¿Por qué los circuitos se consideran bucles?

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Entonces, sé que cuando estás hablando de algo como un circuito que incluye una batería, un circuito PARECE como un bucle, pero eso se debe simplemente al hecho de que la fuente de alimentación está físicamente cerca de la salida.

Sin embargo, este no tiene que ser el caso, ¿verdad? Las baterías son autónomas porque son convenientes, pero podría drenar una fuente de alimentación conectándola a CUALQUIER punto final cargado positivamente, si entiendo esto correctamente.

¿Por lo tanto, los circuitos se consideran bucles solo porque es conveniente pensar de esa manera? Como un río no puede fluir en un círculo, tampoco puede la electricidad porque funcionaría a un potencial neto cero, lo que significa que no hay movimiento.

amigo
fuente
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"pero podría drenar una fuente de alimentación conectándola a CUALQUIER punto final cargado positivamente" ... ¡mal!
Trevor_G
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El río fluye en un ciclo, es solo que parte de ese ciclo involucra el océano, las nubes y la lluvia.
Andrew Morton
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Su problema es tratar de encajar energía y electrones / corriente en el mismo modelo. La corriente es una cadena, una cadena que transfiere energía desde la fuente de energía a la carga. Al igual que todas las cadenas, para continuar funcionando ... necesitan volver a la fuente.
Trevor_G
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La Ley de Ohm y todo en EE es una abstracción conveniente del verdadero desastre que está ocurriendo allí.
Eugene Sh.
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No es una respuesta técnica, pero desde un punto de vista etimológico, "circuito" significa "bucle": etymonline.com/word/circuit
DukeZhou

Respuestas:

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La mayoría de los circuitos se consideran bucles porque la carga en los materiales conductores tiende a igualar las diferencias de potencial electrostático con relativa rapidez. Tome un cable / varilla larga, por ejemplo. Digamos que puedes agregar electrones a un lado. Al principio comienzas con 0 electrones. Cuando agrega el primer electrón, no hay nada más alrededor, por lo que puede ir básicamente a donde sea. Cuando agrega el segundo electrón, empujará al primer electrón lo más lejos posible para intentar crear un equilibrio de carga en la barra. Este primer movimiento de electrones es en realidad una pequeña corriente y su movimiento podría usarse para extraer trabajo de él (porque tomó trabajo agregar el segundo electrón al sistema). Agregar un tercer electrón empujará al segundo electrón al medio. El segundo electrón ' El movimiento es la mitad del primero, por lo que solo puede extraer la mitad de la cantidad de trabajo. El primer electrón está en el otro extremo y no se ha movido en este punto. Si sigue agregando electrones a la barra en un extremo, el movimiento de los otros electrones será cada vez menor. Pronto, estará a miles de voltios y no será capaz de extraer ningún trabajo de él porque simplemente no hay a dónde ir los electrones.

En cambio, ¿qué pasa si quitamos electrones de un lado y lo agregamos al otro lado? Ahora, cada electrón al que haga esto hará que todos los demás electrones se muevan en respuesta en una dirección la misma cantidad. Ahora puede extraer una cantidad uniforme de trabajo del sistema por cada electrón que mueva. Pero que has hecho? Has creado un bucle con tu mano moviendo electrones individuales a la vez. Es por eso que la mayoría de los circuitos utilizan un bucle. Hay algo que empuja a los electrones en una dirección (o tal vez en ambas). En su caso, es una batería, pero se pueden usar generadores y varios otros métodos para "bombear" electrones para extraer el trabajo de ellos en una ubicación diferente.

Horta
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1
Esta es una muy buena explicación, gracias. Entonces, ¿básicamente una batería es una "bomba" y también un "receptor" para EMPUJAR electrones al sistema y luego atraparlos cuando se caen al otro extremo?
dudewad
Sin embargo, quiero aclarar el punto de mi pregunta: el lado "bomba" de la batería y el lado "receptor" de la batería no están conectados, excepto a través del circuito en sí, es decir, este no es un circuito completamente cerrado en el literal Definicion ¿Tengo razón al decir eso?
dudewad
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@dudewad en realidad están íntimamente conectados. Si observa una batería, verá que la única razón por la que funciona es porque permite que los iones (átomos cargados) reequilibren la diferencia de carga que causan los electrones en movimiento. Por cada electrón (-) que se mueve, un ion positivo tiene que moverse internamente a la otra placa de la batería para equilibrar esto.
horta
1
@dudewad Si tuviera que desmontar una batería y quitar la conexión electrolítica entre los dos (evitar que los iones se muevan), entonces la batería dejaría de funcionar rápidamente.
horta
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@dudewad la batería tiene "material químico mágico" que mueve los electrones del lado positivo al negativo.
user253751
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Puedes pensar en una batería como una bomba de electrones, químicamente mueve electrones del terminal positivo al negativo para mantener una cierta 'presión eléctrica' (eso es lo que los primeros muchachos llamaban diferencia de potencial en algunos libros antiguos, y es No es un mal modelo).

