¿Por qué "necesitamos" resistencias (entiendo lo que hacen, pero no por qué ...)? [cerrado]

Siempre he tenido una comprensión básica de la electrónica. Ahora estoy empezando a aprender un poco más, usando un Arduino como plataforma de prueba, y tengo una pregunta sobre resistencias que parece que no puedo resolver a través de la investigación.

¿Por qué los usamos? Entiendo que limitan la corriente. (En el caso de un LED, demasiada corriente lo calienta y lo quema). Pero, ¿cómo se mide / calcula / elige? No estoy preguntando específicamente sobre un caso de uso de LED, o cómo usar un LED. Estoy tratando de entender "por qué" se necesitan resistencias a nivel físico.

1. ¿Qué le sucede al resto de la corriente no utilizada (debido a la resistencia)?
2. ¿El LED usa TODA la corriente disponible en el circuito? Si no, ¿a dónde va el resto? (¿Reciclado nuevamente en la fuente de energía?)
3. ¿Por qué un LED "baja el voltaje" en cierta cantidad? ¿Y qué sucede con el resto de los componentes en serie? ¿Cae el voltaje para cada componente, hasta que no queda nada? Esto tendría sentido, pero un LED no tiene resistencia interna (por lo que se explica), entonces, ¿por qué cae el voltaje?
4. Hace poco vi un video, donde el tipo que explica las resistencias, dibujó un boceto que muestra 12 V → resistencia → LED --- 0 V (¿Elige su resistencia en la medida de "usar toda la corriente / voltaje" antes de que llegue a el final del circuito video de YouTube
5. ¿Por qué una batería se queda sin carga si conecta los terminales directamente, pero si agrega una bombilla (resistencia), no es así?
6. He investigado durante horas y horas, y entiendo lo que hace un resistor, pero no entiendo por qué es necesario (¿para no agotar una batería? ... ¿Esto significa que "consume" toda la energía que tiene antes) vuelve al ánodo?)
7. ¿Por qué funcionan las diferentes bombillas con la misma batería (diferente resistencia, pero no muy corto)?

Sé que estas preguntas son amplias y no busco específicamente respuestas a cada una de ellas individualmente. Menciono estas preguntas múltiples arriba para demostrar que no tengo una comprensión firme del concepto de por qué un circuito necesita resistencia . Esta sería la pregunta a responder.

Es necesario ajustar su comprensión de cómo fluye la energía a través de un circuito.

1. La cantidad de energía que fluye a través de un circuito, y se toma de la batería o fuente de energía, depende de la cantidad de corriente que fluye a través de ese circuito.

2. La cantidad de corriente que fluye a través del circuito está dictada por la conductividad del circuito. Si un circuito tiene una resistencia alta, es menos conductor y fluye menos corriente / potencia.

Entonces, juntando esos dos y mirando tus preguntas ...

1. ¿Qué sucede con el resto de la corriente no utilizada (debido a la resistencia)?

No hay "resto de la corriente", la corriente está definida por la resistencia del circuito.

2. ¿El LED usa TODA la corriente disponible en el circuito? Si no, ¿a dónde va el resto? (¿Reciclado nuevamente en la fuente de energía?)

Nuevamente, el LED y su resistencia definen la corriente que tomarán. No hay "descanso".

3. ¿Por qué un LED "baja el voltaje" en cierta cantidad? ¿Y qué sucede con el resto de los componentes en serie? ¿Cae el voltaje para cada componente, hasta que no queda nada?

El LED tiene un voltaje directo más o menos fijo a una corriente dada. El resto del voltaje se cae a través de la resistencia. Eso define la corriente a través del LED.

4.Vi recientemente un video, donde el tipo que explica las resistencias, dibujó un scetch que muestra 12v -> Resistencia -> LED --- 0V (¿Elige su resistencia en la medida de "usar toda la corriente / voltaje" antes de que llegue al final del circuito? Youtube Video

En cualquier circuito en serie, el voltaje aplicado se divide entre los elementos de ese circuito en serie. La corriente se define por lo que demandan los elementos del circuito y es constante en todo el circuito en serie.

Tenga en cuenta que el voltaje es simplemente una medida del potencial de los electrones para fluir entre dos puntos. Siempre se mide entre dos puntos, y un valor de 0 voltios nos dice que no habría corriente entre esos mismos dos puntos.

