cómo la resistencia limita la corriente a través del circuito cuando solo una parte de la corriente DC pasa a través de él. diagrama de abajo

Una resistencia elimina la energía de los portadores de carga que la atraviesan . Para cada unidad de carga, en otras palabras, un cierto número de electrones * que pasa a través de la resistencia, una cierta cantidad de energía se convierte de energía eléctrica en calor. La cantidad de energía es proporcional a la velocidad con la que fluye la carga (la corriente) y a la resistencia de la resistencia, por lo que si \ $ Q \ $ es la cantidad de carga:

\ $ \ Delta E = QIR \ $

Si considera cuánta energía se elimina por unidad de tiempo (es decir, potencia), esto se convierte en

\ $ \ Delta E / t = (Q / t) IR \ $

o en otras palabras

\ $ P = I ^ 2R \ $

Llamamos 'voltaje' a la energía por unidad, por lo que volvemos a la primera fórmula y dividimos por la cantidad de carga que nos da

\ $ \ Delta E / Q = QIR / Q \ $

es decir, la expresión familiar de la ley de Ohm,

\ $ V = IR \ $

Eso le muestra que si la corriente fluye a lo largo de un conductor y aumentamos \ $ R \ $ del conductor, por ejemplo, insertando una resistencia en el circuito, debe aumentar \ $ V \ $ (debemos dar el Los electrones tienen más energía cada uno, para compensar lo que se pierde en la resistencia) o \ $ I \ $ se reducirá (la misma cantidad de energía por electrón no es capaz de "empujarlos" a través de la resistencia del circuito tan rápido). p>

(* Los operadores de carga no son exactamente lo mismo que electrones , pero creo que la simplificación está permitida para los fines de esta explicación).

Una resistencia no "reduce la corriente" directamente. Ese no es un buen modelo mental.

Una resistencia desarrolla una tensión a través de ella proporcional a la corriente a través de ella. La proporcionalidad constante es la resistencia. De eso se trata la ley de Ohm. En unidades comunes:

V = A Ω

donde A es la corriente a través de la resistencia en amperios, la resistencia en ohmios, y V la EMF a través de la resistencia en voltios.

Dependiendo del circuito, la caída de voltaje a través de la resistencia puede reducir el voltaje a otras partes del circuito, lo que a su vez puede reducir la corriente que el circuito general consume. Por lo tanto, puede parecer, a veces, que una resistencia "reduce la corriente". Sin embargo, una vez más, este es un mal modelo mental que solo te meterá en problemas y ocultará la física real.

Los electrones son lo suficientemente similares en movimiento al agua en una tubería para hacer una analogía.

Si una tubería tiene una restricción en un punto a lo largo de su longitud, esa restricción dictará el flujo de agua y, si restringe el caudal de agua a un milímetro por segundo, entonces todas las secciones de la tubería pasarán Agua a un mili litro por segundo.

La corriente fluye como una cadena larga, no como electrones individuales.

Si tiene una cadena accionada por una polea y agrega fricción a un punto de la cadena, toda la cadena se ralentiza, no solo en el punto en que la agarra.

También puedes pensar que son 10 personas en una fila larga que pasan por cubos que están atados con una cuerda. Si una de las personas es vieja y lenta, no importa que los otros nueve sean atletas, los grupos solo pueden ir tan rápido como el viejo pueda manejar.

Es necesario recordar dos bits de electrostática básica:

• los electrones se repelen entre sí
• los electrones son atraídos por los núcleos atómicos

Y ambos de estos efectos son muy fuertes. Por lo tanto, los conductores tienden a equilibrar muy rápidamente el número de electrones frente a protones, y los distribuyen lo más uniformemente posible a lo largo del conductor.

Así que los electrones no pueden "moverse inmediatamente a la batería": eso crearía un desequilibrio de carga. Los electrones se comportan como una cadena de bicicleta en un circuito. Toda la cadena tiene que moverse a la misma velocidad, no puede apilarse ni estirarse. Pero cuando aplicas una fuerza a una parte de la cadena, se transmite a toda la cadena.