Para hacer que esta cosa haga algo útil, debe proporcionar una ruta para que los electrones fluyan utilizando los electrones en movimiento para realizar algún tipo de tarea interesante [1]. Esto podría estar calentando un cable delgado para hacer luz, o alimentando alguna otra reacción electroquímica para recargar otra batería, o haciendo un campo magnético en un motor o lo que sea. Esta ruta debe ser claramente un bucle si desea que el sistema se ejecute más que muy brevemente (piense en nano segundos).

Tenga en cuenta que en ningún momento se menciona tierra o tal, todos los voltajes se miden en relación con algún punto arbitrario en sus acciones, y para que ese voltaje haga algo útil debe haber un bucle para que la corriente fluya [2].

Ground es una de esas palabras realmente basura que significa al menos 3 cosas diferentes de una manera altamente dependiente del contexto, ignorar por ahora.

[1] Los electrones en un conductor de cobre en cualquier tipo de corriente con la que quieras jugar se mueven en promedio muy lentamente, piensa menos de un mm por segundo, pero un cable es como un tubo lleno de rodamientos de bolas, empujas uno a la vez Al final, uno sale del otro mucho más rápido que cualquier bola que se mueva por el tubo.

[2] Sí, lo sé, puertas de memoria flash, lentes electrostáticas, impresoras láser, todo tipo de pequeñas excepciones, pero sigue adelante por ahora.

Dan Mills
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Es reconfortante que digas eso sobre el suelo ... porque sí, estoy confundido porque parece ser una definición conmovedora. Es sorprendente que mi casa no se haya incendiado por ahora. ¡Gracias!
dudewad
3

Lo siento, no. Una batería o cualquier fuente de alimentación debe, a la larga, permanecer eléctricamente neutral. Las fuerzas de restauración en carga separada son muy grandes, y la separación permanente de carga a escala de circuito simplemente no va a suceder. Esto significa que si la corriente fluye desde un terminal, debe fluir a través de otro. Lo más cercano a una excepción es un micrófono electret, que contiene cargas separadas permanentemente, pero no mucho.

WhatBoughBeast
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Pero, ¿podrían almacenarse las partículas cargadas negativamente, por ejemplo, en un extremo de un pasillo, y el medio receptor se colocaría en el otro extremo? Esto no constituiría un bucle sino más bien una especie de "igualación", por así decirlo. ¿Tiene sentido? Supongo que estoy tratando de aclarar si los "bucles" deben tomarse literalmente o no.
dudewad
@dudewad, los bucles se toman MUY literalmente. Todo el análisis de circuitos se basa en el bucle. A la gente le encanta señalar excepciones que suceden en situaciones muy extremas. Pero literalmente encontrará imposible el análisis de circuitos si se convence de que las cargas pueden fluir hacia un elemento del circuito y permanecer allí. El mundo físico macroscópico coincide con este comportamiento lo suficientemente bien como para que probablemente no tenga que preocuparse por ninguna excepción.
mkeith
No solo a largo plazo, sino también instantáneamente. No discutiré sobre unos pocos electrones adicionales disparados desde una pistola de electrones o algo así, pero desde la perspectiva del análisis de circuitos, cada elemento del circuito debe permanecer eléctricamente neutro instantáneamente, así como a largo plazo.
mkeith
@mkeith: agregué la frase específicamente para tener en cuenta las pistolas de electrones y fuentes de iones similares. Y dado que las pistolas de electrones solían ser parte de los circuitos electrónicos (aunque no están configurados para producir componentes no neutros), no veo cómo puede descartarlos.
WhatRoughBeast
@dudewad Si recién está comenzando a estudiar circuitos, tome la idea de "bucles" absolutamente literalmente. Pero tenga en cuenta que "bucles" y solo cuentan parte de la historia. Si desea explicar qué sucede a nivel atómico cuando una corriente fluye a través de un cable, o qué sucede a altas frecuencias, o cuando está involucrada la radiación electromagnética (por ejemplo, transmisión de radio), o cómo cualquier tipo de dispositivo semiconductor (incluso el más básico ) funciona, necesitas mucha más teoría que solo "bucles". Pero hay que comenzar con ideas simples y desarrollarlas ...
alephzero
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Un circuito DEBE ser un bucle. Cuando el circuito está cerrado, la corriente fluye a través de la carga. Cuando el circuito está abierto, el circuito está apagado.

