magnitud de la velocidad de deriva.
En un circuito en serie la corriente es constante como consecuencia de la ley de conservación de la carga.
Esto significa que la cantidad de carga por segundo que ingresa a un conductor por un extremo debe ser igual a la cantidad de carga por segundo que sale del conductor por el otro extremo.
La carga no se crea ni se destruye dentro del conductor.
Para simplificar el asunto, veamos las variables una a la vez y supongamos que la corriente es la misma en un circuito completo o parte de un circuito.
Mantener igual el área y la carga en un portador de carga significa que si un conductor tiene menos portadores de carga por unidad de volumen, la velocidad de deriva debe ser mayor que la velocidad de deriva en un conductor con más portadores de carga por unidad de volumen.
Entonces, ¿cómo se logra esta mayor velocidad de deriva?
Se logra al tener un mayor voltaje (por unidad de longitud del conductor) a través del conductor que tiene menos portadores de carga por unidad de volumen.
Entonces, si tuviera una pieza de cobre y una pieza de hierro (un conductor eléctrico peor que el cobre) que tuvieran las mismas dimensiones que el cobre en serie y pasara una corriente a través de ellos, el voltaje a través del hierro sería mayor que el voltaje a través del cobre.
Dicho de otra manera, la resistencia de la muestra de hierro es mayor que la del cobre.
Esta es su situación de resistencia y alambre de cobre.
Supongamos ahora que hay dos alambres de cobre conectados en serie de la misma longitud, pero un pedazo de alambre tiene el doble del área de la sección transversal del otro.
Para transportar la misma cantidad de carga por segundo a través de ambos cables, la velocidad de deriva en el cable más delgado debe ser el doble que la del cable más grueso.
Se podría decir que, en total, había menos portadores de carga en el cable más delgado que en el cable más grueso y, por lo tanto, para transportar la misma carga por segundo, los portadores de carga tendrían que moverse el doble de rápido.
¿Cómo se logra esta velocidad adicional, nuevamente al tener un voltaje más grande a través del cable más delgado que el cable más grueso? La resistencia del alambre más delgado es mayor que la del alambre más grueso.
Puede hacer un análisis similar comparando el cargo en los portadores de cargo si no son iguales.
Todo esto se puede convertir en la analogía de un flujo de agua con la diferencia de presión siendo la analogía del voltaje y la longitud y el área de la sección transversal de las tuberías siendo análogas a la longitud y el área de la sección transversal del conductor.
Por lo general, es el flujo de volumen por segundo el que se cita como análogo de la corriente, pero eso significa que hay un problema para encontrar un equivalente al número de cargas transportadas por unidad de volumen en el caso eléctrico.
Entonces es mejor decir que la masa transportada por segundo es el análogo de la corriente.
Cómo se hace esto en la práctica, no lo sé. ¿Quizás tiene que mostrarse como dos circuitos separados?
De todos modos, si tiene dos tuberías de las mismas dimensiones y necesita transportar la misma cantidad de masa por segundo a través de las tuberías, entonces el líquido con menor densidad (número de portadores de carga por unidad de volumen) tendría que viajar más rápido (velocidad de deriva) y por lo que tiene que haber una mayor diferencia de presión (voltaje) a través de la tubería con el líquido de menor densidad fluyendo a través de ella.
Finalmente, como advertencia a mi respuesta inicial a su pregunta, es teóricamente posible haciendo malabarismos con el área de las muestras (resistencia y cable) para hacer que los portadores de carga en una resistencia se muevan más lentamente que en un cable, pero en la práctica esto no es posible porque la densidad del portador de carga en el cobre es mucho mayor que la de las sustancias utilizadas en las resistencias.
Considere un río, con una tasa constante de flujo de agua. Comenzaremos el río en una gran presa, que libera agua a un ritmo constante. Empezamos con el agua fluyendo ya a un ritmo constante, con el canal lleno.
¿Por qué fluye el agua? Porque el cauce tiene un ritmo de caída constante, un ligero descenso desde donde se inicia en la presa, hasta llegar a un gran lago o al mar.
Ahora agregue una presa baja a través del canal de agua, en algún lugar río abajo. Al principio, el agua se ralentizará mientras se llena el nuevo estanque, pero una vez que el estanque esté lleno, el agua se desbordará y la tasa de agua que se derrame río abajo será igual a la tasa a la que el agua entra desde río arriba.
Así se mantiene la corriente, por encima y por debajo del estanque, independientemente de la velocidad del agua en el estanque. De hecho, no analizamos la velocidad del agua en el estanque en absoluto, solo las entradas y salidas en equilibrio.
Si en lugar de una represa restringiéramos el ancho del canal, el agua se habría acelerado... pero aguas abajo seguiría siendo la misma corriente una vez que el canal se ensanchara nuevamente. El mismo volumen de agua debe fluir a través de cada segmento del canal en el mismo tiempo: igual corriente de entrada, igual corriente de salida.
La corriente en un circuito es la misma: lo que entra debe salir, ya la misma velocidad. Las únicas variaciones ocurren cuando el sistema está encendido o apagado: transitorios de conmutación.
Lo que ha sucedido en la presa, y también en la resistencia, es una pérdida de energía potencial de la corriente: la caída del agua sobre la presa pierde energía potencial y la caída de voltaje a través de la resistencia para la corriente eléctrica.
La velocidad depende únicamente del área de la sección transversal del componente. Una resistencia que es más gruesa que el alambre tiene menor velocidad de electrones que el alambre, y una resistencia que es más delgada que el alambre tiene electrones de mayor velocidad que el alambre.
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