Piénsalo de esta manera. Para que exista una diferencia de potencial entre dos puntos, tiene que haber algún campo eléctrico entre ellos. Entonces, considere el circuito que ha mostrado en la pregunta.
Suponga que conecta su batería en t = 0, los cables tienen una resistencia ideal cero y no hay una caída potencial entre los cables, esta es otra manera de decir que requieren mucha Pequeño campo eléctrico para conducir los electrones a través de ellos. Entonces, tan pronto como conectas la batería, los electrones comienzan a alejarse del terminal negativo y los del otro lado del cable comenzarán a moverse hacia el terminal positivo.
Hasta ahora todo bien, pero ¿cómo tenemos una diferencia potencial entre los extremos de la resistencia? Eso simplemente significa que tenemos que tener un campo "fuerte", donde fuerte es relativo al campo dentro de los cables (que idealmente es cero como se explica). ¿De dónde vendría este campo? Y la respuesta es de los propios electrones.
Así que a medida que los electrones comienzan a alejarse del terminal negativo de la batería, alcanzarían la resistencia conectada al final del cable. Pero la resistencia tiene muchos átomos que vibran (energía térmica) que chocan con los electrones entrantes y los bloquean para que no se muevan a través de sí mismos. Como resultado, los electrones comienzan a acumularse cerca del extremo de la resistencia conectado al terminal negativo de la batería. Lo mismo sucede en el otro extremo en el terminal positivo donde los electrones se están moviendo hacia la batería, dejando una carga positiva en el otro extremo de la resistencia.
Por lo tanto, tenemos una carga positiva y la carga negativa se acumula a través de los extremos de la resistencia, resultando en el "campo eléctrico" que estábamos buscando. Las cargas se acumularán hasta que el campo eléctrico sea lo suficientemente fuerte como para mover los electrones de un extremo de la resistencia al otro y la acumulación se detendrá en ese punto. La cantidad de campo eléctrico depende del tipo de material de la resistencia. De hecho, depende de su resistividad, que tal vez sepa que está relacionada como: $$ E = \ rho j $$

Me resulta más fácil no profundizar demasiado en la física ...

Como dijo alguien más, los electrones que fluyen alrededor de un circuito no son diferentes a las moléculas de agua que fluyen a través de una tubería.

El voltaje es muy parecido a la presión. Imagina un cubo de agua con una manguera que sale y cuelga 1 metro de altura. Hay una presión, que sólo está determinada por la altura. Si lo medimos realmente cerca del suelo, incluso si la manguera está bien sujeta, es simplemente un número (es decir, la densidad por la altura).

Ahora, si la manguera es de 1 pulgada de diámetro y soltamos la abrazadera, el agua fluirá a la tierra desde el cubo a través de ella a cierta velocidad. La manguera tiene cierta "resistencia" (fricción), y para una presión dada, una tasa fija de agua (una corriente, medida en moléculas por segundo) se drenará por segundo.

Ahora imagina pellizcar la manguera. La presión es la misma, pero hay más resistencia: por lo tanto, hay menos flujo por segundo.

La electricidad es bastante similar. Eléctricamente, la presión es 'voltaje' y el flujo es 'corriente', al igual que la corriente en un río (de donde proviene el término). La corriente es el número de electrones por segundo, si lo desea, que pasa por la manguera (o "circuito"). SO, para una presión dada, con menos resistencia hay más corriente.

Todos los electrones que fluyen deben fluir a través de la resistencia, al igual que toda el agua que fluye debe fluir a través de la manguera, ya sea abierta o aplastada. Pero cuando hablamos de actualidad nos preocupamos por el caudal. No hay un conjunto de moléculas (o electrones) en un lado y un conjunto en el otro. Sí, en cualquier momento hay, al igual que en cualquier momento, algunas de las moléculas de agua están en el cubo, algunas por encima del pellizco en la manguera y otras en el suelo que ya han fluido. Pero nos interesan los caudales (electrones por segundo), no una instantánea.

En realidad es más fácil, creo, pensar en ello como lo hacen los diseñadores de circuitos: hay un voltaje de suministro y una conexión a tierra donde toda la electricidad quiere ir, al igual que toda el agua quiere fluir cuesta abajo, y otras cosas. Entre. (Advertencia: por lo general, consideramos que el voltaje es positivo, por lo que para ser precisos, los electrones fluyen hacia atrás, pero eso es solo una convención).

Ahora hazte las mismas preguntas que habías hecho. El voltaje (presión) es lo que es. La resistencia es lo que es (llámalo R). Por definición, la cantidad de electrones que pueden fluir a través de la resistencia a tierra por segundo (la corriente, I) para una presión fija (la tensión, E) se relaciona mediante una fórmula muy simple:

 E = IR

Entonces, si E = 9V, R = 1 ohm, entonces el actual I = 9 amperios. Pero si E = 9V y R = 9 ohmios, la corriente (I) se reduce a 1 amp.

Donde estás confundido es imaginar que los electrones se atascan en la resistencia, o se escapan de ella. Pero, si pellizcamos una manguera, el agua no se atasca o gotea en el pinch: cada molécula finalmente pasa; la velocidad a la que sucede solo se ralentiza con más resistencia.