Cuando tienes una resistencia en un circuito en serie, la cantidad de voltaje que toma esa resistencia es del 100%. Agregar otra resistencia (los mismos ohmios) hace que la caída de voltaje sea del 50%. ¿Por qué, ya que solo la corriente debería estar cambiando, y el voltaje (julios por coulomb) no debería depender de la corriente (coulombs por segundo)? Es como si la tensión supiera que hay otra resistencia (antes de que alcance la primera) y decida dividir su energía para cada una. Pero, obviamente, ese no es el caso porque el voltaje no es un ser sensible, así que, ¿qué hace que divida su energía en lugar de impartir toda la energía a la primera resistencia como lo haría normalmente si no hubiera otra? Al principio, pensé que la respuesta era que la corriente disminuye como resultado de las resistencias y eso es lo que hace que la tensión disminuya para cada una, pero eso no tiene sentido ya que la cantidad de electrones no debería controlar la energía que transportan.
¿Por qué se divide el voltaje cuando se agrega una resistencia adicional?
5 respuestas
Cuando tienes un resistor con 10V en un extremo y 0V en el otro extremo, si pudieras medir el voltaje hasta la mitad del resistor, sería 5V.
Ahora, corte esa resistencia por la mitad y junte eléctricamente los extremos que acaba de cortar. Sigue siendo 5V, ¿cuál es el problema?
En el caso de que agregues otra resistencia, el voltaje no se duplica porque estás insinuando que el voltaje es fijo (por lo que proporciona cualquier corriente que mantenga ese voltaje). Si, por el contrario, la corriente era fija (en relación con la corriente producida por la resistencia única), la tensión se duplicaría.
Piensa en el agua que va río abajo en una tubería, en algún ángulo. Si hace que este ángulo se acerque más al plano, el agua fluirá más lentamente. ¿El agua 'sabe' esto? No estoy seguro, esto es más una cuestión filosófica.
Otra explantación (quizás útil) es a través del campo / potencial eléctrico.
Un flujo de carga en un material resistivo solo se puede establecer si tiene un gradiente potencial que es igual a un campo eléctrico. (Dejando a un lado la inducción). Imagine tener la caída de voltaje total sobre su primera resistencia y 0V sobre su segunda. Esto no llevaría a ningún campo eléctrico en el segundo, impidiendo así el flujo de cargas en el segundo resistor, lo que efectivamente evita cualquier corriente. Esto contradice la caída de voltaje en la primera resistencia.
De hecho, al suponer una caída de voltaje de 10 V en la primera y de 0 V en la segunda resistencia, las ecuaciones de campo se vuelven irresolubles.
Si lo pones al revés, podemos hacer un experimento: toma un material de resistencia homogéneo con algunas dimensiones: A = sección transversal y l = longitud. El material del resistor está conectado por dos placas de metal con área A en ambos lados y se aplica voltaje. El campo eléctrico resultante es (casi) tan homogéneo como en el vacío con la diferencia de que entre las placas hay un (mal) conductor con una conductividad específica. Se formará una densidad de corriente en cada punto del conductor y solo se definirá por el campo y la conductividad. Si integras la densidad actual sobre A, obtienes tu actual.
Si integras el campo E en el camino de una placa a la otra obtendrás el voltaje. Y al pasar de una placa a la otra, usted medirá y calculará un voltaje que aumenta linealmente. Por lo tanto, el voltaje es proporcional a la posición de una sonda dentro del bloque de resistencia.
Ahora corte el bloque de resistencia a la mitad de l (el área es A) e inserte una capa delgada infinitesimal de un conductor perfecto. Como el campo era normal en esta sección transversal antes de insertar el conductor, nada cambiará al hacer esto. Así que puede asumir perfectamente que el potencial de voltaje en esta placa conductora insertada es el mismo que en la resistencia intacta en la misma posición. Si mide la tensión en relación con una de las placas exteriores o integra el campo de una de esas, habrá la mitad de la tensión total.
Ahora puede aumentar el grosor del conductor intermedio. Si es un conductor ideal, el campo eléctrico en su interior es cero. Por lo tanto, no importa el grosor que lo dejes crecer (es decir, aquí hacemos un alambre). El campo se sigue dividiendo en las dos partes y mantiene el mismo valor (en V / m) que en la resistencia no dividida. Pero en esas medias resistencias solo quedan 1/2 de las que quedamos y, antes de que sepamos, el voltaje es la mitad del voltaje de su fuente.
Puedes decir: "Pero agregué otro resistor del mismo valor en lugar de dividir el mío por la mitad" La respuesta es: repita la construcción de la resistencia con un material con la mitad de la conductividad. El campo eléctrico permanecerá igual y la densidad de corriente será la mitad del valor anterior. Pero no puede haber ninguna diferencia en los voltajes, ya que no dependen de nada más que de l y de la fuente de voltaje en nuestro experimento.
Tiene razón, la fuente de voltaje no sabe cuántas resistencias hay en el circuito o qué disposición tienen (serie, paralelo, una combinación de ambas). Lo que la fuente realmente ve es la resistencia "equivalente".
Ha estado presentando un ejemplo de dos resistencias en serie, del mismo valor. Para la fuente, parece que hubiera solo una resistencia, es decir, \ $ R_1 \ $ + \ $ R_2 \ $. Si hubiera otra disposición, la fuente todavía "vería" solo una resistencia, que es el equivalente de cualquier circuito que tenga.
En un caso donde \ $ R_1 = R_2 = 4 \ Omega \ $ y están en serie, la fuente ve esto como un solo \ $ 8 \ Omega \ $ resistor. Lo que determina la cantidad de voltaje que se está cayendo a través de cada resistencia es la corriente.
Deduzco que quieres saber por qué cambia la caída de voltaje cuando agregas "repentinamente" otra resistencia a un circuito. La cosa es que la corriente cambia en un circuito en serie y, por lo tanto, la caída de voltaje también (\ $ V_R = I * R \ $).
Considera el siguiente circuito:
Supongamos que el potenciómetro está en \ $ 0 \ Omega \ $ al principio. Todo lo que la fuente ve en ese momento es el valor de \ $ R = 100 \ Omega \ $. A medida que aumenta la resistencia del potenciómetro, está reduciendo la corriente y, en consecuencia, la tensión en \ $ R \ $ tiene que disminuir (menos corriente, menos tensión en las resistencias individuales de este circuito). El resto del voltaje se cae a través del potenciómetro.
Cuando agregas otra resistencia, la corriente se reduce a la mitad (puedes pensar que la misma tensión ahora tiene que "superar" la doble resistencia, por lo que esa es la razón por la que fluirá "más lento"). Como dijiste, la corriente es coulombs por segundo, por lo que tendrás la mitad por segundo. El voltaje en el otro lado es julios por coulomb, y tienes medio coulombs, por lo que tendrás medio voltaje.
O usando Ohms bajo: $$ voltaje = corriente * resistencia $$ Debido a que su corriente se reduce a la mitad a través de la resistencia, también lo es el voltaje.