El voltaje es cero en un cortocircuito

Esto solo puede suceder si tienes una batería ideal . En el mundo real, nada es ideal. Tiene una resistencia interna de una batería, generalmente en la región de miliohmios, y también tiene el cable cortocircuitando la batería. Eso también tiene una resistencia. Lo que has hecho ahora es crear un circuito con resistencia, y por lo tanto actual. Terminas con algo como esto:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Esto significa que siempre tendrá un voltaje en la batería. La resistencia será muy pequeña, por lo tanto, la razón por la que fluirá una gran cantidad de corriente, lo que significará una gran cantidad de energía disipada en forma de calor, por lo que puede ser peligroso realizar tales experimentos.

Como puede ver, no existe tal cosa como un cortocircuito true , ¡ya que siempre habrá resistencia en alguna parte, sin importar cuán pequeña sea!

En cuanto a envolver su cabeza alrededor del voltaje, se vuelve distinto de cero cuando se agrega resistencia ... ¡Bueno, no tiene que hacerlo! Para que exista la condición cero, la resistencia debe ser infinita, si no hubiera resistencia, ¡entonces no habría circuito!

Al cortocircuitar, la corriente no es cero como supones. Las baterías tienen una pequeña resistencia interna de \ $ r \ $. Si cortocircuita los terminales, fluirá una corriente, \ $ I = V / r \ $. Donde V = Tensión de la batería. La corriente de cortocircuito está limitada por esa resistencia interna.

Otras personas dieron, de una forma u otra, la respuesta práctica correcta, es decir, siempre debe considerar la inevitable resistencia interna de la batería y / o la del cable.

En cambio, a partir de un punto de vista puramente teórico, cuando se corta una fuente de voltaje ideal, se obtiene un circuito singular y degenerado, con cantidades como la corriente en el corto hasta el infinito. Es el caso dual de una fuente de corriente ideal sin carga conectada, es decir, con el terminal abierto: tiene un voltaje infinito a través de ellos.

Este tipo de cosas suceden solo porque las fuentes ideales son solo abstracciones matemáticas, que pueden darte cantidades infinitas cuando se usan de manera descuidada.

Tenga en cuenta que los elementos ideales del circuito son modelos matemáticos útiles y simplificados de cosas reales. No son objetos físicos, por lo que no necesitan seguir la ley de la física. En particular, las fuentes ideales pueden generar un poder infinito y esto significa energía infinita en cualquier intervalo de tiempo finito: por supuesto, esto es físicamente absurdo.

En particular, si falla en modelar una situación física correctamente, es decir, simplifica demasiado el modelo, puede incurrir en tales absurdos matemáticos.

Si, por otro lado, solo estás juntando elementos matemáticamente ideales, no es necesario que te den algo coherente. Simplemente estás escribiendo ecuaciones de una manera gráfica. Nada te impide escribir un sistema de ecuaciones con dos ecuaciones incompatibles. El sistema no tendrá solución (o tendrá soluciones absurdas, no finitas).

Para su caso específico, solo está escribiendo dos ecuaciones y colocándolas en un sistema:

1) la ecuación de la fuente ideal, que dice que el voltaje en su terminal (llámelos A y B) es dado y conocido y diferente de 0 (llámelo Vs);

2) la ecuación de un cable ideal, es decir, una resistencia con R = 0, que debe seguir la ley de Ohm: es decir, I = Vab / R

No hay solución para este sistema. O puede considerar que I = ∞ es una "solución", pero eso no es un número real y para cualquier propósito práctico no tiene sentido.

Estás olvidando la resistencia interna de la batería. Normalmente es mucho menor que la carga, pero domina cuando la carga es de 0 ohmios.

Este es un problema común muy para las personas que son nuevas en los circuitos. No estás solo.

La respuesta práctica es que los cables ideales y las fuentes de voltaje ideales son cosas que no existen en la realidad. Todo exhibe algún comportamiento no ideal. En su mayor parte, estos comportamientos no ideales son de importancia mínima. El modelado idealizado del circuito le permite predecir la mayoría del comportamiento del circuito. Sin embargo, en algunos circuitos degenerados, como el que usted menciona, estos comportamientos no ideales desempeñan un papel importante en el comportamiento del circuito. Con el tiempo, se le brindará una guía sobre cuándo puede salirse con la suya utilizando los modelos idealizados y cuándo necesita incorporar más comportamientos no ideales para caracterizar el circuito.

