¿Estoy loco para preguntar que solo con un camino cerrado pueden moverse los electrones?

Tienes toda la razón.

La regla del "circuito cerrado" proviene de una simplificación que usamos a menudo en el análisis de circuitos llamado "modelo de componentes agrupados". Este modelo proporciona una buena aproximación al comportamiento real del circuito en DC y bajas frecuencias, donde los efectos de la inductancia parásita, la capacitancia y la velocidad de la luz pueden ignorarse.

Sin embargo, estos factores se vuelven significativos en las frecuencias altas y ya no se pueden ignorar. Cualquier circuito de tamaño distinto de cero tiene inductancia y capacitancia, y es capaz de emitir (o recibir) una onda electromagnética. Es por esto que la radio funciona en absoluto.

Una vez que comience a considerar las capacidades parásitas, descubrirá que todo está conectado con casi todo lo demás (más aún con objetos cercanos), y hay bucles cerrados donde normalmente no esperaría encontrarlos.

Respondiendo a tu título:

  

¿Estoy loco por cuestionar que solo con un camino cerrado pueden moverse los electrones?

Las corrientes usualmente * viajan en bucles. Sin embargo, los bucles no necesitan estar hechos completamente de conductores (es decir, cobre). La corriente es un flujo de carga. Por lo tanto, todos los siguientes fenómenos físicos representan corriente:

• Electrones que fluyen en un cable de cobre
• Iones (que están cargados) que se mueven entre los electrodos de una batería (o un condensador electrolítico)
• Electrones volando a través del vacío (es decir, válvulas termiónicas, tubo de rayos catódicos)
• Y, por último, pero no menos importante, corriente de desplazamiento

El último responde a la pregunta "¿Cómo puede una corriente pasar a través del dieléctrico de un capacitor?". Un resumen rápido es que las cargas que se acumulan en una placa de su capacitor empujarán las cargas en la otra placa y darán la ilusión de que los electrones fluyen a través del dieléctrico de la tapa, mientras que en realidad no lo son. Una placa se está llenando de electrones, mientras que la otra se está agotando de electrones.

... * Sí, por supuesto! Puedes tener corrientes que no viajan en bucles: simplemente dispara un haz de electrones en el espacio profundo, con suficiente velocidad para escapar del sistema solar. Obviamente, esto no es aplicable al diseño electrónico diario.

Además, tiene un inconveniente: solo tienes un cierto número de electrones para disparar ... y cuantos más electrones dispare tu "pistola", más carga positiva tendrá, lo que hará que el envío de los electrones sea cada vez más difícil. p>

Mientras que su circuito habitual, que es un bucle, recicla los mismos electrones (si es DC) o simplemente los mueve (AC), y funcionará mientras la batería / planta de energía nuclear / batería solar tenga energía disponible.

Regla # 1. No existe un circuito abierto, excepto en condiciones de estado estable de CC .

Entre cada cable, cada parte e incluso cada átomo, hay capacitancia, resistencia e inductancia a algún otro cable, parte y átomo. Por microscópico que sea, está ahí. Incluso dentro del cable o parte en sí.

Sin embargo, si el circuito que está probando está en un estado de CC estable, la capacitancia y la inductancia no presentan carga, solo la resistencia, y eso es lo suficientemente alto como para que no importe. Para que la corriente fluya en ese "Circuito" tiene que tener una ruta desde su punto de inicio hasta su punto final.

Regla # 2. No existe tal cosa como las condiciones de DC Steady State.

Estamos nadando en un mar de ondas electromagnéticas. Como tal, un circuito de CC de estado estable es en realidad imposible de lograr. Además, cada corriente en su circuito está produciendo su propio campo electromagnético que interactúa entre sí Y con esos campos externos. Siempre habrá lo que llamamos "ruido" en su circuito.

