¿Por qué una resistencia infinitamente decreciente aumenta infinitamente la corriente?

Su idea errónea básica es que el voltaje está "suministrando electrones". Los electrones (o lo que sea que los portadores de carga estén en cualquier material que estés usando) siempre están ahí. El voltaje es el impulso para hacer que se muevan en el nivel macro. Es este movimiento que llamamos actual.

Por lo tanto, la corriente es una función de dos cosas: la fuerza con la que se presiona sobre los portadores de carga y la resistencia del material al movimiento de estos portadores. Duplica el voltaje y obtienes el doble de corriente con la misma resistencia. Reduzca la resistencia a la mitad y obtendrá el doble de la corriente con el mismo voltaje aplicado.

En teoría, la corriente sería infinita si la resistencia se vuelve cero. En la práctica, la fuente de voltaje no podrá soportar más corriente que alguna corriente antes de que ya no pueda proporcionar el voltaje.

  

Los electrones son suministrados por el voltaje ¿correcto?

No, los electrones son "suministrados" por el conductor (en el caso de los conductores metálicos típicos). De hecho están naturalmente presentes. Tenga en cuenta que en otros tipos de conductores, los portadores de carga pueden ser algo más que electrones.

El voltaje simplemente "suministra" una fuerza que empuja a esos portadores de carga lentamente a lo largo.

La fuente del voltaje, por ejemplo una batería, suministra portadores de carga, pero es la batería que suministra a los portadores, no es el voltaje que suministra a los portadores.

La velocidad de deriva en metales (y, por lo tanto, corriente en coulombs de carga por segundo) depende de movilidad eléctrica y campo eléctrico (que se mide en voltios por metro)

La conductividad es proporcional al producto de la movilidad y la concentración del portador. La conductividad es una propiedad de un material, es inversa es la resistividad que se mide en ohmetros. Para una longitud y un área de sección transversal dadas de un material, puede calcular la resistencia en ohmios a partir de la resistividad del material.

Por lo tanto, una menor resistencia (mayor conductancia) implica una mayor movilidad (los transportadores pueden moverse más rápido) o una mayor concentración de portadores (más portadores), lo que puede conducir a una mayor corriente.

  

¿No es actual el número de electrones que fluyen?

No exactamente. Es el número de electrones (u otros portadores de carga) que fluyen más allá de un punto específico por segundo. Es una tasa no un número.

Tal vez una analogía ayude: piense en los autos que viajan por una carretera mientras está parado en un puente mirando. La cantidad de autos que pasan por minuto depende de la cantidad de autos por milla de autopista (la concentración del transportista) pero también depende de la velocidad de los automóviles (relacionada con la movilidad del transportista).

Supongamos que tiene una densidad uniforme de automóviles en una carretera circular de 120 millas como la M25 en Londres. Estás parado en un puente contando autos que pasan cada minuto. Si todos esos autos viajan a 30 MPH (porque las señales de límite de velocidad se han establecido en 30) tal vez mida 10 autos que pasan un minuto. Si todos los autos viajan más tarde a 60 MPH, usted medirá 20 autos por minuto sin ningún cambio en el número de autos en la carretera y ningún cambio en su densidad (concentración).

La velocidad de los autos depende de la fuerza de propulsión (como la tensión) pero también depende de la resistencia a la rodadura, la resistencia del aire, la necesidad de negociar uniones y alrededor de obstáculos, etc. Por supuesto, los portadores de carga no tienen motores integrados para propulsión, tal vez sean más como vehículos sin motor o impulsados por el viento.

Como todas las analogías, no llegas muy lejos antes de que se convierta en algo engañoso. En el nivel atómico, los portadores de carga están todos en perpetuo movimiento aleatorio pero no se mueven mucho en promedio a menos que haya una fuerza adicional proporcionada por un campo eléctrico (medido en voltios por metro) que hace que, en promedio, fluyan una direccion especifica Su movimiento se ve impedido por las características del material, esto es una resistencia a su movimiento.

Tenga en cuenta que los portadores de carga en movimiento transportan energía de un lugar a otro, esto es algo más importante que el transporte de carga porque el movimiento neto † de carga es cero (en la analogía del automóvil, siempre hay tantos automóviles en mire en cada dirección desde el puente, sin importar cuántos autos estén en movimiento o qué tan rápido se muevan)

† Lo que quiero decir aquí es que después de un período de tiempo, sigue habiendo el mismo número de portadores de carga en una parte del conductor que había al principio. Ha habido movimiento de portadores alrededor del circuito, así que hay movimiento de carga, pero el efecto neto (sobre el número de portadores y la carga, en la porción de conductor) es como si no hubiera habido ninguno. Por otro lado, la energía se disipa en el conductor debido a este movimiento, por lo que se puede decir a partir de la temperatura elevada de la parte del conductor que ha habido movimiento de portadores de carga.

