¿Cómo sabe la corriente cuánto debe fluir antes de haber visto la resistencia?

No estoy seguro de si esto es lo que estás preguntando, pero sí, cuando la batería está conectada, una onda de campo eléctrico viaja desde la batería a través de los cables hasta la carga. Parte de la energía eléctrica es absorbida por la carga (según la ley de Ohm), y el resto se refleja en la carga y regresa a la batería, parte de la batería absorbe (otra vez la ley de Ohm) y otra parte se refleja en la batería. Eventualmente, la combinación de todos los rebotes alcanza el valor de estado estable estable que usted esperaría.

Por lo general, no lo pensamos de esta manera, porque en la mayoría de los circuitos sucede demasiado rápido para medir. Para líneas de transmisión largas es medible y importante, sin embargo. No, la corriente no "sabe" cuál es la carga hasta que la ola la alcanza. Hasta ese momento, solo conoce la impedancia característica o "impedancia de sobretensión" de los propios cables. Todavía no sabe si el otro extremo es un cortocircuito o un circuito abierto o una impedancia intermedia. Solo cuando la onda reflejada regrese podrá "saber" qué hay en el otro extremo.

Consulte Ejemplo de reflexión del circuito y Efectos de línea de transmisión en sistemas lógicos de alta velocidad para obtener ejemplos de diagramas de celosía y un gráfico de cómo el voltaje cambia en pasos a lo largo del tiempo.

Y en caso de que no lo entiendas, en tu primer circuito, la corriente es igual en todos los puntos del circuito. Un circuito es como un bucle de tuberías, todo lleno de agua. Si hace que el agua fluya con una bomba en un punto, el agua en cada otro punto del circuito tiene que fluir a la misma velocidad.

Las ondas de campo eléctrico de las que estoy hablando son análogas a las ondas de presión / sonido que viajan a través del agua en la tubería. Cuando mueve agua en un punto de la tubería, el agua en el otro extremo de las tuberías no cambia instantáneamente; la perturbación tiene que propagarse a través del agua a la velocidad del sonido hasta que llegue al otro extremo.

Ya que la teoría ha sido cubierta, voy a seguir con una analogía aproximada (espero que entienda lo que está preguntando correctamente, no está tan claro)

De todos modos, si imaginas una bomba (la batería), algunas tuberías llenas de agua (los cables) y una sección donde la tubería se estrecha (la resistencia)
El agua siempre está ahí, pero cuando arranca la bomba, crea presión (voltaje) y hace que el agua fluya alrededor del circuito (corriente). El estrechamiento de la tubería (resistencia) restringe el flujo (corriente) a una cierta cantidad y provoca una caída de presión a través de ella (voltaje en la resistencia, en este caso igual a la batería)

Con el segundo circuito (dos resistencias en paralelo), está razonablemente claro que la misma cantidad de corriente que fluye hacia la unión superior debe fluir hacia afuera desde la unión inferior (vea Kirchoff). Si las resistencias son las mismas, entonces Comparte la corriente por igual. esto se puede considerar como una tubería grande (cable) que se divide en dos tuberías más estrechas (resistencias) y luego se fusiona nuevamente en una tubería grande. Si son desiguales, entonces uno tomará más flujo (actual) que el otro, pero el total de salida siempre se sumará al total de entrada.

Podría hacer la misma pregunta con la analogía del agua: ¿cómo "sabe" el agua cuánto fluye? Porque está limitado por el ancho de los tubos y la presión de las bombas.

EDITAR - Parece que la pregunta que se hace es un poco diferente de lo que supuse inicialmente. El problema es que hay algunas respuestas diferentes (como puede ver) en diferentes niveles de abstracción, por ejemplo. de la ley de Ohm a Maxwell a la física cuántica. A nivel de electrones individuales, creo que podría tener un problema debido a la dualidad de la onda de la partícula y la doble trayectoria (ver experimento de doble corte con fotón) mencionado por Majenko. Tenga en cuenta que la razón por la que dije anteriormente que "el agua está siempre allí" es porque los electrones en sí mismos no fluyen a ~ 2/3 la velocidad de la luz alrededor de un circuito, sino que la energía de uno se propaga al siguiente (más o menos) y así. Algo así como las bolas que rebotan al azar y entre sí, con una tendencia promedio en general a rebotar en la dirección del potencial aplicado. Una forma más simple de pensarlo es como una línea de bolas de billar: si golpeas la bola blanca en un extremo, la energía se "transmitirá" a través de todas las bolas (aunque no cambiarán de posición), y luego la bola en el otro extremo se romperá.
Tengo la sensación de que la explicación cuántica podría ser algo como: solo podemos predecir la probabilidad de que un electrón individual "elegirá" una ruta (o estará en un área en particular) pero el proceso no sería observable directamente (es decir, física teórica)

