Por qué necesitamos completar el circuito

La idea de un circuito cerrado funciona con bajas frecuencias, donde la longitud de onda correspondiente es mucho más grande que los componentes y los cables. Las leyes de Kirchoff se mantienen.

Las cosas se complican cuando la frecuencia es mayor. Un cambio repentino en el voltaje se propaga a la velocidad de la luz (o una buena parte de ella en cables, líneas de transmisión) y hay más corriente en un punto que en otro.

En teoría, podría poner un pulso de voltaje de borde afilado en un cable de un LED, no tener nada conectado al otro, y durante un instante, a medida que el pulso pasa a través del LED, tendrá suficiente corriente para ello. brillar. Pero sería extremadamente breve.

¿Y qué pasa si envías una serie de pulsos?

Una buena regla general para recordar es a la velocidad de la luz, un nanosegundo es aproximadamente un pie (30+ cm). Los LED y el circuito de pulsación de impulsos que imagino serían unos pocos centímetros (o cm) y que las cosas sucedan en una escala de tal vez décimas de nanosegundos. Tendrías que trabajar con frecuencias a varios GHz.

Otro problema: cada pulso positivo que coloque en el cable del ánodo pasará por el LED y agregará carga positiva al cable del cátodo no conectado. Cada pulso positivo agregará más. Esa carga no tiene a dónde escapar, solo un poquito puede fluir como corriente de fuga, sin que el diodo sea perfecto. Desde el punto de vista de la física, ¿y qué? Solo deja que todo el artilugio desarrolle una carga positiva. Calcule unos pocos miliamperios que duran, por ejemplo, 50 ns, 5 mil millones de veces por segundo (solo inventando números), llega rápidamente a coulombs de carga y muchos voltios en solo segundos. A nivel práctico, no es muy práctico en absoluto.

Me pregunto si sería mejor tener dos LEDs antiparalelos conectados, y alimentar los pulsos de GHz a un extremo del par y dejar el otro extremo desconectado. (Dejo ese pensamiento para que otros lo discutan).

Sí, podrías hacer eso. Si usa un generador de alto voltaje para absorber la carga de una esfera metálica y depositarla sobre otra, entonces tendría un potencial sin un circuito completo, y podría conectar las dos esferas para obtener una corriente.

Sin embargo, esto solo duraría poco tiempo, ya que el desequilibrio de carga disminuiría a medida que los descargue. Si las esferas tienen una carga opuesta al principio, se volverán neutrales después de que fluya la corriente. si una esfera era neutral y la otra cargada, entonces el equilibrio que alcanzan será la mitad de la carga en cada una, en lugar de volverse neutral.

¿Pero qué pasa si quieres que la carga fluya continuamente de una esfera a la otra? Entonces necesitas un transportador de algún tipo para forzar la carga de vuelta al otro lado. En este caso, ha completado el circuito con una fuente de voltaje o corriente.

Para que la corriente fluya entre dos puntos (en general), el requisito fundamental es que debe haber alguna diferencia potencial (voltaje) entre esos puntos.

La corriente es físicamente el efecto de los electrones que se mueven a través de su circuito (según lo prescrito por las fuerzas electromotrices dadas por la diferencia de potencial existente mencionada anteriormente).

Si esos electrones no tienen dónde ir (es decir, de vuelta a tierra), y la corriente fluye de alguna manera hacia un nodo flotante como la situación del LED que describiste, entonces obtendrás una acumulación de carga eléctrica en el flotador. Nodo que violaría los principios de conservación de energía.

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En respuesta al comentario, piénsalo así. La corriente solo fluirá desde un potencial más alto a un potencial más bajo (de nuevo, la fuerza electromotriz gobierna esto). Si una corriente pudiera fluir hacia un nodo flotante, la carga se acumularía allí, y el resultado sería que el potencial (voltaje) en ese nodo aumentaría. Eventualmente, aumentaría hasta un punto donde no había una diferencia potencial entre ese nodo y el nodo de origen, y la corriente ya no fluiría.

Habría cierta capacitancia entre los terminales no conectados del LED y la batería, por lo que tendría que fluir una pequeña cantidad de corriente antes de que los terminales no conectados antes de que sus potenciales fueran iguales a los de los terminales conectados. Sin embargo, en la práctica, ese nivel de capacitancia probablemente sería tan pequeño que sería imposible medir mucho menos su uso.

Tenga en cuenta que si bien un condensador de un farad puede aceptar un coulomb entero de electrones (un amp por un segundo) antes de acumular un voltio de diferencia de potencial, eso no significa que coulomb de electrones fluya hacia adentro sin que fluya ninguno. Para que un lado de un capacitor acepte una carga negativa, el otro lado debe tener una carga positiva de equilibrio. Esencialmente, lo que sucede es que a medida que los electrones fluyen hacia el lado negativo, su presencia cercana hace que los electrones quieran abandonar el lado positivo. Del mismo modo que los condensadores dejan el lado positivo, su ausencia relativa hace que los electrones quieran entrar en el lado negativo.

Es posible que las corrientes eléctricas de CA sustanciales fluyan sin un circuito completo, si hay suficiente capacitancia. Sin embargo, dos derivaciones a cierta distancia, no tendrán el suficiente efecto electrostático para producir una capacitancia útil.