¿Cómo "sabe" la electricidad la relación de la resistencia en un divisor de voltaje?

Me cuesta mucho conceptualizar qué / cómo funcionan las cosas en una configuración de divisor de voltaje. He leído un par de otras preguntas / explicaciones en las que el respondedor ha dicho que "no piense en términos de agua", pero es difícil no hacerlo, hasta cierto punto.

Lo que no entiendo es cómo cambia / se adapta la electricidad después de la PRIMERA resistencia en función de la relación entre esta y la SEGUNDA resistencia. Sé que se trata de tener que ver con las "presiones" y las tuberías, pero si tienes una resistencia más arriba en la cadena de flujo, conceptualmente, ¿cómo importa cuál sea la resistencia más abajo en la tubería?

Y salir de los divisores de voltaje (pero aún en el ámbito de la cuestión de la caída de voltaje y las relaciones): ¿cómo / por qué TODO el voltaje se cae sobre una resistencia en un circuito de una resistencia, pero con más de 2 resistencias / cargas, el los electrones "saben" de alguna manera racionar el voltaje cae proporcionalmente? (Obviamente, sé que los electrones no están resolviendo esto conscientemente y tomando decisiones). ¿Por qué no es una caída de voltaje estática sobre una carga / resistencia estática? ¿Por qué depende de las otras resistencias / cargas en el circuito?

(No me importa lo técnico, pero si es posible, al menos agregue algún tipo de concepción visual o demostración, ¡si puede! :) ¡Gracias!

Hagamos otro experimento mental:

Imagine que acortamos gradualmente la conexión entre las dos resistencias hasta que sea infinitesimalmente pequeña. Ahora efectivamente tiene una resistencia con el punto divisor en algún lugar en el medio. Un extremo de esta resistencia está conectado a la tensión de alimentación, digamos 5 voltios. El otro extremo está conectado a tierra, que llamaremos 0 voltios porque lo usaremos como punto de referencia para nuestra medición de voltaje.

Nuevamente, imagine que gradualmente movemos el punto divisor hacia arriba hacia el extremo de 5V o hacia abajo hacia el extremo de 0V. ¿En qué ubicación a lo largo de esta resistencia combinada esperaría que el voltaje medido caiga de 5 voltios a 0 voltios?

¿Está claro que el voltaje no tiene un cambio de paso en un punto, sino que es proporcional a la fracción de la resistencia por debajo del punto divisor? La caída de voltaje es lineal a lo largo de la resistencia combinada .

Ahora imagine que restauramos gradualmente la longitud de esa conexión que estiramos en la primera visualización. E imagine que la conexión en sí no tiene resistencia: cero. (No es del todo cero, pero está tan cerca que podemos ignorarlo). ¿Está claro que el voltaje no será diferente en ninguno de los extremos de la conexión a medida que la extiendes nuevamente?

El voltaje total cae linealmente sobre la resistencia total , y el punto divisor "muestra" ese voltaje en una parte específica del total.

La corriente no "importa" o "sabe" si fluye a través de muchas resistencias individuales o una continua; el voltaje cae continuamente a lo largo de cada segmento de la ruta de resistencia. Las conexiones de "resistencia cero" simplemente no importan .

En lo que respecta a la corriente, no hay divisor, solo hay un camino que tiene una cierta resistencia (total). Digamos que tienes un 1k$\Omega$ y un 2k$\Omega$resistencia en serie. Total: 3k$\Omega$, y si aplicas 3V, obtienes, según la Ley de Ohm

$I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{3V}{3k\Omega} = 1mA$

Ahora la Ley de Ohm también se aplica a cualquier resistencia individual en la cadena. Para encontrar el voltaje a través de la resistencia 1k : $\Omega$

$V = I \cdot R = 1mA \cdot 1k\Omega = 1V$

Entonces, de hecho, obtienes una fracción del 3V original, por eso se llama un divisor, cuya relación se define por la relación entre las resistencias. Pero para la corriente no hay diferencia entre una carga de 3k y una compuesta de una resistencia de 1k más una resistencia de 2k .$\Omega$$\Omega$$\Omega$

¿Qué tiene de malo pensar en la analogía del agua? Con una bomba que empuja agua a través de un capilar, el medidor de presión de abajo verá la presión completa en el punto X, pero aproximadamente la mitad de la presión en el punto Y. El agua no 'sabe' a qué presión estar, solo encuentra menos resistencia a medida que desciende por el capilar y la presión se reduce en proporción.