De cualquier manera, creo que esta es una excelente pregunta y necesita una buena respuesta (intentará mejorarla si el tiempo lo permite), aunque en el nivel más bajo puede tratarse mejor en la pila de física.

Al principio, la corriente realmente no sabe. Suponiendo un gran interruptor de caricaturas en la línea, cuando está abierto, representa una gran impedancia. La carga (capacitiva) se acumula a ambos lados de la misma; específicamente, los electrones apiñan el terminal negativo y el terminal positivo carece del mismo número de electrones de la normal (carga de imagen). El flujo de corriente es despreciable (fA *), por lo que no hay una caída potencial en la resistencia. Los electrones no tienen movimiento ni flujo netos porque la repulsión electrostática con sus vecinos, incluido el gran grupo en el interruptor, es igual a la fuerza de la polarización del campo eléctrico externo.

Cuando el interruptor se cierra por primera vez, los electrones adicionales se acercan a la cremallera del interruptor del otro contacto, completando la carga de la imagen. Ahora que no hay un gran grupo de electrones que se nieguen a moverse y retroceder, el resto es balístico ^{_{(¡ja! no en realidad , sin embargo)}} y comienza a atravesar el circuito.

Los que están dentro y cerca de la resistencia se encuentran ... resistencia (vamos, tengo que hacerlo) . No hay tantos electrones o sitios libres, por lo que, a diferencia de la gran impedancia presentada anteriormente por el interruptor, la carga se acumula en ambos extremos cuando los impacientes luchadores buscan un lugar en la línea. Continúa acumulándose hasta que se alcanza el equilibrio: el campo electrostático del grupo de electrones que esperan pasar a través de la resistencia es igual a la polarización del campo eléctrico externo.

En este punto, el actual sabe cuánto debe fluir, y no cambiará [hasta que te des cuenta de que colocas una resistencia de 1.3 ohmios en lugar de 1.3 kohm, y se fríe y abrir circuitos de nuevo].

Si al principio se eliminara totalmente la fuente del sistema, no habría carga capacitiva inicial. Una conexión instantánea con la fuente (interruptor DPST) llevaría a un campo eléctrico que se propagaría a lo largo del cable cerca de c , acelerando y arrastrando electrones junto con él, y conduciendo al mismo estadio que deja el fútbol. -tipo de hacinamiento en las resistencias. Sin embargo, en el caso de resistencias paralelas, las puertas de dicho estadio pueden ser de diferentes anchos, por lo que las corrientes de equilibrio diferirán.

¿Cómo sabe la corriente en un delta del río qué rama tomar? "Corriente" en cada caso significa el flujo agregado de moléculas de agua o electrones, así que primero, reemplace la pregunta con "¿Cómo sabe cada electrón (o molécula) qué camino tomar"? No lo hace simplemente será arrastrado a lo largo del flujo local inmediato, y en el nivel micro o atómico, tomará el lugar del que sale justo delante de él. Entonces, ¿qué sucede justo en el punto de la divergencia? Para nuestros ojos macro, la dirección que toma es aleatoria, distribuida como la proporción (es) de las corrientes de rama. En el nivel más bajo, una pequeña perturbación lo empujará de una forma u otra.

(Descripción / analogías muy aproximadas, lo sé, perdona las inexactitudes implícitas).

"Saber" cuánto fluir implica conocimiento, lo que implica inteligencia.

La corriente no es inteligente y no fluye per se. La corriente se extrae, o se "dibuja" por la carga, en este caso las resistencias.

La ley de Ohms determina la cantidad de corriente que los sorteos de carga:

\ $ I = \ dfrac {V} {R} \ $

En el primer circuito que es lo suficientemente simple para calcular.

