¿Es posible hacer una analogía completa entre la electricidad y algo más comprensible? (por ejemplo, fluidos)

El uso de analogías con la dinámica de fluidos (aire / agua) es útil para algunos fines para el principiante completo, pero también puede generar confusión. Si alguien realmente quiere entender la electricidad, debe prescindir de las analogías de fluidos y simplemente aprender cómo funcionan los campos y las cargas eléctricas. Realmente no hay una analogía global .

Me parece útil referirme a los artículos sobre ideas erróneas relacionadas con la electricidad de William J. Beaty .

También visite el sitio web Todo sobre los circuitos .

Y finalmente, el libro de referencia más detallado, The Art of Electronics de Paul Horowitz y Winfield Hill. .

La respuesta de JYelton es muy buena en mi opinión, pero agregaré una respuesta alternativa.

La electricidad es única y no existe una analogía completa entre la electricidad y algo más. No se trata solo de mover electrones.

La electricidad es compleja y "contiene" muchos fenómenos diferentes

• campos magnéticos
• campos eléctricos
• reacciones iónicas
• reacciones químicas

No hay una analogía completa con la electricidad en el mundo "macro".

Para comprender mejor cómo funciona la electricidad, debes aprender algo de química y física e intentar crear una imagen de campos eléctricos y magnéticos en tu mente.

Puedes leer algunos libros muy antiguos (1900-1950) sobre física, química y electricidad. Estos libros antiguos son sorprendentemente buenos para los principiantes y la mayoría de ellos no requieren conocimientos de ingenieros modernos.

Applets de física de Falstad: Circuitos con electricidad visible

Si usamos la analogía del agua, encontramos muchas cosas interesantes que son difíciles de entender ... ¡sobre el agua! Por ejemplo, el agua fluye lentamente a través de una manguera, pero la energía hidráulica fluye increíblemente rápido. Además, la energía hidráulica es contraintuitiva: puede fluir fácilmente hacia atrás en relación con el flujo de agua. O bien, el agua puede moverse hacia adelante y hacia atrás en una tubería, mientras que la energía corre en una sola dirección. La compañía de agua no nos vende agua, solo ofrecen un costoso servicio de bombeo y todas las mangueras se llenaron con agua antes de comenzar. (Después de todo, el agua no es una forma de energía ... y tampoco la electricidad, por supuesto: las corrientes eléctricas no son flujos de energía, los amperios no son vatios).

Además, en un circuito cerrado lleno de agua (un circuito hidráulico), los transitorios de arranque son bastante difíciles de comprender. También lo son los reflejos de energía de las uniones y conexiones en T, los fenómenos de resonancia para el "agua de CA" y la pérdida de energía de las mangueras como sonido radiado (que es análogo a las antenas y la energía perdida como ondas de radio).

Además, el agua es invisible. Bueno, en realidad se parece mucho a la electricidad: si tienes una corriente de agua en un tubo transparente, no ves nada, solo se ve como una barra estática de vidrio sólido. Podría moverse lentamente, fluir rápido o moverse hacia adelante y hacia atrás, pero sin tierra ni burbujas no tenemos la menor idea. En esto es como la electricidad: las corrientes eléctricas son invisibles, mientras que la electricidad en sí misma se ve fácilmente, los electrones móviles dentro de los metales son de color plateado. Los metales se reflejan como los espejos porque cualquier "fluido" denso de electrones se refleja como un espejo.

Heh, así que deberíamos comenzar a usar tuberías de vidrio llenas de mercurio líquido como una analogía mejorada con los circuitos eléctricos: los generadores son bombas de mercurio líquido, las resistencias son tuberías llenas de mercurio y arena comprimida, tuberías de fricción que se calientan cada vez que hay una Hg actual. Las cosas plateadas de Hg siempre van lentamente en un círculo, mientras que la energía hidráulica corre de un lugar a otro en las tuberías a una velocidad extrema, sin embargo, cuando estamos viendo tubos transparentes llenos de Hg, no vemos que suceda nada, solo algunas barras delgadas plateadas con un recubrimiento de plástico transparente.

Una analogía que me gustaba usar para entender la corriente es un tren. Piense en el electrón como carros conectados en un tren. Si presiono un carrito (aunque solo un poco), este primer carrito se moverá ya que están conectados.

Luego, las pistas paralelas o los carros más grandes pueden describir otras propiedades.

La analogía con el fluido es defectuosa en algunos aspectos, por ejemplo, debido a que permiten circuitos abiertos y al hecho de que las moléculas de fluido se mueven activamente a través del tubo, mientras que los electrones en el conductor en realidad simplemente empujan a sus vecinos, quienes a su vez empujan a sus vecinos y así sucesivamente, lo que se propaga mucho más rápido que la velocidad real de movimiento de electrones ( que es lento ).

En mi opinión, una analogía mejor, aunque no trivial, sería una pista (cerrada) de ruedas magnéticas:

<===============================> connected to start
   S     S     S    S   .......
   |     |     |    |
   N     N     N    N   .......
<===============================>

Si empuja el que está en el lado izquierdo, repelerá al siguiente y disminuirá la velocidad (y tal vez retroceda un poco, pero no completamente hasta su origen), mientras que el siguiente acelera hasta que repele el segundo a el siguiente y así sucesivamente.

• El hecho de que las ruedas se muevan ligeramente hacia la dirección de "conductancia" explica por qué el "circuito" debe estar cerrado; de lo contrario, se quedará sin ruedas.
• los imanes en la pista en sí pueden simular resistencia
• una placa de unión, cuyo interruptor también está equipado con un imán, puede actuar como un transistor

(aunque todavía no he encontrado una analogía para un condensador)