Técnicamente, si corta una fuente de voltaje ideal con un cable ideal, el circuito resultante es inconsistente . Una fuente de voltaje ideal significa que el voltaje en los terminales es una cantidad fija (es decir, 5V). Un cable ideal a través de esos terminales significa que la diferencia de voltaje entre esos puntos es 0V. Estas dos afirmaciones no se pueden juntar, porque entran en conflicto. Usted no puede reducir significativamente una fuente de voltaje ideal con un cable ideal.

Pero puede usar una batería real con un cable real. Los resultados dependen de los comportamientos no ideales, como la resistencia interna de la batería.

Aparentemente, el voltaje es cero y la corriente es infinita. Es decir, la resistencia del cable y la pérdida será la carga, por lo que si su batería puede proporcionar cientos / miles / millones de amperios (bastante improbable), no obtendrá un cortocircuito y el voltaje en los terminales será el voltaje nominal. de la batería. Sin embargo, y lamentablemente, las baterías brindan una cantidad limitada de energía, y su pequeña carga solicitará mucha corriente, dado que, y según los Ohmios, el voltaje bajará. Cuanto menor es la carga, mayor es la corriente y más rápido disminuirá el voltaje (un transitorio que será una rampa hasta cero, siendo la pendiente de la rampa proporcional a la corriente solicitada por la carga)

Si tiene un voltaje perfecto donde cortocircuita el cable, la siguiente representación es incorrecta porque no tiene una función de transferencia entre el voltaje y la corriente. Usted asume que R es completamente 0, por lo tanto, estoy desconectado de la tensión.

Debeanalizarelcircuitocomoseindicaacontinuaciónsidesearepresentarsusituación.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La fuente de voltaje mantendrá su voltaje en el valor nominal porque es una fuente de voltaje perfecta y la fuente de corriente representa la cantidad infinita de energía que la fuente perfecta puede proporcionar porque la fuente no tiene ninguna impedancia interna.

Francamente, el modelo es bastante inútil, no debes tratar de modelar algo que no existe ni respetar la regla básica de un modelo. R = 0 está fuera del alcance del modelo de Kirchoff.

KVL supone que R nunca va a 0. Si R = 0, ahora estás en otro dominio en el que necesitas usar las propiedades intrínsecas del material para derivar la corriente. Las líneas supraconductoras tienen resistencia 0, pero su corriente no es infinita.

Las respuestas existentes cubren los problemas de las resistencias parásitas y cómo limitan la corriente, pero la causa subyacente es la química de la batería, que cambia esa resistencia parásita y el voltaje disponible.

Las reacciones químicas en una batería son bastante lentas en comparación con la velocidad de los electrones a través de los metales, y además la química tiende a ocurrir en el punto de contacto de los productos químicos, lo que es particularmente cierto para las baterías de sólido-líquido como las de plomo-ácido, donde la mayoría De la acción ocurre en la superficie de las placas de plomo. Por esta razón, por ejemplo, la batería de su auto:

1. Parece que tiene un buen voltaje para una carga ligera, como su voltímetro, incluso cuando no puede arrancar su automóvil (una carga muy alta)
2. Sólo recupera parcialmente su capacidad si carga a una corriente alta (por ejemplo, > = 6A), pero recupera mucha más capacidad si carga a una corriente más baja (por ejemplo, < = 2A); a una alta corriente de carga, la mayor parte de la carga nunca penetra lo suficiente en los químicos para durar, aunque el voltaje se recupera brevemente a medida que se recupera la carga en las inmediaciones de la reacción.
3. Pierde voltaje con el tiempo a medida que se extrae corriente de él.

El estudio de Jack Ganssle sobre baterías de celda de moneda, por ejemplo, muestra algunos datos sobre cómo el modelo de "resistencia interna" no es una resistencia constante, sino que varía según la cantidad de batería que ya se ha descargado y también varía con la cantidad de corriente. siendo dibujado: enlace

Entonces, dado que la química está proporcionando una especie de "resistencia interna", el agotamiento de la carga también reduce el voltaje y cambia aún más esa "resistencia interna", y el efecto de ese efecto depende de la cantidad de carga disponible. estás agotando (es decir, cuánta corriente estás dibujando). Por lo tanto, incluso en el "otro lado" de la "resistencia interna", el voltaje no permanece igual si cortocircuita los terminales.

Como nota de seguimiento, tampoco debe esperar que un capacitor sea capaz de igualar el consumo de corriente y extender la vida útil de la batería, ya que aunque los capacitores pueden proporcionar carga, también tienen sus propias resistencias parásitas (aunque algunos los tipos son mejores que otros), como señala Ganssle en un artículo posterior: enlace Esto es tangencial a su pregunta inmediata, pero es bueno saber si realmente planea diseñar algo.