El segundo circuito es un poco más complejo. Calcular \ $ I_S \ $ es bastante simple, siempre y cuando pueda calcular la resistencia total:

\ $ \ dfrac {1} {R_T} = \ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} \ $

o

\ $ R_T = \ dfrac {R_1 \ times R_2} {R_1 + R_2} \ $

La cantidad de corriente que fluye a través de cada resistencia se determina entonces por la relación de las dos resistencias. Si las resistencias son iguales, entonces exactamente la mitad de la corriente fluirá a través de cada una. Si \ $ R_1 \ $ es dos veces \ $ R_2 \ $, entonces un tercio de la corriente fluirá a través de \ $ R_1 \ $, y dos tercios a través de \ $ R_2 \ $ (tenga en cuenta que la relación actual es la opuesta a la resistencia relación).

En realidad, la corriente no sabe cuánto fluir en t = 0.

Cada resistencia tiene alguna capacitancia, ya que consiste en los lados conductores separados con un aislante (aunque no es perfecto). Debido a esta capacitancia, en t = 0, la corriente se precipita tanto como la fuente de alimentación puede suministrar. Luego se ralentiza después de un tiempo a su valor normal. Cada resistencia práctica puede modelarse como una resistencia y un condensador en paralelo. Entonces, su primer circuito es en realidad un circuito R-C paralelo.

Además, no olvide que el campo E (campo eléctrico) crea el campo B (campo magnético) y viceversa. Cuando aplica un voltaje a través de la resistencia, lo que hace es crear un campo eléctrico dentro de la resistencia. Lo que provoca un cambio en el estado del campo eléctrico (usted aumenta el campo eléctrico de cero a un valor distinto de cero). El cambio en el campo eléctrico crea un campo magnético y finalmente crea un flujo de corriente.

Consulte Ecuaciones de Maxwell para obtener más información.

¿Cómo sabe la corriente? Se sabe debido a la mecánica estadística (con Boltzman y luego con Fermi-Dirac involucrado, y luego con Maxwell), cuando los fermiones (electrones) a una temperatura particular tienden a ocupar el volumen del conductor (metal) cuando los electrones vuelan libremente como partículas de gas ideal y rebotan contra los átomos. La velocidad (energía) de las partículas individuales es de aproximadamente 1K millas por segundo (menos que la velocidad de la luz), la velocidad de deriva es de unos pocos milímetros por segundo (ver wiki "velocidad de deriva"). La distancia de vuelo libre promedio de los electrones define la "conductividad". Para el observador del flujo de electrones, el comportamiento de los electrones se verá como una tendencia de las partículas a mantener la "electroneutralidad", cuando cada parte local del conductor contiene aproximadamente la misma cantidad de electrones y protones. Los electrones se cargan, por lo que aplican fuerza de repulsión entre sí. La participación de fuerza, velocidad y masa a lo largo del tiempo significa que hay fotones virtuales emitidos y absorbidos durante la aceleración y desaceleración de los electrones. Estos fotones se propagan mucho más rápido que las partículas y crean "presión". En general, dependiendo del material, la velocidad de la pared de presión está cerca de la velocidad de la luz. Puede ser llamado "ola". El resto de la historia se explica mejor por Endolith arriba.

Los números de cobre a temperatura ambiente se pueden ver en este artículo .

TLDR: gas de electrones ideal con mecánica estadística - > Boltzman- > Fermi-Dirac- > Maxwell- > Ohm

Nadie mencionó el hecho de que todos los esquemas adoptan el llamado modelo de elementos agrupados .

En un esquema, un cable no es un cable en el sentido común, es una relación simplificadora entre nodos. Si quisiera describir paso a paso lo que sucede con la corriente (o lo que "percibe") a lo largo de un cable, tendría que dibujar una serie infinita de elementos pasivos.

La mejor analogía que me ayudó a entenderlo de forma rápida y fácil, me he encontrado en algún lugar de Internet, pero no puedo señalar la fuente en este momento. Si alguien sabe dónde está, hágamelo saber para que se pueda incluir. La analogía es muy corta y esta será una respuesta muy corta. No hay fórmulas de ningún tipo. Así que es algo no científico, pero es una analogía elegante y realmente fácil de imaginar y comprender para el ser humano.

