Algunas preguntas con respecto a los campos B / E en circuitos prácticos

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He estado probando algunos recursos de aprendizaje para ayudar a desaprender algunas de las nociones por las que fluyen los electrones como energía.

Principalmente, este recurso es lo que he usado:
Amasci: EN UN CIRCUITO SIMPLE, ¿DÓNDE FLUYE LA ENERGÍA?

Mis preguntas son:

¿Se transfiere energía desde la batería a través de la carga a través de los campos B, es decir, la "corriente electromagnética" y no realmente a través de ningún otro medio? ¿Es "Electricidad" simplemente campos electromagnéticos altamente concentrados cuando fluye a través de un conductor? Por ejemplo, un arco entre dos electrodos de alto voltaje es la energía electromagnética que salta la brecha, el calor y la luz del arco son solo subproductos de esto.

El recurso muestra un campo E existente entre la ruta del circuito: efields

¿Qué pasaría si la ruta fuera algo así como un cable rodeado por un aislante magnético, el campo e sería inútil o no le "importaría" que algo esté bloqueando que exista en cualquiera de los lados para crear una diferencia de potencial?

¿Habría menos energía disponible? Estoy muy interesado en cómo se transfiere la energía a través del cable, al menos correctamente.

(adición)

¿El aislamiento del cableado (es decir, el plástico) también ayuda a reflejar algo de la energía para que no caiga en una distancia? Esto podría sentir, ya que un cable expuesto puede recoger energía en el aire, y un aislamiento lo mantiene alejado.

    
pregunta Transient

3 respuestas

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¿Se transfiere energía desde la batería a través de la carga a través de los campos B, es decir, la "corriente electromagnética" y no realmente a través de ningún otro medio?

La gran mayoría de la transferencia de energía proviene de los campos electromagnéticos (campos E y B que están acoplados). Puede haber algunas situaciones marginales en las que la transferencia de iones o electrones (-e) contribuya a la transferencia de energía total, pero no puedo pensar en nada fuera de mi cabeza. Ese es el punto principal de la página que has enlazado, y el diagrama de POINTING en la figura 7 debería mostrarte la transferencia de energía (eso es lo que hacen). Observe que muestra todas las flechas apuntando a la carga y alejadas de la fuente.

  

¿La "electricidad" es simplemente campos electromagnéticos altamente concentrados cuando fluye a través de un conductor? Por ejemplo, un arco entre dos electrodos de alto voltaje es la energía electromagnética que salta la brecha, el calor y la luz del arco son solo subproductos de esto.

Bueno, esta pregunta no está bien formulada, por lo que asumiré que está preguntando cuál es el método principal de transferencia de energía, que es lo mismo que su primera pregunta.

Directamente hablando, la electricidad es el flujo de partículas cargadas. El otro punto a destacar aquí es que los campos electromagnéticos fluyen ALREDEDOR de un conductor, no a través de él. Alguien podría ser reacio a esto, pero es esencialmente cierto.

En cuanto al arco, es causado por los campos electromagnéticos que estimulan a los átomos de aire hasta el punto en que ves una reacción. Esto es como preguntar: "¿Qué es el fuego? ¿Es solo un subproducto de la combinación de oxígeno con carbono?". Sí, lo es, pero lo que ves es una excitación de las moléculas de gas alrededor de esa combustión.

  

¿Qué pasaría si la ruta fuera algo así como un cable rodeado por un aislante magnético, el campo e sería inútil o no le "importaría" que algo esté bloqueando que exista en cualquiera de los lados para crear una diferencia de potencial?

     

¿Habría menos energía disponible? Estoy muy interesado en cómo se transfiere la energía a través del cable, al menos correctamente.

Aquí debe comprender que los campos E y B están ACOPLADOS. Entonces, no, el E-Field no le "importaría" (doble negativo, lo siento), se vería afectado y también lo haría el flujo de electrones en respuesta. ¡Lo que has mencionado aquí sería un elemento inductivo pasivo en el circuito! Busque la teoría sobre inductores y obtendrá una buena idea de lo que está sucediendo aquí.

  

¿El aislamiento del cableado (es decir, el plástico) también ayuda a reflejar algo de la energía para que no caiga en una distancia? Esto podría sentir, ya que un cable expuesto puede recoger energía en el aire, y un aislamiento lo mantiene alejado.