Regla # 3: cuanto más rápido modules un voltaje / corriente, más circuitos potenciales de los que debes preocuparte

Esos pequeños circuitos invisibles que mencioné en la Regla # 1 tienen impedancias que cambian a medida que aumentan las frecuencias que intentas pasar. Como tal, cuanto más subimos, más tenemos que lidiar con efectos extraños como la pérdida de señal, los reflejos y la emisión de ruido, por nombrar solo algunos.

Afortunadamente :

En su mayor parte, podemos descartar la mayoría de estos efectos porque, en las frecuencias que está utilizando, producen poca perturbación.

Un circuito de CA de 60Hz funciona básicamente de la misma manera que el diagrama del circuito indica si las conexiones no son largas. Podemos hacer con seguridad la afirmación audaz de que el circuito debe estar completo para que la corriente fluya porque la corriente que realmente fluye no es lo suficientemente mensurable como para importar.

Sin embargo, si está intentando pasar una señal de 100 GHz alrededor del mismo circuito, encontrará que los números ya no tienen ningún sentido.

En cuanto a los bucles rotos ... Ver la regla # 1

¿Estás loco para cuestionar eso?

No, en realidad todo lo contrario. Siempre es bueno pensar profundamente y hacer preguntas como esa. Sin embargo, las respuestas pueden llevarte allí.

Un concepto que podría ayudarle es el concepto de línea de transmisión. La línea de transmisión idealizada es una con una impedancia característica y un retardo fijo. Piense en la línea de transmisión como un rastro en una placa de circuito. El retraso se produce porque cuando se aplica un voltaje en un lado de la línea, hay un retraso antes de que se pueda detectar al final de la línea. Esperemos que esto tenga sentido. Lo que realmente hace la traza, es permitir que un campo eléctrico se propague por la línea hacia la carga. El campo solo puede viajar a la velocidad de la luz, no más rápido. Así que hay un período de tiempo en el que se ha aplicado el campo, pero la carga no lo ha sentido todavía. Hmmm.

Entonces, ¿cuál es la impedancia característica? Vamos a referirnos a ella como Z. Cuando una tensión (V) se aplica por primera vez a la entrada de una línea de transmisión, la corriente que fluye es estrictamente una función de Z. No importa lo que esté en el otro extremo de la línea. Tal vez sea un circuito abierto o un cortocircuito o un inductor o condensador. Asumamos que es un circuito abierto. A pesar de esto, la corriente que fluye en la línea de transmisión será V / Z HASTA QUE el campo eléctrico se propague hasta el final de la línea, se refleje y regrese a la fuente. En cierto sentido, el campo eléctrico está interrogando la línea y la carga, y cuando llega al final, vuelve una reflexión que trae información sobre la carga a la fuente. El reflejo que regresa del final de la línea puede reflejarse nuevamente cuando llega a la fuente, dependiendo de los detalles que veré más adelante.

Entonces, de todos modos, tiene razón al pensar que la corriente puede fluir hacia un "circuito abierto". Por supuesto, cuando esto sucede, o cuando es significativo, lo que significa es que necesita mejorar su modelo del circuito para tener en cuenta estas líneas de transmisión o capacitancias parásitas o lo que sea. La teoría de la línea de transmisión proporciona una manera de hacer esto.

Un caso especial de una línea de transmisión es cuando la carga al final es exactamente igual a la impedancia característica de la línea. Este podría ser el caso si una traza de PCB tiene una resistencia conectada al final, y el otro extremo de la resistencia va a GND. Cuando esto sucede, si el valor de la resistencia es el mismo que Z, en realidad no hay reflexión. Entonces, la corriente que fluye en la línea es simplemente I = V / Z. Como no vuelve la reflexión, la corriente sigue siendo V / Z. Ahora consideremos reflexiones.

Cuando el final de la línea no termine en Z, habrá una reflexión. Esa reflexión se comporta exactamente de la misma manera que el campo eléctrico original que se desplaza por la línea, excepto que regresa hacia la fuente. Si la fuente se termina con una resistencia de valor Z, entonces la reflexión se absorberá completamente en la fuente. En otras palabras, si la impedancia de la fuente es Z, la reflexión de la carga se absorberá completamente, de la misma manera que si la carga es Z, no habrá reflexión hacia la fuente.

