Si el voltaje se mide entre dos puntos en un cable, sin resistencia intermedia, ¿el voltaje es cero?

Su voltímetro y su maestro tienen razón, pero la analogía del agua con la electricidad solo puede llegar muy lejos. Un gran inconveniente es que, a diferencia del agua, no hay voltaje absoluto. El voltaje siempre es relativo entre dos puntos.

No hay tal cosa como "10 voltios de corriente que fluyen alrededor". El voltaje es la fuerza que empuja las cargas para hacer corriente. Corriente es la carga que realmente fluye. Es muy posible tener voltaje sin corriente, y corriente sin (o no medible) voltaje.

La analogía del río de tu profesor en realidad aún funciona en este caso si lo aplicas correctamente. El voltaje es la presión en el río que empuja el agua corriente abajo. En un río, puedes ver esta presión como la altitud de la superficie del agua. Cuando apila rocas en el río, la superficie del río estará más arriba de las rocas que de abajo. Eso se mostraría como una diferencia de presión si se mide con un indicador de presión relativa entre arriba y abajo de las rocas.

El cable es como un río sin rocas. La presión en un punto y unos pocos pies río arriba sigue siendo básicamente la misma. Eso es lo que tu voltímetro te está mostrando. Una diferencia entre un río real y un cable de cobre es que el cable de cobre es un río mucho más ideal, a diferencia de todo lo que el agua real puede hacer. El cable es tan no rocoso (no es una resistencia) que se genera muy poco voltaje para el flujo. En realidad, existe una pequeña diferencia en el voltaje entre los dos puntos del cable, pero el cable es un conductor tan bueno que esta diferencia de voltaje es demasiado pequeña para que la mida un multímetro ordinario. Si reemplaza el trozo corto de cable con unos 10s de metros de cable y luego lo mide, su multímetro puede mostrar un voltaje pequeño.

Parece que tienes voltaje y corriente combinados.

El voltaje se llama más adecuadamente fuerza electromotriz . En sí, no fluye ni transfiere energía.

Actual (generalmente medida en amperios) es una medida de cuánto carga eléctrica se está moviendo por unidad de tiempo. La corriente tampoco es, en sí misma, un flujo de energía.

El flujo de energía se denomina power . Para tener energía, necesita tanto corriente (\ $ I \ $) como voltaje (\ $ E \ $). El poder es igual al producto de los dos:

$$ P = IE $$

Es útil pensar esto en términos de sistemas mecánicos análogos, ya que podemos observar sistemas mecánicos directamente con nuestros sentidos. Los sistemas mecánicos también tienen potencia, donde es igual al producto de fuerza y velocidad:

$$ P = Fv $$

Si tienes fuerza pero no velocidad, no tienes poder. Un ejemplo sería una banda de goma estirada entre dos soportes estacionarios. La banda está ejerciendo una fuerza sobre los soportes. Esta tensión es energía potencial. Pero, nada se está moviendo, y nada de esa energía almacenada en la banda estirada se transfiere a otra cosa.

Sin embargo, si la banda puede mover los soportes, ahora tenemos velocidad. A medida que la banda mueve los soportes, la energía almacenada en la banda estirada se convertirá en energía cinética en los soportes. La velocidad a la que se produce esta transferencia de energía es la potencia.

El voltaje es una fuerza que mueve la carga eléctrica. La corriente es la velocidad de la carga eléctrica. La resistencia es lo fácil que es mover los soportes.

Aquí hay un sistema mecánico que es más análogo a su circuito:

Tenemosunanillorígido,unidoaunmotorqueaplicaciertafuerzaparagirarlo.Tambiénunidoalanillo,tenemosunfrenoqueresisteelgirodelanillo.Paraqueestaanalogíaseacorrecta,debeserunfrenoqueproporcioneunafuerzaproporcionalalavelocidaddelanilloquesemueveatravésdeél.Imaginaqueestáacopladoaunventilador,demodoquecuandoelanillogiramásrápido,elventiladorgiramásrápido,creandomás arrastre .

Si el motor está aplicando una fuerza de \ $ 1kN \ $, entonces el freno debe aplicar una fuerza igual en la dirección opuesta. Si la fuerza del freno no es igual a la del motor, entonces el anillo experimentará una fuerza neta que lo acelerará o desacelerará hasta que la fuerza del freno sea igual, y el anillo gire a una velocidad constante. Por lo tanto, si la fuerza del motor es constante, la velocidad del anillo es una función de la fuerza del freno. Esto es análogo a la ley de Ohm.

