Potencial eléctrico en diferentes puntos de un circuito simple

Sus esquemas han omitido la resistencia interna de la batería.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. La batería real puede modelarse como una fuente de voltaje ideal con resistencia interna de la serie.

  

Por lo que entiendo, existe un potencial de tipo entre el ánodo y el terminal del cátodo de una batería y que puedo medir este potencial con un voltímetro.   El potencial es real.

     

No he podido probar este escenario en la vida real, ya que implica un cortocircuito, ...

Una sabia elección.

  

... pero por lo que entiendo, cuando los cables del voltímetro están colocados cerca de los terminales de la batería, debería haber una lectura que indique la presencia de voltaje. Este ejemplo se muestra en la primera imagen, y supongo que habría un potencial de 12 V presente.

Debido a la resistencia interna de la batería, la tensión del terminal colapsará a casi cero cuando se aplica un cortocircuito. Digo "casi" porque su mejor cortocircuito tendrá cierta resistencia.

  

Mi pregunta es, a medida que nos acercamos los cables de prueba del voltímetro, ¿habrá un cambio observable en el potencial?

Es simplemente una cuestión de la relación entre la resistencia interna y la de su cortocircuito.

  

Supongo que a medida que los cables de prueba se acercan, el potencial entre estos dos puntos en el espacio se está reduciendo y debería poder medir este cambio en mi voltímetro.

Estás en lo correcto. Hagamos un ejemplo rápido.

• batería de 12 V.
• La corriente de cortocircuito de la batería es de 20 A.
• \ $ R_ {interno} = \ frac {V_ {OC}} {I_ {SC}} = \ frac {12} {20} = 0.6 \ \ Omega \ $ donde OC es de circuito abierto y SC es corto -circuito.
• Pongamos un "corto" de 0.001 Ω en las terminales.
• El voltaje del terminal bajará a \ $ V_T = V_ {OC} \ frac {R_ {SC}} {R_ {INT} + R {SC}} = 12 \ frac {0.001} {0.001 + 0.6} = 0.0017 = \ mathrm V = 1.7 \ \ mathrm {mV} \ $.

¿Qué tan bueno es su medidor?

Mientras tanto, ¿qué está pasando en tu batería?

\ $ P = I ^ 2R = 20 ^ 2 \ veces 0.6 = 240 \ \ mathrm W \ $. Esto puede ser peligroso.

En primer lugar, como dijo @TonyM, no experimente con este circuito en la vida real, ya que implica un cortocircuito de la batería y, dependiendo del compuesto de la batería y de su carga, se puede producir un incendio, una explosión, una quemadura o cualquier cosa mala. Pasar a la química y los componentes físicos y usted debido a la sobrecorriente.

El punto de aprendizaje aquí para usted debe ser un entendimiento de que cada conductor tiene su resistencia, y la corriente total que fluye a través de él es igual a I = U / R, donde U es el voltaje de la batería (fuente de voltaje ideal), y R es la resistencia total de su circuito, en su diagrama, la resistencia del cable.

Cuando colocas dos sondas de voltímetro como en tus fotos, mides el voltaje del cable entre las sondas, dado que asumimos que la resistencia del medidor de voltaje es infinita (de lo contrario, su resistencia viene a jugar).

Por lo tanto, en general, el voltaje debería leer más alto si tiene una distancia mayor entre las sondas. Pero nuevamente, en su imagen, la resistencia del cable debe ser casi cero, y la corriente que fluye a través de él puede ser enorme, por lo que leerá V = I * R, y depende de la escala de estos I y R si su voltímetro Sentido resultante del voltaje.

Si toma un cable "especial" (no solo de cobre) con varios kOhms, entonces debería notar fácilmente la diferencia. Finalmente, puedes hacer una cadena de resistencias, y medir en diferentes puntos, aprenderás esta simple ley de Ohm.

En los esquemas que dibujaste, no. Debido a que los cables esquemáticos son ideales, todos los puntos en ese cable o red tienen el mismo potencial y usted tiene un cortocircuito directo.

Sin embargo, en el mundo real, si tuviera que cablear esta configuración con un cable real no ideal, sería capaz de medir diferentes potenciales en el cable. ¿Por qué? porque los cables tienen resistencia, por lo general se miden en Ω / (longitud de la unidad).

Por ejemplo: el cable de calibre 24 es 25.67Ω / 1000 pies, por lo que obtendría alrededor de 0.025Ω con un pie de cable y alrededor de 0.002Ω para 1 pulgada de cable. Y sería capaz de medir un potencial a través de esto, pero sería muy pequeño y podría tener dificultades para hacerlo con un medidor regular.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En el caso simple, un cortocircuito ideal reduce la fuente de voltaje a 0V.

Considera:

• Todas las fuentes de voltaje tienen alguna resistencia en serie efectiva, ESR (inversa a su capacidad de potencia).
• Todos los cortocircuitos tienen cierta resistencia (inversa con su diámetro de cable).
• Por lo tanto, con cualquier fuente de corriente medida, se puede rastrear un cortocircuito al ubicar donde la caída de voltaje no cambia de una fuente a otra.
• Esta es también una forma conveniente de usar una longitud de cable para calibrarlo como un sensor de corriente R en mili-ohmios usando una carga en serie con el cable corto.

  

No he podido probar este escenario en la vida real, ya que   implica un cortocircuito

En un circuito teórico, las baterías y los cables no tienen resistencia, por lo que su escenario es incluso menos comprobable porque es imposible . ¿Por qué? Ley de Ohm dice que I = V / R. Si la resistencia es 0, entonces la corriente es infinita, que es una solución inválida No puede haber voltaje a través del cable y, sin embargo, existe!

En la práctica, tanto la batería como el cableado do tienen resistencia, por lo que la corriente será grande pero no infinita. Puedes simular este escenario agregando las resistencias en el circuito: -

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En este circuito, R_batt es la resistencia interna de la batería, y POT1 y POT2 son potenciómetros formados por la resistencia de Los cables. La resistencia total de la serie en el circuito es de 3 & ohm; por lo tanto, la corriente de "cortocircuito" será de 12 V / 3 & ohm; = 4A. El voltaje leído por el voltímetro variará de 0 a 8 V dependiendo de las posiciones de los limpiaparabrisas en los "potenciómetros".

Si usa una batería potente y un cable con suficiente resistencia, puede probar este escenario en la vida real. Una prueba práctica podría utilizar una batería de automóvil y un cable delgado nichrome , que tiene una resistencia mucho mayor que cobre.