5. ¿Por qué una batería se agota si conecta los terminales directamente, pero si agrega una bombilla (resistencia), no?

Un corto muerto tiene prácticamente cero resistencia y toma mucha corriente del suministro. Una bombilla tiene una resistencia y toma mucha menos corriente.

6.He realizado horas y horas de investigación, y entiendo lo que hace una resistencia, pero no entiendo por qué es necesaria (¿no se debe agotar la batería? ... ¿esto significa que "consume" toda la potencia antes vuelve al ánodo?)

Se necesitan resistencias para establecer corrientes y ajustar los niveles de voltaje a través de un circuito en serie. También se utilizan para otras funciones, como parte de filtros de frecuencia, osciladores, etc., etc.

7. ¿Por qué funcionan las diferentes bombillas en la misma batería (diferente resistencia, pero no muy corto?)

Las diferentes bombillas tienen diferentes resistencias.

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Con el fin de comprender todo esto que necesita para familiarizarse con la Ley de Ohm y el voltaje de Kirchoff Ley.

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EDITAR: agregar una pregunta de comentario ya que es útil por sí solo y puede migrarse.

¿Estoy en lo correcto al afirmar lo siguiente: "Si coloco un LED directamente en una fuente de alimentación de 600 maH," usará "todo lo que esté disponible (600 maH). ¿Entonces calibro para que la resistencia resista suficiente corriente para alimentar la corriente? LED solo lo que necesita?

Una fuente de alimentación de 600 mAh significa bastante menos aquí. mAh es una medida de cuánta carga y potencia total efectiva suministrará una batería en un momento dado. Si su circuito toma 1 mA, la batería durará 600 horas. Si su circuito toma 1A, la batería solo durará 36 minutos. Tenga en cuenta las unidades ... mA * Horas.

Una batería más grande, de la misma tecnología y voltaje, tiene más mAh.

La cantidad de energía que puede entregar en un momento dado depende de la resistencia terminal de la batería y de la rapidez con que reaccione la química dentro de la batería. Una batería de iones de litio de 3.7V 600mAh entregará mucha más energía bruta que una alcalina de 1.5V 600mAh. Poder y energía no es lo mismo. Sin embargo, en última instancia, la carga, el circuito, dicta cuánto absorbe la batería y qué tan rápido, suponiendo que no se está agotando demasiado, en ese momento el voltaje de la batería disminuirá.

Tienes que pensar en una batería como el tanque de gasolina de tu auto. La rapidez con la que baja el combustible depende de qué tan fuerte y rápido esté conduciendo. 600 mAh solo define qué tan grande es el "tanque de gasolina". El gas tiene que pasar del tanque al motor a través de una tubería y los inyectores. Si demanda demasiado gas, no pasará de esos lo suficientemente rápido y el motor se quedará sin gasolina.

Aquí hay una introducción basada en la física a los conceptos de EE que está tratando de entender.

Sus preguntas se responden en la parte inferior.

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Todo deriva del flujo de "carga"

Electrónica, como denota su palabra raíz electrón , es en gran medida un estudio del flujo de electrones en un sistema particular.

Los electrones son los "portadores" fundamentales de carga en un circuito típico; es decir, cómo se "mueve" la carga en la mayoría de los circuitos.

Adoptamos una convención de firma que dice que los electrones tienen una carga "negativa". Además, un electrón representa la unidad de carga más pequeña a escala atómica (física clásica). Esto se llama la carga "elemental" y se encuentra en Coulombs.$-1.602{\times}{10}^{-19}$

Por el contrario, los protones tienen una carga firmada "positiva" de Coulombs.$+1.602{\times}{10}^{-19}$

Sin embargo, los protones no pueden moverse tan fácilmente porque normalmente están unidos a los neutrones dentro de los núcleos atómicos por la fuerza nuclear fuerte. Se necesita mucha más energía para eliminar protones de los núcleos atómicos (la base de la tecnología de fisión nuclear, por cierto) que eliminar electrones.

Por otro lado, podemos desalojar electrones de sus átomos con bastante facilidad. De hecho, las células solares se basan completamente en el efecto fotoeléctrico (uno de los descubrimientos seminales de Einstein) porque los "fotones" (partículas de luz) desalojan los "electrones" de sus átomos.