(Así es, incidentalmente, cómo la válvula de derivación en un sistema de calefacción central doméstica controla el caudal a través de los radiadores).

La imagen es esta: los electrones son empujados por una fuerza. La cantidad total de fuerza (voltaje de suministro) se divide entre la cantidad de resistencia en cada parte de la pista. El flujo de electrones se equilibra de manera tal que la suma de todos los voltajes en todos los elementos se suman al voltaje de suministro.

Explicación: La corriente es básicamente "todos los electrones en el cable que se mueven lentamente en una dirección". Imagina un montón de bolas en una manguera. Uno tiene que salir del otro lado cuando presiona uno en su lado.

Para que se muevan, debes ejercer una fuerza. Esta es una fuerza eléctrica, que es cuando un campo eléctrico (un Voltaje básicamente) actúa sobre cosas cargadas, los electrones en nuestro caso.

Para que se muevan más rápido, debes ejercer más fuerza. (o más bien, la misma fuerza con más frecuencia)

La cantidad de fuerza necesaria en relación con la velocidad / corriente depende de la resistencia de la ruta.

Todos los electrones en el camino se mueven a lo largo. Es decir, todos, en la fuente de alimentación, cables y resistencias, todos los electrones, se mueven más o menos al unísono.

Ahora los electrones se están moviendo. Para cada parte infinitesimal de la ruta, hay una resistencia que determina qué tan grande debe estar presente un voltaje para que los electrones se muevan. Se mueven, porque hay una corriente. Están obligados a hacerlo.

Los voltajes de cada parte de la ruta se suman al voltaje total.

Se trata de la ley de Ohm .

Un voltaje sobre las dos resistencias crea una corriente que fluye hacia ambas. Esta corriente será la misma para todas las resistencias, si están conectadas en serie, y será dada por la ley de Ohm.

En cada resistencia, la corriente que fluye inducirá una caída de voltaje, nuevamente dada por la ley del Sr. O.

Puede encontrar las matemáticas en todas partes, pero primero entienda esto y cómo funciona una resistencia. Dado que es un tema abusado, preferiría sugerirle que lea el wiki sobre la resistencia y la ley de Ohm . Una vez que comprenda ambos, el divisor de voltaje estará mágicamente claro.

De todas formas:

¿Cómo "sabe" la electricidad la relación de la resistencia en un divisor de voltaje?

¿Cómo sabes que si saltas desde un puente, caes a cierta velocidad? Es solo debido a la física.

Bueno, lo primero es la vista con una resistencia. Veremos esto con la configuración de la batería de un automóvil y diremos que tenemos tierra negativa y un + 12v caliente.

En nuestro primer circuito, movemos 12 voltios a través de 12 ohmios de resistencia y movemos 1 amperio por 12 vatios a través de nuestra carga. Eso es todo lo que puede moverse allí. La diferencia relativa entre el suministro y el extremo receptor es la misma.

También podría ver esto como una tierra caliente de + 6v y -6v y el circuito actuaría exactamente igual. Subir su suministro (caliente) o bajar su fregadero (tierra) creará una diferencia de potencial (voltaje).

Ahora, cambiemos nuestra carga: dos resistencias de 6 ohmios cada una. Nuestra resistencia total es ahora de 12 ohmios nuevamente, por lo que aún tendremos 1 amperio. Cada carga ahora consume la mitad de eso: 6 vatios. Para consumir 6 vatios en una resistencia de 6 ohmios con 1 amperio de potencia, debe perder 6 voltios. Recuerde, la corriente permanece constante en un circuito donde sea que lo mida. Es por eso que un fusible es efectivo en cualquier parte de un circuito en serie. Recuerde que el amperaje es básicamente flujo (galones por minuto), y la potencia derivada es una combinación de flujo y presión (voltaje). Por lo tanto, voltaje * amperaje == vatios (potencia motriz).

