¿El voltaje requiere un circuito?

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Estoy empezando a entender cómo funciona realmente la electricidad. Entiendo que hay voltaje, amperios y resistencia. Si la electricidad es agua, el voltaje es como la presión del agua y los amperios son la cantidad de agua que fluye a través de un punto específico en un período de tiempo específico. La resistencia es como el ancho de la tubería de agua.

También sé que la electricidad debe fluir en un "circuito". Básicamente, alrededor y alrededor. En otras palabras, tiene que tener un lugar al que ir. Si no hay circuito, no hay electricidad.

También sé que un transistor MOSFET está "controlado por voltaje" y no "controlado por amp." También creo que un MOSFET funciona de manera un poco diferente a un transistor de empalme bipolar porque la electricidad de la compuerta en realidad no fluye hacia el drenaje en un MOSFET porque hay un aislante que lo detiene.

Sin embargo, esto me hace preguntarme sobre los fundamentos de un "circuito". Por lo que he visto en algunas explicaciones de simulaciones en línea de CPU, como this publicación de blog de Ken Shirriff, el cable que va a la puerta de un MOSFET se detiene una vez que llega a la puerta. Esto me hace pensar que no hay un "circuito" para el cable de puerta de un MOSFET ya que simplemente se detiene.

Puedo pensar en dos posibles explicaciones para esto:

  1. Si conecta un cable al terminal positivo de una batería, tiene voltios aunque no haya ningún amperio que fluya porque no hay circuito. En otras palabras, los voltios no requieren que fluya electricidad para existir. Esto explicaría por qué el cable de la puerta de un MOSFET no necesita realmente un "circuito" para controlar el transistor.
  2. En realidad, hay un circuito, es solo que el cable que fluye hacia la puerta del MOSFET es en realidad un ramal de otro cable que está completando un circuito.

¿Puedes ayudarme, por favor, a aclarar este malentendido?

    
pregunta BarrettNashville

4 respuestas

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Consulte mi respuesta anterior: ¿Es el voltaje la velocidad de electrones?

Se considera mejor el voltaje como un campo . Estamos acostumbrados a pensar que los campos gravitatorios son completamente uniformes, pero los campos magnéticos no lo son. Si unes una pieza de metal ferroso a un polo de un imán, extiende el campo hacia él. De manera similar, el campo eléctrico entre los dos polos de una fuente de voltaje se puede extender con conductores eléctricos.

Esta extensión del campo se extiende hasta el campo dentro del efecto de campo .

(Saber acerca de los campos aclara muchos de los conceptos erróneos que surgen al pensar en los electrones. Ignora los electrones).

Editar: por lo que la explicación es casi exactamente su (1) con un detalle diferente. La pista de Dirac16 es importante. El aislamiento de puerta a canal tiene una capacitancia . Entonces el circuito parece un condensador. Estos dos circuitos son equivalentes (ignorar los valores):

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Por lo tanto, no hay flujo de corriente continua de estado estable, pero en el punto de conectar el circuito el capacitor se carga, y mientras está cargando la corriente fluye. En realidad, esto es muy importante a la hora de diseñar sistemas MOSFET de potencia: debe poder suministrar la corriente adecuada por un tiempo muy breve.

    
respondido por el pjc50
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El voltaje puede existir sin un circuito. O al menos puede ser difícil ver qué es el circuito. Por ejemplo, cada vez que vea un rayo, esto se debe a una gran diferencia de potencial (también conocida como "voltaje") entre el suelo y una nube, o entre dos nubes.

De hecho, esa diferencia de potencial se desarrolló cuando el viento tomó electrones de un lugar y los depositó en otro lugar. Pero es poco probable que alguna vez descubras exactamente de dónde provienen los electrones que cargaron negativamente una nube, o de dónde fueron los electrones que se eliminaron para cargar una nube positivamente.     

respondido por el The Photon
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Un tubo de vacío hace que sea un poco más fácil de imaginar (MOSFET.)

Piensa en dos placas de metal al vacío. Uno es muy caliente y los electrones se "hierven" en un gas cercano de electrones. Se quedan cerca de la placa caliente porque, al dejarla, ahora está cargada positivamente y se sienten atraídos por ella. Pero más se quema, por lo que la nube permanece. En equilibrio, habrá un número igual de electrones en ebullición al volver a unirse a la placa calefactora de metal cercana, pero habrá una pequeña nube de gas de electrones debido a todo el calentamiento que se está produciendo.

Ahora haz la otra placa muy cargada positivamente. Los electrones en el "gas" se moverán hacia la placa muy positiva y viajarán a través del vacío para llegar allí. Normalmente, esto se detendría en algún momento porque la placa caliente también se cargará más positivamente a medida que más electrones se evaporen y se vayan. Eventualmente, todo se detiene de nuevo. Pero mientras agregue más electrones a la placa caliente que está hirviendo de los electrones, más electrones podrán fluir y habrá una corriente continua. Esto es, en efecto, un diodo de vacío. Si coloca una fuente de voltaje a través de las dos placas de metal para que el lado negativo se adhiera a la placa caliente y el lado positivo se conecte a la placa fría, los electrones pueden seguir hirviendo y llegarán más electrones para reemplazarlos. (Invertir eso no funcionará, porque casi ningún electrón se evapora de la placa fría. Todo lo que sucede es que la nube de electrones se acerca un poco más a la placa caliente).