Pero si ni la carga ni la fuente terminan en Z, la reflexión continuará teóricamente para siempre, rebotando de un lado a otro. Por supuesto, en el mundo real, el reflejo se extinguirá debido a algún tipo de pérdida de energía. Si nada más, la resistencia no cero del cable de cobre causará pérdidas.

Espero que puedas sacar algo de esto. Los efectos de la línea de transmisión pueden ser difíciles de asimilar al principio, especialmente si no tiene otra información de fondo. Así que traté de explicarlo de una manera algo intuitiva que espero te ayude.

Una antena es un "circuito abierto" si la observas detenidamente. Cuando se habla de corriente alterna, particularmente de CA de frecuencia de radio, los conductores no son componentes idealizados sino que interactúan con su entorno. Si está hablando de reflexiones, está hablando de propiedades del conductor que no se corresponden con las propiedades de las conexiones directas en un diagrama de circuito.

Hay circuitos reales construidos utilizando solo el tipo de arreglos de conductores de etch-a-sketch en una PCB. Muchos circuitos y filtros de microondas no contienen más que una disposición de conductores que, en relación con el espacio libre intermedio, en realidad corresponde a una compleja composición de inductividades y capacidades.

Cuando se ve a frecuencias mucho más bajas, incluida la CC, todo el circuito de microondas puede ser solo uno o dos conductores, al igual que una antena vista a frecuencias mucho más bajas que sus frecuencias operativas es solo una conexión abierta.

¿Dónde son importantes estos caminos ocultos / parásitos?

Considere la posibilidad de acoplar de USTED al concreto debajo del piso: espaciamiento de 1 cm, área de 0.1 metros por 0.3 metros, constante dieléctrica --- use la del aire (1.000002 o cerca).

¿Cuál es la capacitancia de usted al piso? $$ Capacitancia = Eo * Er * Área / distancia $$ o [9e-12Farad / meter * 1] * [0.1 * 0.3] / 0.01 = 9e-12 * 0.03 / 0.01 Capacitancia = 9e-12 * 3 = 36 picoFarad.

Entonces? Ahora toque un transformador con signo de neón, 50,000 voltios a 60Hz (377 radian / segundo). El dV / dT = 50,000 (pico supuesto) * d (sin (60Hz) / dT) = 50,000 * 377 ~~~ 20Million volts por segundo.

¿Cuál es la corriente a través de ti? I = C * dV / dt = 36 e-12 * 20e + 6 = 700 microAmps.

Quieres evitar eso. Incluso si no hay un circuito obviamente cerrado.

Estrictamente hablando, los electrones se desvían en dirección opuesta a la del flujo de corriente. Para que la corriente fluya (y la energía se mueva), necesita una diferencia de potencial (voltaje) entre los puntos de inicio y finalización. Tenga en cuenta que los electrones también se mueven dentro de los átomos, en las capas orbitales, pero nadie sabe realmente cómo; Quizás vayan dando vueltas en círculos.

Simplemente no es cierto, aunque, como muchas otras reglas, es una buena y útil aproximación cuando se aplica a las circunstancias apropiadas (circuitos de CC, circuitos de alimentación de CA de baja frecuencia, donde estamos interesados principalmente en la transferencia de energía eléctrica).

Los electrones siempre se mueven, excepto en el cero absoluto (que no puedes alcanzar). Suba la ganancia en cualquier amplificador lo suficientemente alto, e incluso con su entrada cuidadosamente protegida de cualquier influencia externa, se hará evidente un silbido (audio) u otra señal aleatoria. Estos son los electrones que empujan alrededor de los circuitos de entrada bajo la influencia de su temperatura ambiente.

El circuito finalmente se cierra, cuando estos electrones se filtran como resultado del ruido térmico y la "tunelización" cuántica. Como se mencionó anteriormente, esto puede llevar muchos años a menos que la celda se vuelva a escribir al volver a aplicar el alto voltaje.