Tal vez pueda suponer que el voltaje es la "fuerza" que empuja a las cargas a fluir en el circuito. La corriente es ese flujo por unidad de tiempo.

Sin bucle, no hay corriente.

... pero podría drenar una fuente de energía conectándola a CUALQUIER punto final con carga positiva, si entiendo esto correctamente.

No. Mire la conservación de energía y conservación de carga . Si drenamos las cargas desde un punto de potencial positivo, las cargas DEBEN regresar a través de un punto de referencia (terminal negativo de batería, GND, etc.), es decir, fluir en un circuito cerrado.

Martin Petrei
fuente
bueno, eso es útil ... ¿eso significa que hay una relación entre la fuente y la carga que tiene algo que ver con la proximidad?
dudewad
1
... Lo digo porque si puedes tener una 'tierra', donde literalmente la electricidad fluye del circuito hacia la tierra, entonces ... ¿la tierra se convierte en parte del "circuito" de alguna manera? Eso es un poco misterioso para mí.
dudewad
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Esto no es exacto. La carga puede y fluye desde un potencial más alto a un potencial más bajo. Un bucle no es necesario.
horta
1
Mira "la tierra" como el "camino de regreso"
Martin Petrei
Bien, ¿entonces mi pregunta no es totalmente loca? Literalmente, solo quiero aclarar que esto se parece más a la ecualización de carga y no a un bucle verdadero donde los electrones se mueven mágicamente de alguna manera en un círculo (porque no lo hacen).
dudewad
1

Creo que hay una respuesta más genérica y deberíamos pensar en la corriente, no en el voltaje.

Todos los circuitos tienen que seguir la Ley de Kirchoff. fundada en las ecuaciones fundamentales de Maxwell que describen cómo fluye la corriente en cualquier medio.

Si un nodo no está conectado (a través de cualquier medio a cualquier frecuencia), entonces no puede formar parte de los circuitos. Por el contrario, cualquier nodo que esté conectado de alguna manera forma parte del circuito.

La Ley de Kirchoff puede expresarse simplemente como "La suma de las corrientes en cualquier circuito es cero", es decir, por cada salida de corriente (en este caso la llamaremos corriente positiva) desde un nodo, una suma combinatoria de corrientes idéntica y opuesta (negativa) debe ingresar al mismo nodo.

Si lleva esto a una conclusión lógica, todos los nodos deben estar conectados en uno o más bucles para que la suma en el circuito sea cero. Todos los aspectos negativos y positivos deben cancelar exactamente.

Jason Morgan
fuente
Esto está demasiado simplificado. Por ejemplo, un transmisor de radio definitivamente tiene una "corriente" que fluye hacia la antena (puede medirlo con un medidor normal), pero la antena en sí no es un "circuito cerrado". Físicamente, es solo una colección de trozos de material conductor construido en una configuración geométrica particular. Si mide la resistencia de CC entre los "términos" de la antena, ¡es un circuito abierto!
alephzero
Una antena es un circuito cerrado. Una antena convencional tiene dos 'placas' con una carga de colapso alterna que se mueve entre ellas. Debido al efecto del plano de tierra, incluso una antena simplificada tiene un conductor real y uno imaginario, consulte en.wikipedia.org/wiki/Monopole_antenna .
Jason Morgan
Lo simple es bueno. La simplificación de Kirchoff / Maxwell es cierta. ¿Quizás estaba considerando la RF emitida como parte del circuito desde una perspectiva actual? Esto no es más cierto que el calor emitido en una resistencia que forma parte. Recuerde que las ecuaciones de Maxwell son generales y no solo describen ondas libres en el espacio.
Jason Morgan
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Tiene razón en parte, en que los electrones se moverán de un potencial a un potencial más alto. Entonces, puede pensar que si tengo un voltaje en un punto en el espacio A con un cable que corre hacia un punto diferente en el espacio B, los electrones fluirán a través del cable.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Sin embargo, el voltaje por sí solo no significa nada. Un voltaje es una diferencia de potencial entre dos puntos.

esquemático

simular este circuito

Es decir, necesita un punto de referencia común para afirmar realmente los voltajes en primer lugar. Por lo tanto, terminas con un bucle, con cierta resistencia, te guste o no.