Ahora, piense en el diodo de vacío en operación nuevamente con una corriente. Usted inserta una pantalla de metal (como una puerta con rejilla) entre las dos placas originales y saca un tercer cable para eso. (Sin embargo, todo está todavía dentro de un vacío.) La pantalla tiene agujeros tan grandes que a medida que los electrones viajan a través, casi todos lo extrañan y continúan. Algunos podrían adherirse a ella, pero si es así, solo agregarán una pequeña carga negativa a la superficie de lo contrario neutral (los electrones se mantendrán en la superficie de esta pantalla porque también se repelen entre sí) y esta carga negativa hará que sea más improbable Que los electrones adicionales se pegarán. En su lugar, seguramente pasarán por esos agujeros en la pantalla.

Supongamos que ahora coloca otra batería, pero esta vez con el lado positivo unido a la placa caliente y el lado negativo a la pantalla. Esto hará que la pantalla sea mucho más negativa que la placa caliente y "eliminará" la capacidad de los electrones para "notar" la placa fría muy positiva en el otro lado. Lo suficientemente negativo, los electrones no viajarán a través de la distancia y, en cambio, simplemente permanecerán al lado de la placa caliente. Pero si ajusta este voltaje negativo de la pantalla lo suficientemente hacia abajo, algunos de los electrones que se alejaron de la placa caliente se percatarán de una atracción muy positiva y otros podrán evitar la pantalla negativa y pasar a través de ella. Los agujeros y luego se acelerarán mucho hacia la placa de nuevo. Sin embargo, será menos que si la pantalla no estuviera allí.

Por lo tanto, la pantalla se puede usar para "moderar" el flujo de corriente entre la placa caliente (llamada cátodo) y la placa positiva fría (llamada ánodo). La pantalla hace esto sin ninguna corriente propia (se repele) Los electrones, ya que está cargada negativamente.)

Aunque los detalles del MOSFET son bastante diferentes, esto puede darle una idea de cómo un campo , y solo un campo , puede impactar un flujo actual sin que parezca ser un circuito completo de circuito propio.

Se necesita un pequeño "actual" por un momento para cargar la pantalla, por supuesto. Pero una vez que hay muy pocos electrones, es bastante efectivo.

Otra nota interesante para que tengas en cuenta. ¿Por qué una corriente de electrones dentro de un cable sigue el cable alrededor de una curva en él? Físicamente, debe haber algo que obligue a todos esos cuatrillones de electrones a fluir para tomar el turno. ¡Puede ser tan poco como que uno o dos electrones se peguen a la superficie cerca de esa curva para hacer que todos esos electrones giren! ¡Seriamente! Así que cuando doblas un cable y pones una corriente a través de él, solo uno o dos o tres electrones adicionales se pegarán (en equilibrio, por supuesto) a la superficie de la curva y eso es una fuerza adicional lo suficientemente completa como para causar un enorme torrente de Los electrones se curvan alrededor y se doblan con el alambre.

Es bastante impresionante cuando lo piensas. Los campos eléctricos son muy poderosos .

    
respondido por el jonk
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Cruda regla de oro: los inductores "almacenan la corriente", mientras que los condensadores "almacenan el voltaje". * 1 Un condensador puede mantener un voltaje mientras está sentado en un estante, desconectado de cualquier circuito.

Entonces no, no necesitamos un circuito para tener voltaje.

O, la versión física: para crear un potencial eléctrico constante, la carga eléctrica siempre debe estar presente. Una bola de metal cargada está rodeada por un campo e radial y una serie concéntrica de equipotenciales, el "voltaje en el espacio". No hay circuito involucrado. Incluso un solo electrón o protón tiene un patrón de voltaje en la región circundante. El voltaje es una forma de medir campos electrónicos. (Y, los campos electrónicos pueden existir sin ningún circuito eléctrico presente. Solo debe haber carga eléctrica).

Animación fresca de patrones de voltaje que rodean las cargas durante la separación de carga. Las líneas son flujo de campo electrónico, mientras que el voltaje aparece como líneas perpendiculares que se ejecutan a través de las líneas de flujo. Esencialmente, esta es una animación de un condensador que se está cargando, comenzando desde cero.

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Si no hay circuito, no hay electricidad.

En realidad, si no hay un circuito, entonces la "electricidad" se detiene en su lugar. (Eso es si la palabra 'electricidad' se define de la manera en que lo definieron las unidades de física de Maxwell / Faraday / Einstein y SI). Los metales están llenos de inmensas cantidades de carga, de electrones móviles. Durante la corriente eléctrica en los cables de cobre, es esta "electricidad" la que debe fluir en un círculo cerrado o "circuito completo". Tenga cuidado al confundir el movimiento de la electricidad como un tipo de electricidad. Muchos libros de ciencias de la escuela primaria cometen este error. ¿Son correctos cuando dicen que "electricidad" es un movimiento que fluye ... de electricidad? ¡¿Qué?! ¡No! O, cada vez que la electricidad deja de moverse, ¿desaparece la "electricidad"? No La electricidad, las cargas, ya estaban en el metal incluso antes de que se convirtiera en cables. Es correcto decir que cuando la electricidad comienza a moverse, aparece la "corriente eléctrica".

* 1 Los condensadores almacenan energía en forma de campo electrónico, con una energía proporcional al voltaje cuadrado.

    
respondido por el wbeaty

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