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Campos eléctricos

Todas las cargas ejercen un campo eléctrico "indefinidamente" en el espacio. Este es el modelo teórico.

Un campo es simplemente una función que produce una cantidad vectorial en cada punto (una cantidad que contiene magnitud y dirección ... para citar Mi villano favorito ).

Un electrón crea un campo eléctrico donde el vector en cada punto del campo apunta hacia el electrón (dirección) con una magnitud correspondiente a la ley de Coulomb:

$$\lvert \vec E\rvert~~=~~\underbrace{\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}}_{ \begin{array}{c} \text{constant} \\ \text{factor} \end{array} }~~\underbrace{\frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}}_{ \begin{array}{c} \text{focus on} \\ \text{this part} \end{array} }$$

Las instrucciones se pueden visualizar como:

Estas direcciones y magnitudes se determinan en función de la fuerza (dirección y magnitud) que se ejercería sobre una carga de prueba positiva. En otras palabras, las líneas de campo representan la dirección y la magnitud que experimentaría una carga positiva de prueba .

Una carga negativa experimentaría una fuerza de la misma magnitud en la dirección opuesta .

Según esta convención, cuando un electrón está cerca de un electrón o un protón cerca de un protón, se repelerán.

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Superposición: cobros de cargas

Si suma todos los campos eléctricos ejercidos individualmente por todas las cargas en una región en un punto particular, obtendrá el campo eléctrico total en ese punto ejercido por todas las cargas.

Esto sigue el mismo principio de superposición utilizado para resolver problemas de cinemática con múltiples fuerzas que actúan sobre un objeto singular.

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La carga positiva es la ausencia de electrones; carga negativa es el excedente de electrones

Esto se aplica específicamente a la electrónica donde estamos lidiando con el flujo de carga a través de materiales sólidos.

Para repetir: la electrónica es el estudio del flujo de electrones como portadores de carga; Los protones no son los principales portadores de carga.

Nuevamente: para los circuitos, los electrones se mueven, los protones no.

Sin embargo, se puede crear una carga positiva "virtual" por la ausencia de electrones en una región de un circuito porque esa región tiene más protones netos que electrones .

Recordemos el modelo de electrones de valencia de Dalton donde los protones y los neutrones ocupan un pequeño núcleo rodeado de electrones en órbita.

Los electrones que están más alejados del núcleo en la capa de "valencia" más externa tienen la atracción más débil hacia el núcleo según la ley de Coulomb que indica que la intensidad del campo eléctrico es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

Al acumular carga, por ejemplo, en una placa u otro material (por ejemplo, frotándolos vigorosamente como en los viejos tiempos), podemos generar un campo eléctrico. Si colocamos electrones en este campo, los electrones se moverán macroscópicamente en una dirección opuesta a las líneas del campo eléctrico.

Nota: como describirá la mecánica cuántica y el movimiento browniano, la trayectoria real de un electrón individual es bastante aleatoria. Sin embargo, todos los electrones exhibirán un movimiento macroscópico "promedio" basado en la fuerza indicada por el campo eléctrico.

Por lo tanto, podemos calcular con precisión cómo responderá una muestra macroscópica de electrones a un campo eléctrico.

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Potencial eléctrico

Recordemos la ecuación basada en la ley de Coulomb que indica la magnitud de la fuerza ejercida sobre una carga de prueba positiva :$\lvert \vec E\rvert$

$$\lvert \vec E\rvert = \frac{1}{4\pi\epsilon_{0}} \frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}$$

De esta ecuación, vemos como , . Es decir, la magnitud de la fuerza ejercida sobre una carga de prueba positiva se hace más grande cuanto más nos acercamos al origen del campo eléctrico.$r \to 0$$\lvert \vec E\rvert \to \infty$

Dicho en el opuesto, como , : a medida que se aleja infinitamente del origen de un campo eléctrico, la intensidad del campo tiende a cero.$r \to \infty$$\lvert \vec E\rvert \to 0$

Ahora, considere la analogía de un planeta. A medida que aumenta la masa acumulada total del planeta, también lo hace su gravedad. La superposición de los tirones gravitacionales de toda la materia contenida en la masa del planeta produce atracción gravitacional.