La mayoría de la gente imagina un circuito simple como el de los ejemplos, como un tubo o tubería vacío que está lleno de agua. Esto se debe en parte a la prolífica analogía del flujo de agua.

En realidad, es mucho más como un tubo lleno de bolas sólidas como el tubo de bowling. Ese tubo está lleno de bolas en línea de extremo a extremo y no hay espacios entre ellas. Cuando empujas la bola en un extremo, todas las bolas recorren la misma distancia .

Este movimiento es la corriente de electrones y la fuerza necesaria para mover las bolas es el voltaje aplicado.

Otra fuente de confusión es la oración "ruta de menor resistencia". Alguien puede imaginar a una persona en la encrucijada que elige 1 de las 3 formas posibles. Cuando una persona tomó un camino, toda la persona sigue ese camino, y esto es exactamente la frecuencia con la que NO FLUYE . En su lugar, la corriente se "dividirá" y fluirá en todas las direcciones posibles, pero proporcionalmente a la resistencia de esas formas. A veces la resistencia es tan alta, que la cantidad actual es tan pequeña, que es beneficioso que se descuide para simplificar.

Tu pregunta es un poco confusa y no veo cómo las olas tienen nada que ver con esto. Sin embargo, la ley básica de Ohm es fácil de explicar en tu ejemplo. Ambos resistores tienen voltaje \ $ V_S \ $ a través de ellos. Eso significa que la corriente a través de ellos será \ $ \ frac {V_S} {R} \ $. Específicamente

  

\ $ I_1 = \ dfrac {V_S} {R_1} \ $

     

\ $ I_2 = \ dfrac {V_S} {R_2} \ $

\ $ I_S \ $ es simplemente la suma de las dos corrientes a través de las resistencias:

  

\ $ I_S = I_1 + I_2 \ $

Puedes obtener \ $ I_S \ $ de otra manera, considerando la resistencia equivalente de \ $ R_1 \ $ y \ $ R_2 \ $ en paralelo.

  

En general: \ $ R_1 || R_2 || ... R_n = \ dfrac {1} {(\ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} + ... \ dfrac {1} {R_n})} \ $

     

\ $ R_1 || R_2 = \ dfrac {1} {\ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2}} = \ dfrac {R_1 \ veces R_2} {R_1 + R_2} \ $

Utilizando de nuevo la ley de Ohm, es fácil de calcular Es:

  

\ $ I_S = \ dfrac {V_S} {R_1 || R_2} = V_S \ times \ dfrac {R_1 + R_2} {R_1 \ times R_2} \ $

Tenga en cuenta que esta es la misma respuesta que la anterior, donde calculamos la corriente a través de cada resistencia y las agregamos para obtener \ $ I_S \ $:

  

\ $ I_S = I_1 + I_2 \ $

     

\ $ I_S = \ dfrac {V_S} {R_1} + \ dfrac {V_S} {R_2} = V_S \ times \ dfrac {1} {R_1} + \ dfrac {1} {R_2} = V_S \ times \ dfrac {R_1 + R_2} {R_1 \ veces R_2} = V_S \ veces (R_1 || R_2) \ $

En realidad, las ondas tienen mucho que ver con eso, hasta que se alcanza un estado estable. Inicialmente, incluso el circuito más simple hecho de una batería, un interruptor, un cable y una resistencia, es una línea de transmisión, rodeado de ondas electromagnéticas, y requiere un análisis transitorio para comprender. Este análisis transitorio responderá a la pregunta inicial en este blog, si entiendo la pregunta ... Incluso la batería es compleja, e inicialmente, hasta que se alcanza el estado estable, requiere un análisis que se rige por maxwells eqn's, y más. En años pasados, el DC101 se enseñó inicialmente utilizando la analogía del agua en las tuberías, etc. También se elaboraron analogías para la inductancia y la capacitancia. Es una excelente manera de ayudar a alguien a entender DC, si tiene cinco minutos para enseñárselo, y la ley de ohmios es lo más lejos que llevará a su estudiante.

Es como una autopista llena de autos donde la autopista es el conductor y los autos son los electrones. Si hay obras viales que limitan la autopista de tres a un carril, todos los carriles disminuyen la velocidad y los autos 20 millas atrás tampoco podrán ir más rápido en la sección de tres carriles porque los autos que están en frente no los permitirán.