  

¡Es una gran corriente de un voltaje tan pequeño!

Si bien entiendo por qué eso puede sorprenderte, es, de hecho, desconcertante .

Considere: una corriente puede existir en ausencia de cualquier tipo de voltaje .

No se requiere un voltaje para que haya una corriente. Una corriente es simplemente carga eléctrica en movimiento .

Sí, de acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente a través de una resistencia es proporcional al voltaje a través.

Pero, por ejemplo, para un inductor (ideal), la corriente puede ser cualquier valor constante no cero para cero voltaje!

Por lo tanto, lo que debe hacer es refinar su comprensión de la relación entre el voltaje y la corriente. Hay mucho más que solo la Ley de Ohm.

Como lo señaló Olin, creo que tienes algunos conceptos erróneos sobre lo que significan esas magnitudes. Cuando dice "el voltaje alimenta a los electrones", supongo que se está imaginando una fuente de voltaje de CC típica conectada a una resistencia, y es razonable pensar eso. Claramente, está suministrando energía, porque una resistencia que se sienta allí no hará nada, entonces debe estar suministrando electrones, echándolos al circuito y haciendo que todo circule. Pero esta no es la mejor manera de verlo.

Puedes imaginar una DIFERENCIA en el voltaje entre dos puntos, como una diferencia en la energía potencial (es la energía potencial por unidad de carga, pero la analogía funciona). Para comparar con la gravedad, una diferencia en el voltaje es una diferencia en la altitud, una pendiente, por así decirlo. Es el caso, tanto con la gravedad como con el voltaje, que las masas o los electrones pasarán del punto con mayor potencial al punto con menor potencial, porque hay una fuerza que los empuja en esa dirección (la gravedad o el campo eléctrico). Y esa es la idea principal, el campo eléctrico está alineado con la dirección en la que el potencial cambia y los empuja en esa dirección.

Ahora, si conecta una fuente de alimentación a la resistencia, creará una diferencia de voltaje entre sus dos terminales, una especie de "caída". Esta diferencia implica que hay un campo eléctrico, que empujará y tirará CADA electrón en el cable y la resistencia. Así que es más preciso pensar que el suministro de voltaje proporciona una fuerza uniforme a través de la resistencia, en lugar de patear electrones al circuito.

Por otra parte, la corriente en un cable o resistencia se define como la cantidad de carga (número de electrones si lo desea) que atraviesa la sección transversal del cable cada segundo. Modelamos una resistencia como un trozo de cable que empuja un poco hacia atrás sobre los electrones, o como una tubería llena de escombros flotantes.

Los electrones se mueven de forma errática, chocan contra los escombros y se detienen, y luego ganan velocidad con la corriente de agua nuevamente. El empuje de la corriente es el campo eléctrico aquí, puede imaginarse un tubo vertical, de modo que la gravedad será el campo eléctrico si lo desea. El punto débil de la analogía es que los residuos deben fijarse en su lugar, ya que representan átomos, y el campo eléctrico siempre es demasiado débil para extraer un átomo completo de la estructura molecular.

Cuanto más lleno de escombros es un cable, más resistente es. Si tiene poca suciedad, los electrones pueden alcanzar una velocidad más alta antes de que se estrellen contra algo, por lo que promedian una velocidad más alta que en una tubería llena de basura. Y es por eso que tienes una corriente más alta si R es baja ... la fuerza podría ser baja, pero si no hay nada contra lo que luchar, los electrones terminarán moviéndose muy rápido. La analogía se rompe cuando se pone demasiada corriente porque probablemente no se puede modelar un cable como una tubería parcialmente obstruida ... los escombros pueden comenzar a hacer cosas raras, pero no estoy seguro. La fricción también derretirá el cable y tal vez ya no pueda decir que V = RI a lo largo de un charco de cobre en ebullición.

Estas son las dos formas de ley de ohmios de las que estás hablando:

1) \ $ V = IR \ $

2) \ $ I = \ dfrac {v} {r} \ $

Eqn # 1 se dice, si presiono la corriente "I" a través de una resistencia, generará voltios en "V" a través de ella. Mi fuente de alimentación debe poder suministrar esa corriente independientemente del voltaje necesario.