Aparte: la masa de tu cuerpo ejerce una fuerza sobre el planeta, pero la masa del planeta hasta ahora excede la masa de tu cuerpo que su atracción gravitacional es eclipsada por la atracción del planeta.$\left(M_{\text{planet}} \gg m_{\text{you}}\right)$

Recordemos de la cinemática que el potencial gravitacional es la cantidad de potencial que tiene un objeto debido a su distancia del centro gravitacional del planeta . El centro gravitacional del planeta puede tratarse como una fuente de gravedad puntual.

Del mismo modo, definimos el potencial eléctrico como la cantidad de energía necesaria para mover una carga de prueba positiva desde infinitamente lejos hasta un punto específico.$q$

En el caso del potencial gravitacional, suponemos que el campo de gravedad es cero infinitamente lejos del planeta.

Si tenemos una masa que comienza infinitamente lejos, el campo gravitacional del planeta funciona para acercar la masa. Por lo tanto, el campo gravitacional "pierde potencial" a medida que una masa se acerca al planeta. Mientras tanto, la masa se acelera y gana energía cinética.planeta m → $m$$\vec g_{\text{planet}}$

Del mismo modo, si tenemos una carga de prueba positiva que comienza desde infinitamente lejos de una carga fuente que genera un campo eléctrico , el potencial eléctrico en un punto es cuánta energía se necesitaría para mover la carga de prueba a cierta distancia de la carga de origen.→ E fuente$q_{\text{source}}$$\vec E_{\text{source}}$$r$

Esto resulta en:

• Las cargas negativas ganan potencial eléctrico cuando se mueven en la dirección del campo eléctrico y lejos de una carga de fuente positiva.$\vec E$
• Las cargas negativas pierden potencial eléctrico cuando se mueven en dirección opuesta al campo eléctrico y hacia una carga fuente positiva.$\vec E$
• Por el contrario, las cargas positivas pierden potencial eléctrico cuando se mueven en la dirección del campo eléctrico y lejos de una carga fuente positiva.$\vec E$
• Las cargas positivas ganan potencial eléctrico cuando se mueven en la dirección opuesta al campo eléctrico y hacia una carga fuente positiva.$\vec E$

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Potencial electrico en conductores

Considere el modelo de conductores o metales de transición como el cobre o el oro que tienen un "mar de electrones". Este "mar" está compuesto por electrones de valencia que están más libremente acoplados y más o menos "compartidos" entre múltiples átomos.

Si aplicamos un campo eléctrico a estos electrones "sueltos", están inclinados, en un promedio macroscópico, a moverse en una dirección específica con el tiempo.

Recuerde, los electrones viajan en la dirección opuesta al campo eléctrico.

Del mismo modo, colocar una longitud de conductor de cable cerca de una carga positiva causará un gradiente de carga a lo largo de la longitud del cable.

La carga en cualquier punto del cable puede calcularse utilizando su distancia desde la carga fuente y los atributos conocidos del material utilizado en el cable.

La carga positiva debido a la ausencia de electrones aparecerá más lejos de la carga fuente positiva, mientras que la carga negativa debido a la recolección y el exceso de electrones se formarán más cerca de la carga fuente.

Debido al campo eléctrico, aparecerá una "diferencia de potencial" entre dos puntos en el conductor. Así es como un campo eléctrico genera voltaje en un circuito.

El voltaje se define como la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos en un campo eléctrico.

Finalmente, la distribución de carga a lo largo del cable alcanzará el "equilibrio" con el campo eléctrico. Esto no significa que la carga deje de moverse (recuerde el movimiento browniano); solo que el movimiento de carga "neto" o "promedio" se aproxima a cero.

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Baterías no ideales

Hagamos una fuente de energía de celda galvánica o voltaica .