Sin embargo, eso también trae a colación otro punto. En el circuito de arriba, incluso sin el cable de referencia, todavía hay algo de resistencia entre los lados negativos de las fuentes de voltaje, aunque enorme. Como tal, tiene un bucle y una pequeña corriente fluirá en el cable, aunque puede ser demasiado pequeño para que pueda medirlo.

También es importante separar la noción de corriente de la noción de movimiento de electrones. La corriente es una representación abstracta, mientras que el movimiento de electrones es un fenómeno físico. Decimos que la corriente recorre la batería o el condensador, pero en realidad, los electrones no. Más bien, un número igual de electrones sale de ellos al igual que entran al otro lado. Esa diferencia es sutil, pero importante.

Trevor_G
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Veo. Sí, entiendo esa corriente! = Movimiento de electrones, eso está claro para mí. Gracias por tonterías para mí :)
dudewad
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@dudewad ja .. pensé que estaba embrutecimiento hacia abajo para mí :)
Trevor_G
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La corriente es un flujo de portadores de carga eléctrica, generalmente electrones o átomos con deficiencia de electrones.

si tomamos una batería: el flujo de corriente en circuito cerrado que es una corriente eléctrica

ingrese la descripción de la imagen aquí

pero alguien me dice que está bien, pero ¿qué sucede cuando tocas un positivo de la fuente por la que estamos bloqueados?

ingrese la descripción de la imagen aquí

bueno, la respuesta es muy simple: la persona hace un circuito cerrado con la tierra para hacer que los electrones fluyan dentro de su cuerpo, pero el pájaro no se sorprende porque no hace un circuito cerrado

m salim
fuente
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El diagrama de la batería está mal. No muestra la corriente a través del centro de la batería. Si hay un amperio en el cable, entonces hay un amperio a través del electrolito. Los circuitos eléctricos son circuitos cerrados. (Una batería es una bomba de carga, y el camino para la corriente es a través de la batería y vuelve a salir, igual que con cualquier componente.)
wbeaty
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un circuito que incluye una batería, ... PARECE como un bucle

Es ES un bucle. El electrolito de una batería es un buen conductor , un cicuit corto.

¿Quizás tiene la idea errónea de que las baterías "suministran carga" o que la corriente a través del electrolito es de cero amperios? No, no funciona así. Las baterías se comportan como cortocircuitos, resistencia interna muy baja y un circuito simple con batería es un circuito cerrado.

Las baterías no suministran carga a los circuitos. La carga que fluye proviene del propio cobre, del mar de electrones del metal.

wbeaty
fuente
Te refieres a buen conductor de iones, ¿verdad? Si fuera un buen conductor de electrones, la batería se cortocircuitaría y se incendiaría. chemistry.stackexchange.com/questions/2644/…
horta
> conductor de iones Un buen conductor, punto (conduce altos amperios). El electrolito es un "puente de cortocircuito" entre las placas. Así es como funcionan realmente todas las baterías
wbeaty
Cierto. Es un cortocircuito de iones en lugar de un cable de metal, pero tiene razón en que un conductor de iones sigue siendo un conductor. Siento que es confuso si no haces esa distinción.
horta
Menos confuso: simplemente no menciones electrones en absoluto. No menciones iones tampoco. La corriente eléctrica toma la forma de un circuito cerrado, sin principio ni fin. La ruta de los cables de corriente a través del centro de la batería, al igual que con las bombillas, la ruta de los cables de corriente a través del filamento. O con dinamos, el camino para la corriente conduce a través de la bobina. Concepto erróneo común: una placa de la batería es una fuente de carga, mientras que la otra placa recoge la "carga usada". Eso está mal, ya que la carga fluye a través del electrolito, mientras que la batería, en su conjunto, funciona como una bomba de carga.
wbeaty