Eqn # 2 dice que si fuerzo "V" voltios a través de una resistencia, mi fuente de alimentación debe poder suministrar la corriente "I".

Obviamente, hay límites a lo que pueden hacer las fuentes de alimentación del mundo real, como se señala en el ejemplo de 10,000 A.

El conductor / resistencia tiene lo que se conoce como "un mar de electrones" en él. Estas fuentes de alimentación empujan la carga hacia un extremo y la carga sale por el otro. La carga está equilibrada en la resistencia, pero la corriente fluye, cada portadora empujada por su fuente de alimentación coincide con otro electrón que fluye por el otro extremo. Esto es ahora el trabajo se ha realizado.

Supongamos que uno tiene una tubería de agua vertical que mide cien metros de altura y tiene un área de sección transversal de 100 cm2, y tiene un pequeño orificio en la parte inferior. El tamaño del agujero es tal que cuando el agua tiene un metro de altura (un volumen de 10 litros), un litro por segundo saldrá por el agujero. Cuando haya más agua en la tubería, saldrá más rápido; Cuando hay menos agua, más lento.

Si se agrega agua al tanque a una velocidad de 1 litro por segundo y hay menos de 10 litros de agua en la tubería, la velocidad a la que sale el agua de la tubería será menor que la velocidad a la que se encuentra. Entrando, y por lo tanto la cantidad de agua en la tubería aumentará. Si hay más de 10 litros de agua, la cantidad de agua que entra no será suficiente para mantenerse al día con el agua que se está yendo, por lo que la cantidad de agua disminuirá. Con el orificio de tamaño indicado, se alcanzará un equilibrio con diez litros de agua en la tubería.

Si uno tuviera que reducir el tamaño del orificio, la profundidad requerida para poner suficiente presión en el orificio para obtener un litro por segundo aumentaría. A medida que el nivel del agua subía, la cantidad de energía requerida para seguir agregando un litro por segundo aumentaría, pero si el agujero fuera lo suficientemente pequeño, el único límite en la profundidad de equilibrio sería el punto donde el tanque se desbordó o no funcionó, o si la bomba Ya no podía bombear un litro por segundo contra el aumento de la contrapresión.

Por el contrario, si uno aumentara enormemente el tamaño del agujero, la velocidad a la que se tendría que suministrar agua para mantener una profundidad de un metro aumentaría enormemente. Si el agujero fuera lo suficientemente grande, la velocidad a la que se debería agregar el agua para mantener esa profundidad podría aumentar más allá de la capacidad de suministro de cualquier fuente de agua.

Tenga en cuenta que, desde una perspectiva práctica, el efecto de la resistencia que se aproxima al infinito (el pequeño orificio) no quiere decir que el voltaje también llegará al infinito, sino que la fuente no podrá producir suficiente voltaje para producir un voltaje. Cantidad deseada de corriente. Del mismo modo, a medida que la resistencia se acerca a cero, la corriente no se acerca al infinito, sino que la fuente no podrá suministrar suficiente corriente para producir una cantidad deseada de voltaje.

Pregunta interesante! Aquí está la respuesta que espero que te guste:

Entonces, una resistencia es un mar de cargas positivas y negativas, ¿verdad? Entonces, imagínate aplicando un campo eléctrico a través de este mar. Flujo de electrones. Ahora, veamos la longitud de la resistencia. Si aumentamos la longitud, tendremos un mar más grande, pero la tasa será la misma, por lo que no ayudará a aumentar la corriente en absoluto. Además, la resistencia aumenta con la longitud, por lo que la tasa realmente disminuirá!

Entonces, agreguemos al mar aumentando el área de la sección transversal del alambre. Tendremos un mar más grande, y el campo eléctrico que antes era capaz de moverse a lo largo de una corriente ahora puede moverse a lo largo de una corriente mayor, ¡y sin costo adicional aparentemente! En física, esto se describe como una disminución de la resistencia del mar, aunque en realidad la tasa de colisiones experimentada por los electrones individuales no se modifica. El hecho de que haya más electrones capaces de responder es lo que aumenta la velocidad / corriente.

Así que ahora podemos ver que si disminuimos la resistencia a una cantidad infinitamente pequeña, podemos ver esto simultáneamente creando una gran sección transversal, un vasto mar de electrones sensibles listos para ser influenciados por el campo. Esto genera una gran corriente sin fuente de voltaje extra grande. Espero que puedas leer esto. Que tengas un buen día.