Esta celda funciona con la reacción redox electroquímica de las barras de zinc y cobre en una solución acuosa de sal de nitrato de amonio .$\left(\text{NH}_{4}\right)\left(\text{NO}_{3}\right)$

El nitrato de amonio es una sal unida iónicamente que se disuelve en agua en sus iones constituyentes y . NO - $\text{NH}_{4}^{+}$$\text{NO}_{3}^{-}$

Terminología útil:

• catión : un ion cargado positivamente
• anión : un ion cargado negativamente
• cátodo : los cationes se acumulan en el cátodo
• ánodo : los aniones se acumulan en el ánodo

Mnemotécnico útil: " un ion" es " un ion" es " un ion egativo"

Si examinamos la reacción de la celda galvánica de zinc-cobre arriba:

$$\text{Zn}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}~~+~~\text{Cu}^{2+} \quad\longrightarrow\quad \text{Zn}^{2+}~~+~~\text{Cu}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}$$

El movimiento de cationes y es el flujo de carga positiva en forma de iones. Este movimiento va hacia el cátodo . Cu 2 $\text{Zn}^{2+}$$\text{Cu}^{2+}$

Nota: Anteriormente dijimos que la carga positiva es la "ausencia" de electrones. Los cationes (iones positivos) son positivos porque la eliminación de los electrones da como resultado una carga atómica neta positiva debido a los protones en el núcleo. Estos cationes son móviles en la solución de la celda galvánica, pero como puede ver, los iones no viajan a través del puente conductor que conecta los dos lados de la celda . Es decir, solo los electrones se mueven a través del conductor .

Basado en el hecho de que los cationes positivos se mueven y se acumulan hacia el cátodo, lo etiquetamos como negativo (las cargas positivas son atraídas por las negativas).

Por el contrario, debido a que los electrones se mueven hacia el ánodo y se acumulan en él, lo etiquetamos como positivo (las cargas negativas se atraen a las positivas).

¿Recuerdas cómo aprendiste que la corriente fluye de a ? Esto se debe a que la corriente convencional sigue el flujo de carga positiva y cationes, no carga negativa.$\textbf{+}$$\textbf{-}$

Esto se debe a que la corriente se define como el flujo de carga positiva virtual a través de un área de sección transversal . Los electrones siempre fluyen opuestos a la corriente por convención.

Lo que hace que esta celda galvánica no sea ideal es que eventualmente el proceso químico que genera el campo eléctrico a través del conductor y hace que los electrones y la carga fluyan llegará al equilibrio.

Esto se debe a que la acumulación de iones en el ánodo y el cátodo evitará que la reacción continúe.

Por otro lado, una fuente de energía "ideal" nunca perderá la fuerza del campo eléctrico.

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Las fuentes de voltaje ideales son como escaleras mecánicas mágicas.

Volvamos a la analogía del potencial gravitacional.

Suponga que está en una colina y tiene un camino arbitrario cuesta abajo construido con paredes de cartón. Digamos que haces rodar una pelota de tenis por este camino con paredes de cartón. La pelota de tenis seguirá el camino.

En los circuitos, el conductor forma el camino.

Ahora digamos que tiene una escalera mecánica al pie de la colina. Como una máquina Rube Goldberg, la escalera mecánica recoge las pelotas de tenis que ruedas por el camino, luego las deja caer al comienzo del camino en la cima de la colina.

La escalera mecánica es su fuente de energía ideal.

Ahora, digamos que satura casi por completo todo el camino (escalera mecánica incluida) con pelotas de tenis. Solo una larga línea de pelotas de tenis.

Debido a que no saturamos completamente el camino, todavía hay huecos y espacios para que se muevan las pelotas de tenis.

Una pelota de tenis que sube por la escalera mecánica choca con otra pelota, que choca con otra pelota que ... sigue y sigue.

Las pelotas de tenis que bajan por el camino en la colina ganan energía debido a la diferencia potencial en la gravedad. Rebotan entre sí hasta que finalmente, otra pelota se carga en la escalera mecánica.

Llamemos a las pelotas de tenis nuestros electrones. Si seguimos el flujo de electrones cuesta abajo, a través de nuestro "circuito" de cartón falso, luego subimos por la "fuente de energía" de la escalera mecánica mágica, notamos algo:

Los "espacios" entre las pelotas de tenis se mueven en la dirección exactamente opuesta a las pelotas de tenis (subiendo la colina y bajando la escalera mecánica) y se mueven mucho más rápido. Las bolas se mueven naturalmente de alto potencial a bajo potencial, pero a una velocidad relativamente lenta. Luego se vuelven a mover a un alto potencial usando la escalera mecánica.

La parte inferior de la escalera mecánica es efectivamente el terminal negativo de una batería, o el cátodo en la celda galvánica que discutimos anteriormente.