¿Qué otras fuerzas están actuando en el anillo? Ya que estamos considerando un sistema idealizado sin fricción, no hay ninguno. Si insertara medidores de tensión en los puntos A y B, mediría una diferencia entre ellos. B se comprime cuando el motor empuja el anillo contra el freno contra su resistencia y A se estira cuando el motor lo extrae del freno.

¿Pero cuál es la diferencia entre B y C? no hay ninguno. Si eso no es intuitivamente obvio, considere que debe cortar un espacio en el anillo e insertar su mano para que esta máquina pueda romperla. ¿Hay algún punto en el que prefieras hacer esto? No, tu mano será igualmente destrozada, independientemente de dónde lo hagas en el lado izquierdo del anillo.

Las fuerzas medidas por los medidores de tensión son análogos al voltaje. Solo podemos medir voltajes relativos a algún otro voltaje. Es por eso que tu voltímetro tiene dos sondas. Dondequiera que ponga el cable negro se define como "0V". Entonces, el escenario que presentas en tu pregunta es como medir la diferencia entre B y C: es cero.

Esto parece un poco extraño, porque sabemos que hay una fuerza de compresión en todo el lado del anillo. Parece que eso debería ser bueno para algo. Pero considere esto: el peso de todo el gas en la atmósfera de la Tierra da como resultado una presión a nivel del mar de aproximadamente 15 libras por pulgada cuadrada. ¿Significa esto que podemos hacer una máquina que funciona solo porque está expuesta a esta presión? No. Para trabajar con esta presión atmosférica, necesitamos una diferencia en la presión. Sin diferencia, no podemos hacer que el aire se mueva. Considere nuevamente las definiciones de poder que se mencionan arriba, y debería quedar claro cómo esto es cierto.

  

¡hay 10 voltios de corriente que fluyen a través!

El voltaje no "fluye". Es una medida del potencial electrovoltaico, por lo que solo existe en dos puntos.

Es lo mismo que tratar de medir la altura de una montaña; no hay tal cosa como una "altura absoluta", solo hay una altura relativa a otra cosa, por ejemplo, Las llanuras a su alrededor, el nivel del mar, etc.

Lo que pasa con el voltaje es que siempre debe medirse en relación con algo. En otras palabras, los medidores miden el voltaje diferencias no el voltaje individual niveles . En una situación ideal, el medidor en su ejemplo leerá cero. Sin embargo, incluso el cable tiene un poco de resistencia, por lo que habrá una lectura de voltaje muy pequeña si tiene un medidor con precisión de micro voltios.

Al irse en una pequeña tangente con la explicación de la diferencia de voltaje, los niveles de voltaje en realidad no dañan a las personas. Son las diferencias de voltaje las que lastiman a las personas. Así es como los técnicos pueden trabajar en 500,000 líneas de voltaje sin ser eliminados. Llevan su nivel de voltaje hasta 500 KV, por lo que la diferencia de voltaje a través de su cuerpo es cero.

Este es un ejemplo que uno de mis profesores de física nos dijo para ayudarnos a entender este concepto. Imagina que estás en la cima del edificio Empire State. Esa altura no te hace daño. Sin embargo, si fueras a saltar, la diferencia en la altura te mataría. Este es el mismo concepto con voltaje.

En realidad, hay una caída de voltaje entre dos puntos a lo largo del cable, pero será pequeña porque la resistencia del cable es pequeña (incluso el cable tiene algunas piedras).

Ejemplo : si la resistencia del cable entre las dos puntas es muy pequeña (digamos 1/1000 ohmios) y fluye una corriente de 1 Amp, habrá una caída de voltaje de 1/1000 th of a volt (0.001V) entre las puntas de su voltímetro.

Si su voltímetro está configurado en un rango de 10 V, no verá esta caída de voltaje y el medidor mostrará cero.

Si puede obtener un voltímetro para medir hasta el rango de mV o incluso uV, verá que a medida que mueve los dientes del medidor a lo largo del cable obtendrá un cambio en el voltaje siempre que la corriente fluya a través del circuito. .

Si NO fluye corriente (es decir, el circuito está roto), no obtendrá este cambio en el voltaje.

Esto se debe a que un voltímetro está midiendo la diferencia de voltaje entre las dos sondas. Debido a que no hay ningún elemento de circuito, como una resistencia entre sus cables para disminuir el voltaje, la diferencia de voltaje es cero y obtendrá una lectura de voltaje de cero. Con respecto a su analogía de río porque no hay rocas (resistencias AKA), la cantidad de agua y la rapidez con la que el agua entra, entre sus sondas será la misma.

Si se mide el voltaje, entonces el voltaje es lo que dice la medida, por definición. Si solo lo llama cero según otro razonamiento, como la resistividad y la distancia del cable, y la cantidad de corriente que fluye, eso ya no tiene en cuenta la medición.