¿Cuánto tiempo tardó cada coulomb en perder 2.25 julios? ¿Llevó una unidad de tiempo a cada unidad de carga perder esa cantidad de energía?
Tener 2.25 V en el diodo significa que para que una cantidad de carga igual a un coulomb pase a través del diodo, es necesario gastar 2.25 julios. Tenga en cuenta que no hay tiempo involucrado en este valor en particular.
Dado que la corriente es 0.02A, esto significa que hay 0.02 coulombs de carga que pasan por el diodo cada segundo. Estos 0.02 coulombs necesitan 0.02 * 2.25 = 0.045 julios para pasar por el diodo y lo hacen cada segundo , por lo que la energía gastada es de 0.045 julios / seg, o 45 mW . También tenga en cuenta que esta energía se gasta en la fuente de alimentación y se transmite hasta los electrones en el diodo a través de un proceso muy complejo. Intento explicar este proceso más abajo.
Un coulomb es aproximadamente la carga de 6.241E18 electrones, por lo que tienes aproximadamente 12.482E16 electrones que pasan a través de cada segundo y gastan un total de 45 mW de energía.
Notas:
Voltios = Joules / Coulomb
Amps = Coulombs / Second
Watts = Joules / Second
Entonces, ¿cómo llegamos a la conclusión de que se necesitaría una resistencia de 217 Ohmios para que el LED cayera a 2.25 V? La fórmula práctica que se me dio es (Voltaje de fuente - Clasificación de voltaje de LED) = Resistencia * Clasificación de amperios de LED. En otras palabras, tratamos de encontrar R: 6.66 - 2.25 = R (.02). ¿Cómo se relaciona el voltaje de la resistencia con el voltaje del LED?
En este punto, es importante tener en cuenta que lo único que se mueve alrededor del circuito son los electrones, que son portadores de carga negativa, y los conceptos de voltaje y corriente son formas macroscópicas de describir lo que está sucediendo.
Una explicación aproximada sería que la diferencia de voltaje en la resistencia se debe a que la carga no puede atravesarla lo suficientemente rápido como los electrones rebotan alrededor de los átomos que forman la resistencia. Los LEDs son un poco más complejos. Parte (muy pequeña) de la diferencia de voltaje proviene de su resistencia interna. La mayor parte de la caída de voltaje a través de ellos proviene de la diferencia de voltaje en la unión PN.
Una mejor manera sería pensar de esta manera: cuando la fuente de alimentación se conecta por primera vez, la carga se mueve desde el terminal negativo de V1 hacia la resistencia. Esto aumenta la carga negativa en un extremo de la resistencia y parte de la carga comienza a pasar, siguiendo el gradiente de densidad de carga a través de la resistencia. La carga entonces comienza a pasar por el diodo. En el LED, los electrones comienzan a recombinarse con los agujeros y, al hacerlo, se emiten fotones. Al mismo tiempo, los electrones se alejan del ánodo del diodo por el terminal positivo de V1 y, por lo tanto, se crean agujeros, esperando ser recombinados con la carga que ha viajado desde el terminal negativo de V1 a través del circuito. Suponiendo que V1 es capaz de mover electrones lo suficientemente rápido de su terminal positivo a su terminal negativo, para mantener constante la diferencia de voltaje entre ellos, el circuito alcanza un estado estable como lo describe la ecuación que tiene.
Cuando un LED tiene una clasificación de .02A y 2V para el mejor rendimiento según el fabricante, significa que el circuito debe configurarse de tal manera que el movimiento de la carga a lo largo del tiempo sea igual a .02A en todo el LED, y que cada coulomb debe perder 2 julios entre el ánodo y el cátodo?
O, ¿significa simplemente que la cantidad de energía que se necesita para mover un culombio desde el ánodo al cátodo debe ser igual a 2 julios, o el LED se dañará con el tiempo?
Si echa un vistazo a una hoja de datos LED, encontrará dos gráficos. Una es la corriente directa (IF) frente a la tensión directa (VF). El otro es la intensidad (relativa) frente a la corriente directa. El fabricante especifica la combinación correcta de voltaje y corriente para que el led funcione de manera confiable a su brillo nominal.
Si selecciona un valor de resistencia más alto, pasará menos corriente, por lo que se combinarán menos electrones y se apagará el LED. Si selecciona un valor de resistencia más bajo, más carga pasará a través de la resistencia y el LED con el tiempo y el LED se dañará.
Por lo tanto, no es que cada coulomb deba perder 2.25 julios, sino que a medida que pasan más electrones a lo largo del tiempo que la corriente nominal, el LED se dañará.