La parte superior de la escalera mecánica es efectivamente el terminal positivo de una batería, o el ánodo en una celda galvánica. El terminal positivo tiene un mayor potencial eléctrico.

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Corriente

Bien, entonces la dirección en la que fluye la carga positiva es la dirección de la corriente eléctrica.

¿Qué es actual?

Por definición, es: la cantidad de carga que pasa a través de un área transversal por segundo (unidades: Coulombs por segundo). Es directamente proporcional al área de la sección transversal del alambre / material conductor y la densidad de corriente. La densidad actual es la cantidad de carga que fluye a través de una unidad de área (unidades: Coulombs por metro cuadrado).

Aquí hay otra forma de pensarlo:

Si tiene un lanzador de pelotas de tenis que escupe pelotas cargadas positivamente a través de una puerta, el número de pelotas que atraviesa la puerta por segundo determina su "corriente".

Qué tan rápido se mueven esas bolas (o cuánta energía cinética tienen cuando golpean una pared) es el "voltaje".

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Conservación de carga y tensión.

Este es un principio fundamental.

Piénselo así: hay un número fijo de electrones y protones. En un circuito eléctrico, la materia no se crea ni se destruye ... por lo que la carga siempre permanece igual. En el ejemplo de la escalera mecánica de pelotas de tenis, las pelotas iban en un bucle. El número de bolas se mantuvo fijo.

En otras palabras, la carga no se "disipa". Usted nunca se carga perder.

Lo que sucede es que la carga pierde potencial . Las fuentes de voltaje ideales devuelven su potencial eléctrico a la carga.

Las fuentes de voltaje NO crean carga. Generan potencial eléctrico.

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Corriente que fluye dentro y fuera de los nodos, resistencia

Tomemos ese principio de conservación de la carga. Se puede aplicar una analogía similar al flujo de agua.

Si tenemos un sistema fluvial en una montaña que se ramifica, cada rama es análoga a un "nodo" eléctrico.

          / BRANCH A
         /
        /
MAIN ---
        \
         \
          \ BRANCH B

-> downhill

La cantidad de agua que fluye hacia una rama debe ser igual a la cantidad de agua que fluye fuera de la rama por el principio de conservación: el agua (carga) no se crea ni se destruye.

Sin embargo, la cantidad de agua que fluye hacia abajo de una rama en particular depende de cuánta "resistencia" presenta esa rama.

Por ejemplo, si la rama A es extremadamente estrecha, la rama B es extremadamente ancha y ambas ramas tienen la misma profundidad, entonces la rama B tiene naturalmente el área transversal más grande.

Esto significa que la rama B presenta menos resistencia y un mayor volumen de agua puede fluir a través de ella en una sola unidad de tiempo.

Esto describe la ley actual de Kirchoff.

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¿Todavía estás aquí? ¡Increíble!

1. ¿Qué le sucede al resto de la corriente no utilizada?

Debido al principio de conservación, toda carga en un nodo debe fluir. No hay corriente "no utilizada" porque no se utiliza corriente . No hay cambio en la corriente en un solo circuito en serie.

Sin embargo, diferentes cantidades de corriente pueden fluir por diferentes ramas en un nodo eléctrico en un circuito paralelo dependiendo de las resistencias de las diferentes ramas.

2. ¿Utiliza el LED toda la corriente?

Técnicamente, el LED y las resistencias no "usan" corriente, porque no hay una caída de corriente (la cantidad de carga que pasa a través del LED o las resistencias en una unidad de tiempo). Esto se debe a la conservación de la carga aplicada a un circuito en serie: no hay pérdida de carga en todo el circuito, por lo tanto, no hay caída de corriente.

La cantidad de corriente (carga) está determinada por el comportamiento del LED y las resistencias según lo descrito por sus curvas iv

3. ¿Por qué el LED "baja el voltaje" en cierta cantidad?

Aquí hay un circuito básico de LED .

Un LED tiene un voltaje de activación, generalmente alrededor de ~ 1.8 a 3.3 V. Si no cumple con el voltaje de activación, prácticamente no fluirá corriente. Consulte las curvas de LED iv vinculadas a continuación.

Si intenta impulsar la corriente en la dirección opuesta a la polaridad de los LED, estará operando el LED en un modo de "polarización inversa" en el que casi no pasa corriente. El modo de funcionamiento normal de un LED es el modo de polarización directa. Más allá de cierto punto en el modo de polarización inversa, el LED "se descompone". Mira el gráfico iv de un diodo.