Esa es la parte eléctrica. Para usar una analogía del agua, debe pensar en el sistema de plomería de manera un poco diferente. El "sumidero" donde el agua fluye ahora debe considerarse como presurizado, por lo que suministra algo de contrapresión. Las cargas son turbinas en la tubería. Si nuestro suministro es de 100 psi y nuestro sumidero es de 50 psi, obtendremos flujo.

La diferencia de presión entre dos puntos en la tubería después de la carga será insignificantemente pequeña. Todavía tendrá presión contra el mundo exterior, pero la presión relativa cuando se haga referencia a nuestro tanque de sumidero de 50 psi será muy baja. Agregar una división con muchas tuberías después de la última carga no lo cambiará.

Si colocamos una tubería antes de la primera carga y la conectamos después de la última carga, veremos 100 psi en ella ... o 50 psi en relación con nuestros dos tanques. Si tocamos en el medio de esas dos turbinas iguales a nuestro fregadero, veremos 25 psi de presión. El agua tuvo que gastar algo de energía para atravesar la primera turbina.

Mientras tengamos suficiente presión (voltaje) para hacer girar una turbina (manejar una carga), veremos una caída a través de la turbina igual a la diferencia de presión en ambos lados. Si colocamos varias turbinas allí, veremos una caída de presión que es proporcional a la cantidad de esfuerzo que llevó girar la turbina.

Recuerde que el voltaje y la presión están relacionados con la referencia relativa. Después de todo, 0psi en el suelo generalmente se mide relativamente, y en realidad es 14.7 psi (absoluto). Por lo tanto, imagine por un segundo que su circuito de suministro está a + 24v caliente a una tierra de + 12v, y posiblemente tenga más sentido porque visualizará algo de contrapresión en su cabeza y realmente se centrará en el hecho de que la presión relativa es la conducción punto.

Creamos más consumo de energía en nuestras turbinas mediante el uso de tuberías más grandes y turbinas más grandes con la misma presión, o podemos aumentar la presión en las tuberías actuales. Sin embargo, la caída de presión a través de nuestras turbinas siempre permanecerá en proporción mientras el agua pueda fluir.

Todo está en el campo eléctrico. Entonces, si tenemos un circuito con dos resistencias y conectamos una batería, aparece un campo eléctrico que va desde un extremo de la batería al otro extremo a través de las dos resistencias. Esta es la parte que viaja a la velocidad de la luz (en el material). Este campo se ve afectado por el material del cable y la resistencia, y también por el ancho de la ruta, etc. Por lo tanto, la resistencia controla el campo en diferentes puntos. Los electrones en el material reaccionan al campo. La velocidad a la que se mueven está controlada por la fuerza del campo, y esto se establece por los valores de las resistencias. Entonces, los electrones se mueven a la velocidad prevista porque el campo que los controla es controlado por las resistencias.

Espero que esto sea lo que estabas buscando,

También me gusta pensar en una analogía del agua, pero más fácil. Funciona así:

Piense en una tubería, donde los diámetros de diferentes secciones son diferentes. Cuanto mayor es el diámetro, más agua puede fluir. Las resistencias de mayor valor funcionarán como tuberías de menor diámetro, permitiendo que fluya menos agua.

Digamos que tiene 2 resistencias: 1k y 2k. El "tubo" de resistencia 2k es aproximadamente la mitad del diámetro del "tubo" de resistencia 1k. Si proporciona un buen escape para el agua entre ellos (es decir, la línea de voltaje dividida), pasará mucha agua pero no toda. Parte del agua aún pasará por la "tubería" de 1k, ya que hay espacio si está vacía. ¿Cuánto cuesta? aproximadamente 1/3 del agua podrá usar la tubería de 1k en la misma cantidad de tiempo que 2/3 escapa por la tubería de división de voltaje. Entonces, en términos de potencial, tendrá aproximadamente 2 / 3V pasando por el divisor. Todo depende de la cantidad de agua que ingresa (debido a la primera resistencia) y de la cantidad de agua que puede salir al suelo (debido a la segunda resistencia).

De todos modos, terminará siendo un potencial completo en los dos extremos, porque eso es obligatorio, pero en el medio tendrá el potencial que pudo escapar a través de esta ruta, que fue mucho más tentador que la otra ruta.

No estoy seguro de si la analogía es 100% precisa, pero este es un modelo mental ... realmente no necesita ser precisa, solo expresiva :)