¿Cómo funcionan el voltaje, la resistencia y el amperaje? (En circuitos de corriente continua)

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Tengo una (probablemente nueva) pregunta que no puedo entender.

Lo que creo que sé es esto:

  1. El voltaje es potencial eléctrico (o más bien una diferencia del mismo)
  2. El amperaje es la velocidad a la que se mueven los electrones
  3. La resistencia es una cosa que detiene la electricidad. Una de esas cosas marrones con rayas.

También me han dicho que V = IR. Eso no tiene sentido para mí. Si alguna fuente de alimentación desconocida hace que haya 12 voltios y también hay una resistencia de 150 ohmios, ¿entonces debe haber .08 amperios? ¿Independientemente de si la fuente de alimentación es de 8 AA o de una batería de automóvil?

Gracias por la ayuda.

    
pregunta kiwialacorn

5 respuestas

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La mitad del punto de uso de voltaje, corriente y resistencia es que no tenemos que preocuparnos por la fuente de alimentación y la resistencia. Ya sea que esté usando ocho baterías AA de 1.5 voltios en serie o una batería de automóvil de 12 voltios, si conecta 150 ohmios a través de los terminales obtendrá aproximadamente 0.08 amperios. (Las baterías tienen cierta resistencia interna, pero es muy pequeña).

Podría ser útil mirar esto desde una perspectiva física. Tienes un campo eléctrico que empuja las cargas eléctricas, dándoles energía en el proceso. Esa energía se pierde a medida que las cargas se mueven a través de un medio. (Más específicamente, los electrones en movimiento chocan con los átomos). La velocidad a la que se mueven las cargas depende tanto de la fuerza del campo eléctrico como de la capacidad del médium para permitir que los cargos se muevan sin impedimentos. Resulta que el medio a menudo se puede describir mediante un único parámetro llamado conductividad . Esto da una relación simple, conocida como la Ley de Ohm:

$$ \ vec {J} = \ sigma \ vec {E} $$

donde \ $ \ vec {E} \ $ es la intensidad del campo eléctrico y \ $ \ sigma \ $ es la conductividad. \ $ \ vec {J} \ $ se llama densidad actual y representa la tasa de flujo de carga. Esta es una relación microscópica. Tenga en cuenta que el campo actual y el campo E son cantidades vectoriales. Hacer física con vectores 3D es mucho trabajo, pero afortunadamente tenemos una opción más simple: la teoría de circuitos. En teoría de circuitos, hablamos de voltaje (energía) en lugar de fuerza de campo eléctrico (fuerza). Al igual que en la mecánica básica, esto nos permite lidiar con situaciones complicadas de manera simple.

Para hacer la teoría del salto al circuito, tenemos que cambiar al uso de variables macroscópicas. En lugar de hablar de la intensidad del campo eléctrico en cada punto, hablamos de la diferencia de energía entre dos puntos. En lugar de hablar de la conductividad de un medio, hablamos de la conductancia de un objeto físico. En lugar de hablar de la densidad del flujo de carga, hablamos de la corriente total a través de un cable. Ahora podemos usar la Ley de Ohm en su forma macroscópica:

$$ I = GV $$

donde V es el voltaje (energía por unidad de carga), G es la conductancia (medida en amps / voltios, también conocido como siemens), e I es la corriente.

Puedes pensar que el voltaje es un tipo de presión que empuja la carga a través de un circuito. La conductancia le indica la cantidad de corriente que recibe para un voltaje determinado. Ahora probablemente estás pensando "¿De dónde diablos vino la conductancia? ¡Estaba preguntando acerca de la resistencia!" Bueno, la resistencia es solo el recíproco de conductancia:

$$ R = \ frac {1} {G} $$

La resistencia es más conveniente porque generalmente estamos más interesados en los elementos de baja conductancia en un circuito. Con resistencia, podemos usar un número normal como 150 ohmios en lugar de una fracción diminuta como 0.00667 siemens. Esto nos da la forma más familiar de la Ley de Ohm:

$$ V = IR $$

Ahora, volviendo a tu pregunta. La razón por la que una batería de automóvil y ocho baterías AA tienen el mismo efecto en su circuito es que ambos producen campos eléctricos similares. Aquí hay una analogía: tirar un carro sobre una superficie áspera. Se necesita una cierta cantidad de fuerza para hacer que el vagón gire a una cierta velocidad. No importa si esa fuerza proviene de su mano o del motor de un automóvil, sigue siendo la misma fuerza.

    
respondido por el Adam Haun
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Sí, 12 V en una resistencia de 150 Ω hace que fluyan 80 mA. Esto se debe a que los voltios son voltios, independientemente de cómo se estén produciendo.