Los LED son en realidad uniones PN (silicio p dopado y n dopado aplastados). Según los niveles de Fermi del silicio dopado (que depende de los espacios de banda de electrones del material dopado) los electrones requieren una cantidad muy específica de energía de activación para saltar a otro nivel de energía. Luego irradian su energía como un fotón con una longitud de onda / frecuencia muy específica a medida que saltan a un nivel inferior.

Esto explica la alta eficiencia (más del 90% de la energía disipada por un LED se convierte en luz, no en calor) de los LED en comparación con las bombillas de filamento y CFL.

Esta es también la razón por la cual la iluminación LED parece tan "artificial": la luz natural contiene una mezcla relativamente homogénea de un amplio espectro de frecuencias; Los LED emiten combinaciones de frecuencias de luz muy específicas.

Los niveles de energía también explican por qué la caída de voltaje a través de un LED (u otros diodos) es efectivamente "fija" incluso a medida que pasa más corriente. Examine la curva iv para un LED u otro diodo: más allá del voltaje de activación, la corriente aumenta MUCHO para un pequeño aumento en el voltaje. En esencia, el LED intentará dejar que fluya tanta corriente como sea posible, hasta que se deteriore físicamente.

Esta es también la razón por la que usa una resistencia limitadora de corriente en línea para limitar el flujo de corriente a través de un diodo / LED a un miliamperio específico según la especificación del LED.

3 (b). ¿Y qué sucede con el resto de los componentes en serie? ¿Cae el voltaje para cada componente, hasta que no queda nada?

Sí, la ley de voltaje de Kirchoff es que la suma de todas las caídas de voltaje en un circuito alrededor de un circuito es cero . En un circuito en serie simple, solo hay un bucle.

4. ¿Elige su resistencia hasta el punto de "usar toda la corriente / voltaje" antes de que llegue al final del circuito?

No. Usted elige su resistencia según la clasificación de corriente del LED (digamos 30 mA = 0.03 A) y la ley de Ohm como se describe en el artículo del circuito del LED .

Tu voltaje se agotará. Su corriente sigue siendo la misma en todo el circuito de una sola serie.

5. ¿Por qué una batería se queda sin carga si conecta los terminales directamente, pero si agrega una bombilla (resistencia), no es así?

No estoy seguro de lo que quieres decir con "muy corto".

Conectar los terminales de una batería juntos resulta en una gran corriente descargada al voltaje de la batería. Ese voltaje se disipa a través de la resistencia interna de la batería y el cable conductor en forma de calor, porque incluso los conductores tienen cierta resistencia.

Es por eso que las baterías en corto se calientan mucho. Ese calor puede afectar negativamente la composición de una célula química hasta que explote.

6. ¿Por qué son necesarias las resistencias?

Aquí está la retórica: imagina que hay este increíble concierto. Todas tus bandas favoritas estarán allí. Será un buen momento.

Digamos que los organizadores del evento no tienen un concepto de realidad. Entonces hacen que la entrada a este increíble concierto sea casi completamente gratis. Lo ponen en un área extremadamente accesible. De hecho, están tan desorganizados que ni siquiera les importa si venden en exceso y no hay suficientes asientos para todos los que compran boletos.

Ah, y esto es en Nueva York.

Con bastante rapidez, este increíble concierto se convierte en un desastre total. Las personas están sentadas unas sobre otras, derramando cerveza por todas partes; Las peleas están estallando, los baños están atascados, las groupies están asustando a todos, y apenas puedes escuchar la música sobre todo la conmoción.

Piensa en tu LED como ese increíble concierto. Y piense en lo desordenado que será su LED si no tiene más resistencia allí para evitar que TODOS y sus madres aparezcan en el concierto.

En este tonto ejemplo, "resistencia" se traduce en "costo de entrada". Por simples principios económicos, aumentar el costo del concierto disminuye el número de personas que asistirán.

Del mismo modo, aumentar la resistencia en un circuito evita que la carga (y posteriormente la corriente) pase. Esto significa que su LED (concierto) no es completamente destruido por todas las personas (carga).

Sí, la ingeniería eléctrica es una verdadera fiesta.

