Cortocircuito = no hay energía?

No debes ser tan duro con tu profesor.

Gran parte de la confusión con la que luchan los recién llegados a EE es que hablamos de los circuitos IDEALES teóricos como parte del proceso de enseñanza. En los circuitos ideales, las cosas a menudo son bastante contrarias a sus nociones intuitivas y experimentales de cómo funcionan realmente las cosas.

Cosas como cortocircuitos, transformadores, diodos y casi todo lo demás con lo que trabajamos, tienen modelos ideales que usamos para describirlos y entenderlos dentro del alcance de cómo intentamos usarlos. La realidad es mucho más complicada y mucho más difícil, si no imposible, de definir por completo.

Como tal, la definición de "cortocircuito" es de hecho un "componente ideal". Es una resistencia con resistencia cero, que es \ $ 0 \ Omega \ $. Es decir, la fuerza de la batería actuará a través de ella sin ninguna fuerza opuesta. Si no pones nada, no trabajas y no se disipa ningún poder.

En la vida real, por supuesto, el cable que usas para acortar la batería tiene una pequeña resistencia. La batería en sí también tiene alguna resistencia interna. Como ambos son pequeños, la corriente resultante es muy grande. Eso significa que se disipa mucha energía en el cable, y en la batería y las cosas se calientan rápidamente.

Como dije, no seas tan duro con tu profesor. Una gran cantidad de EE está aceptando los ideales a su valor nominal al tiempo que se da cuenta de que la realidad es bastante diferente. Los modelos ideales nos dan un punto base para trabajar desde el cual nos permiten diseñar cosas con un nivel de precisión de trabajo sin perdernos en el caos de los efectos del mundo real.

Sin embargo, siempre debemos tener en cuenta que los ideales son un mito.

  

incluso tocar ambos extremos de una batería AAA con un cable metálico produce destellos y calor

Para analizar este circuito, debe considerar tanto la resistencia interna de la batería como la resistencia real del cable.

Dado que un cable real tiene una resistencia distinta de cero, se suministrará cierta potencia al cable y se convertirá en calor.

Pero también, dado que una batería real tiene resistencia interna, parte de la energía se convertirá en calor dentro de la batería donde no sirve de nada y puede dañar la batería.

La declaración (del sitio web) es correcta solo en un sentido puramente teórico, ya que realmente no existe tal cosa como un corto de 0 ohmios. Todos los cables tienen cierta resistencia, y una batería en sí misma tiene resistencia interna. Su profesor fue correcto: si hay flujo de corriente, entonces hay una caída de voltaje, aunque puede ser muy pequeña.

De hecho, una forma de medir la corriente en un circuito es colocar una pequeña resistencia calibrada (llamada resistencia de derivación) de típicamente 0.01 ohm en serie con la carga, y medir la caída de voltaje (generalmente en milivoltios) de la derivación .

Una tensión cero con un cortocircuito solo es verdadera si hay resistencia cero. Esa es una afirmación teórica.

En realidad (al menos para nosotros a temperatura ambiente) siempre habrá cierta resistencia y, por lo tanto, un cortocircuito tendrá algo de voltaje y, por lo tanto, potencia.

Considere el circuito ideal (a) a continuación. Hay una corriente de 2 A que fluye a través del circuito. Va de A a B, a través de la resistencia a C, luego regresa a D y de la fuente de voltaje a A, completando el circuito.

Ahora, ¿cuál es la caída de voltaje en el cable A-B y cuánta energía se disipa allí? Es un cable ideal, por lo que su resistencia es cero y, por lo tanto, la caída de voltaje y la potencia también son cero. Independientemente del hecho de que hay una corriente de 2 A fluyendo a través de ella. Un cable ideal es un cortocircuito, y aquí hay uno que no disipa ningún poder, tal como dijo su maestro.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

¿Qué pasa con el circuito (b) entonces? Podemos calcular la corriente como \ $ V_2 \ / \ R_2 \ $, excepto que \ $ 10 \ \ mathrm {V} \ / \ 0 \ \ Omega \ $ es una división por cero, y no podemos calcularlo. Pero si asumimos que \ $ R_2 \ $ tiene algún valor positivo y vemos qué sucede cuando se hace cada vez más pequeño, veremos rápidamente que el infinito actual se acerca. (Podríamos escribir eso como \ $ \ lim_ {R_2 \ to0} {V_2 \ sobre R_2} = \ infty \ $ si quisiéramos jugar matemáticos.)

Obviamente, también hay una caída de voltaje, ya que el voltaje neto alrededor del circuito debe ser cero. Una tensión infinita por una corriente infinita da una potencia infinita. Esto es diferente de (a), ya que aquí, toda la fuente de voltaje se cortocircuitó.

^{simular este circuito}

Cuando una serie de elementos resistivos están conectados en serie y controlados por una fuente de voltaje, la cantidad total de energía será inversamente proporcional a la resistencia total (para ser precisos, su voltaje al cuadrado se divide por la resistencia), pero la fracción de La potencia recibida por cada elemento resistivo individual será proporcional a su resistencia.

Si uno tiene un cable con una resistencia de 1 ohmios conectado en serie con una bombilla cuya resistencia es de 99 ohmios, y esa combinación se maneja con una fuente de 100 voltios, entonces la potencia total será de 100 voltios al cuadrado, dividida por La resistencia total de 100 ohmios, es decir 100 vatios. De esa potencia, el 99% se disiparía en la bombilla y el 1% se disiparía en el cable.

Si la resistencia de la bombilla cayera a 0.001 ohmios, entonces la potencia total disipada sería de 100 voltios al cuadrado dividida por la resistencia total de 1.001 ohmios, es decir, 9,9990 vatios. De esa potencia, aproximadamente el 0,1% (10 vatios) se disiparía en la bombilla en cortocircuito y el 99,9% (9980 vatios) en el cable. Tenga en cuenta que la máxima disipación de potencia en la bombilla se produciría si su resistencia fuera igual a la del cable. En ese caso, 5,000 vatios se dividirían equitativamente entre el cable y la bombilla (cada uno recibiendo 2,500 vatios).

Esto parece derivarse de la suposición de que, incluso en la idealización , la corriente a través del circuito todavía es finita y, por lo tanto, V = IR implica V = 0.

Un modelo más razonable, un corto en el mundo real, sería que el voltaje no sea cero; en el caso ideal de resistencia cero, por lo tanto, tendría infinito actual. La potencia P = IV sería igualmente infinita.

Su pregunta me dio curiosidad, por lo que publiqué la mía . Creo que el comentario de Nick Alexeev responde básicamente a tu pregunta: el modelo del cortocircuito sobre el que estás leyendo está pensado para modelar circuitos más benignos, no los que se funden.