La diferencia entre los 8 AA y la batería de un automóvil es que la batería del automóvil puede proporcionar más corriente si la carga intenta extraerla . Una resistencia de 150 Ω siempre intentará dibujar 80 mA cuando se le apliquen 12 V. Tanto los AA como la batería del automóvil pueden hacerlo, así que no hay problema.

Sin embargo, supongamos que tienes una resistencia de 1. Eso dibujará 12 A si aplicas 12 V a través de él. La batería del auto puede hacer eso fácilmente, así que eso es exactamente lo que sucederá. Los AA no pueden hacer eso, así que algo tiene que dar. Lo que da es que las baterías AA no apagarán más 1.5 V por celda. El voltaje bajará, de modo que la corriente que se extrae de la resistencia disminuirá, hasta un nivel que las baterías puedan sostener. En este caso, los AA se agotarán rápidamente, por lo que el voltaje seguirá bajando y bajando a medida que las baterías se agoten cada vez más.

Algo similar ocurrirá con las fuentes de alimentación. Si tiene una fuente de alimentación de 12 V 12 A, puede mantener los 12 V en la resistencia de 1 inde indefinidamente. Si solo tiene un suministro de 12 V 5 A, entonces no podrá mantener 12 V. Se fundirá un fusible, se apagará, entrará en el modo de límite de corriente o alguna otra cosa. Lo que no hará es mantener la producción a 12 V. Si pudiera, se marcaría como un suministro de 12 A y se vendería por más dinero.

En el caso de la limitación de corriente, puede usar la ley de Ohm nuevamente para determinar cuál será el voltaje a través de la resistencia. Digamos que el suministro tiene un límite de corriente preciso establecido en 5 A. Eso significa que emite 12 V o 5 A, lo que siempre resulta en menos. Dado que la resistencia de 1 Ω requeriría 12 A y la fuente no puede hacer eso, regulará su salida a 5 A en su lugar. (5 A) (1 Ω) = 5 V, que es lo que se apagará con la resistencia conectada.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Una mejor declaración de qué es la resistencia es la oposición al flujo de corriente eléctrica; No detiene el flujo de corriente eléctrica. Piense en vadear a través de una piscina de miel en lugar de una hecha de agua. La miel proporciona más resistencia que el agua, por lo que, para el mismo esfuerzo, te moverás más despacio a través de la miel, pero en ambos casos puedes avanzar a través de la piscina.

La Ley de Ohm establece que el voltaje a través de un componente puramente resistivo es proporcional a la corriente que fluye a través de él. No hace suposiciones sobre cuál es la fuente.

Como señaló Ignacio Vasquez-Abrams, un paquete de baterías de 12V hecho de baterías de 8AA puede no ser capaz de desarrollar 12V a través de una resistencia muy pequeña porque existe otro factor limitante (por ejemplo, la resistencia interna de las baterías). p>     

respondido por el helloworld922
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Si el voltaje máximo a través de 150ohm es 12V, entonces sí, la corriente máxima a través de él es 80mA.

Por consiguiente, si 80 mA no puede obtenerse, la tensión a través de la resistencia será proporcionalmente menor que 12 V, y cualquier otra tensión del voltaje que no caiga en la resistencia tendrá que ser disminuida por las otras partes del circuito (como la Resistencia interna de la oferta).

    
respondido por el Ignacio Vazquez-Abrams
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La analogía simple del flujo de agua es la mejor para la mayoría de los principiantes, y para obtener una idea básica de trabajo antes de pasar a la matemática.

El voltaje de un circuito se puede considerar como la presión del agua en un sistema de tuberías.

Se puede pensar en el amperaje como la cantidad de agua que fluye por segundo, (piense en las moléculas de agua que fluyen como una corriente).

La resistencia en esta idea acuosa puede relacionarse con una tubería que tiene un diámetro reducido. Cuanto menor sea el diámetro de la tubería, mayor será la resistencia al flujo (o flujo de corriente o amperaje). Una alta resistencia al flujo reduce la corriente y permite que se aumente una mayor presión (o voltaje) detrás de él.

El V = IR es correcto para tu ejemplo: 12v = 0.08A x 150 Ohms.

En la forma de ecuación verbal básica usando unidades de uno:
1 voltio empuja 1 amperio de corriente a través de 1 Ohm.

La ecuación anterior (Ley de Ohm) puede reescribirse otras formas de encontrar V, I o R, al conocer las otras dos. Por ejemplo: V = IR, I = V / R, R = V / A

    
respondido por el Nedd

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