La mejor visualización de la corriente eléctrica y el voltaje

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Por lo tanto, quiero saber cuál es la mejor manera de visualizar lo que realmente está sucediendo en un circuito. Normalmente lo visualizaba con el modelo de Drude, donde los electrones son como bolas que fluyen libremente y los átomos del circuito están fijos en el espacio. Tiene sentido pensar que el voltaje es una aplicación de un campo eléctrico a través del cable que acelera los electrones y la resistencia como los átomos en la forma en que los electrones golpean. También tiene sentido que cuando los electrones golpean los átomos, parte de su energía se les da a los átomos y los hace moverse más rápido, aumentando así su energía cinética y produciendo calor.

Entonces, me gusta el modelo Drude, pero deja mucho que desear. Por ejemplo, para mí no tiene sentido pensar que los electrones "golpean" a los átomos, ya que el núcleo de los átomos está tan lejos de la nube de electrones, parece contrario a la intuición de por qué los dos "chocan".

Entonces, solo quiero un modelo mejor para visualizar todo en mi cabeza. ¿Qué modelos utiliza y cuáles son sus ventajas y contratiempos?

Gracias.

    
pregunta Lew Rod

4 respuestas

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El Drude model no está diseñado para "visualizar" lo que está sucediendo.

El modelo de Drude es una forma clásica muy buena (para el momento en que se introdujo) de poner algunas ecuaciones en lo que se observó, para tratar de entender lo que estaba sucediendo numéricamente. Como tal, da predicciones de resistencia plausibles y maneja el cambio con la frecuencia para muchos metales, pero falla mal para el sodio. También hace un puño razonable de algunos calores específicos, aunque debido a errores de compensación que son del orden de un factor de 100.

¿Cómo lo haces 'mejor' que el modelo Drude? Puede hacerlo más como realidad introduciendo la mecánica cuántica, por ejemplo, Drude-Sommerfeld y el modelo de electrones libres . Eso es mucho más exitoso que Drude, y ciertamente elimina los átomos que golpean a los electrones, pero nadie en su sano juicio diría que la introducción de la mecánica cuántica hace que algo sea más intuitivo (para mí, la visualización implica algo intuitivo, o al menos clásico). .

Una alternativa es aumentar el realismo en una muesca o tres, y usar el modelo hidráulico, que laptop2d ya ha ilustrado, aunque sea brevemente. Puede empujar el modelo hidráulico mucho, mucho antes de que se rompa. Específicamente, puede tener inductores, condensadores, baterías y generadores (incluso tenemos una fuente de alimentación de modo de interruptor hidráulico, un convertidor de refuerzo, el ariete hidráulico !)

No puedes tener realismo y simplicidad. Intenta intuir cómo se comportan las "partículas" como los electrones, y una ya está perdida. Por ejemplo, un electrón no es una partícula similar a una bola de billar, incluso en un sistema tan simple como el átomo de hidrógeno. Agregue otro, e interfieren en formas onduladas. Agregue más, y un campo eléctrico, a una red de iones, y el pandemonium se desatará.

Lo mejor que podemos hacer es tener un 'fluido mágico' que obedezca a ciertas reglas más o menos plausibles. Depende de su gusto si prefiere agua en tuberías, electrones clásicos que golpean átomos, electrones en bandas que están dispersas por la red, o simplemente "corriente de corriente convencional" sencillamente sin intento de visualización. Es así como es el mundo.

Lo que hago, y de acuerdo con la conversación, la mayoría de los otros ingenieros también lo hacen, es seguir la corriente eléctrica mágica convencional, que es un poco como el agua, y tomar las "reglas plausibles" de la confianza. De vez en cuando, tenemos una crisis de creencias, y echamos un vistazo por encima del muro de Drude y luego a la mecánica cuántica, para ver si lo que ocurre allí parece plausible, decide que es demasiado complicado pero probablemente suena, y volvemos directamente al sistema hidráulico y al circuito. simuladores

A menos que usted sea el científico que está diseñando el próximo material semiconductor, por lo que necesita conocer las brechas de banda, puede hacer ingeniería electrónica sin preocuparse por nada más que la corriente convencional.

    
respondido por el Neil_UK
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La corriente es la cantidad de agua que fluye a través de una tubería, el voltaje es la presión y la restricción es como la resistencia.

    
respondido por el laptop2d
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Tal vez podría ser más fácil considerar un cable muy delgado, como el cable cuántico. El oro se puede convertir en una película de solo un átomo de espesor. El alambre cuántico tendría un diámetro de solo un átomo y podemos verlo como perlas en una cuerda. El siguiente paso es imaginar qué pasaría si un electrón golpea esta cadena desde el exterior, al igual que una bola golpea una bola en la cuna de Newton, excepto que en lugar de una bola se expulsa un electrón.

    
respondido por el Jerzy Muszynski
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respondido por el Tony EE rocketscientist

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