No estoy exactamente seguro de cómo responder a eso. El verdadero trabajo del aislamiento es mantener el circuito aislado del entorno, de modo que la segunda oración tenga sentido, pero la energía reflejada no es la forma adecuada de pensar en lo que está logrando.

    
respondido por el BPowers
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Si por "electricidad" quiere decir "julios de energía eléctrica", entonces sí, "electricidad" no es más que campos e concentrados y campos b. Es lo mismo que las señales de audio y video que viajan por cables coaxiales. Con los cables, la energía puede saltar a lo largo de una columna de portadores de carga móviles, mientras que los portadores de carga solo se mueven de un lado a otro.

¿Cable de lámpara con aislamiento plástico? Sí, el plástico tendería a concentrar el campo e entre los cables. También cambiaría la velocidad a la que se mueve la energía EM. Pero principalmente los campos se concentran al tener los dos cables colocados muy juntos. Así es básicamente cómo funcionan los cables de "par trenzado" de Ethernet. Los cables se comportan como las dos placas de un condensador, o como un inductor de una sola vuelta muy estirado. ¿Dónde están los campos fuertes en un condensador? Entre los platos. ¿Y en un inductor? En el agujero de la rosquilla.

Pero los pares de cables son muy buenos para guiar la energía EM, y las pérdidas habituales no provienen de la radiación. Los campos EM no dejan los cables y vuelan hacia el espacio. En cambio, las pérdidas son "friccionales", de los ohmios del metal (y quizás de las pérdidas dieléctricas de alta frecuencia en el plástico).

Una chispa que salta no es un salto de energía EM. Después de todo, una chispa es una resistencia, los portadores en el plasma no fluyen cerca de la velocidad c, y la energía EM en realidad fluye hacia adentro de la chispa desde todas las direcciones.

Tenga en cuenta que este artículo se escribió basándose en la siguiente idea: explique el material de los textos de física de licenciatura al público en general que confía en las ecuaciones. Tire de un Feynman, estilo libro rojo. Siéntense y digan "mira, así es como funciona". Curiosamente, la descripción correcta de circuitos simples de EM es realmente solo enseñada en campos de licenciatura / cursos de ondas, textos de ingeniería de diseño de antenas, etc., pero rara vez se menciona en cursos de diseño de circuitos. Todos pretendemos que amperios equivalen a vatios, y pretendemos que la energía fluye dentro del metal. No, mal.

Así que tomé la información básica de EM, la eliminé y la describí usando palabras y algunos diagramas de campo. El diagrama de Poynting nos muestra la ubicación de los julios que fluyen. La idea central es simple: las descripciones de ondas EM que se propagan en una guía de onda de 2 hilos son idénticas a las de los circuitos simples, ya que las guías de onda de 2 hilos no tienen límite en la baja frecuencia, y las matemáticas funcionan bien hasta DC. Por lo que sé, ningún autor de libros de texto lo ha intentado nunca en los libros de K12. Si no lo has encontrado antes, parece muy raro ... y muchos de nosotros no lo hemos encontrado antes. (JD Kraus hace un poco de eso en su texto "Electromagnetics", pero incluso en la mayoría de los campos / ondas, los textos evitan Poynting y las imágenes, y siguen con las matemáticas.)

¿Un transmisor de HF que envía vataje de RF a lo largo de un par de conductores a una carga ficticia distante? Eso es idéntico a un generador de 60 Hz que alimenta un calentador eléctrico. O en su lugar, use una batería y una bombilla, y no es diferente: la energía no está dentro de los electrones o atrapada dentro del metal.

¿No será esto confuso para los niños? ¡SÍ! Esto no es para el trabajo en el aula. No debes tratar de memorizarlo para los exámenes. En cambio, es para cualquiera que piense que la electricidad básica es contradictoria y confusa, o que los libros de K12 no están dando la historia correcta. En repetidas ocasiones he descubierto que muchas de las contradicciones se deben a la simple información física que se declara "demasiado avanzada" y se omite.

    
respondido por el william beaty
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Parece que tienes una confusión general. Parte de esto puede deberse al hecho de que está intentando agrupar campos eléctricos (E) y magnéticos (B). Definitivamente están vinculados, pero en los circuitos normales es más sencillo comprender lo que sucede observando el campo E solo excepto cuando se trabaja con inductores. Cosas como cables, resistencias y condensadores son más fáciles de entender desde el punto de vista del campo E.

Comience entendiendo las fuentes de voltaje y las resistencias. Estos definidos por la ley de Ohm. A partir de eso, también puede hacer un seguimiento de cómo se mueven las cargas (la corriente es el movimiento de carga por tiempo) y el movimiento de energía. El flujo de carga (corriente) y el flujo de energía no son lo mismo.

Ayudaría si hiciera preguntas específicas o hiciera preguntas sobre ejemplos específicos. Sin eso, es difícil saber qué responder.

    
respondido por el Olin Lathrop

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