¿Cuál es la forma más rápida de comprender la electricidad básica? Solo concéntrese en los problemas de "botones calientes" como los siguientes. Arregle sus conceptos mentales, y todo encaja en su lugar y tiene sentido.

Los conductores son materiales compuestos de "electricidad móvil". No conducen electricidad, en su lugar contienen electricidad, y su electricidad puede moverse. Tenga cuidado con la definición incorrecta generalizada de conductores:

Incorrecto: los conductores son transparentes a la corriente, como las tuberías de agua vacías? No

CORRECTO: todos los conductores contienen carga móvil, como tuberías llenas de agua.

Los cables son como mangueras precargadas, donde los electrones del metal son como el agua que ya está dentro de la manguera. En los metales, los propios electrones de los átomos están constantemente saltando y 'orbitando' por todo el conjunto de metales. Todos los metales contienen un "mar" de electricidad móvil similar a un fluido. Entonces, si conectamos algunos cables de metal en un círculo, hemos creado una especie de correa de transmisión o volante oculto. Una vez que se forma el bucle, el "cinturón eléctrico" circular puede moverse libremente dentro del metal. (Si agarramos y agitamos nuestro círculo de cables, en realidad produciremos una pequeña corriente eléctrica por inercia, como si el cable fuera una manguera llena de agua. Búsqueda: efecto Tolman).

La ruta de la corriente es un círculo completo, que incluye la fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación no suministran electrones. (En otras palabras, el círculo no tiene principio. Es un bucle, como un volante móvil). Los electrones móviles son aportados por los propios cables. Las fuentes de alimentación son solo bombas de electricidad. El camino para la corriente es a través de la fuente de alimentación y de regreso. Una fuente de alimentación es solo otra parte del circuito cerrado.

Las corrientes eléctricas son flujos bastante lentos. Pero, como las ruedas y las correas de transmisión, cuando empujamos una parte de la rueda, toda la rueda se mueve como una unidad. Podemos usar una correa de transmisión de goma para transferir instantáneamente energía mecánica. Podemos usar un circuito cerrado de electricidad para transferir instantáneamente energía eléctrica a cualquier parte del circuito. ¡Sin embargo, el bucle en sí no se mueve a la velocidad de la luz! El bucle en sí se mueve lento. Y para los sistemas de CA, el bucle se mueve hacia adelante y hacia atrás mientras la energía se mueve continuamente hacia adelante. Gran pista: cuanto más rápidos son los electrones, más altos son los amperios. ¿Cero amperios? Es entonces cuando los propios electrones de los cables se detienen. Otra pista: la energía eléctrica son las ondas, y los electrones son el "medio" a lo largo del cual viajan las ondas. El medio se mueve hacia adelante y hacia atrás, mientras que la ola se propaga rápidamente. O, el medio se mueve hacia atrás, moviéndose lentamente, mientras que la ola avanza extremadamente rápido. (En otras palabras, no existe una sola "electricidad", ya que siempre había dos cosas separadas que se movían dentro de los circuitos: las corrientes circulares lentas de los electrones y la rápida propagación unidireccional de la energía electromagnética. Se mueven con dos velocidades completamente diferentes en los circuitos , y mientras las corrientes fluyen en bucles, la energía fluye en un sentido de una fuente a un consumidor).

Las baterías no almacenan electricidad. No almacenan carga eléctrica. Ni siquiera almacenan energía eléctrica . En cambio, las baterías solo almacenan "combustible" químico en forma de metales no corroídos como litio, zinc, plomo, etc. Pero entonces, ¿cómo pueden funcionar las baterías? Fácil: una batería es una bomba de carga de propulsión química. A medida que sus placas de metal se corroen, se libera energía química y bombean electricidad a través de ellos mismos. El camino para la corriente es a través dela batería y vuelve a salir. (¡Las bombas no se usan para almacenar el material que se bombea!) Y, la 'capacidad' de la batería es solo la cantidad de combustible químico en el interior. Una cierta cantidad de combustible puede bombear una cierta cantidad total de electrones antes de que el combustible se agote. (Es un poco como calificar su tanque de gasolina en millas de viaje, en lugar de en galones. ¡Los tanques de gasolina no almacenan millas y las baterías no almacenan electricidad!) ¿Baterías recargables? Fue entonces cuando los forzamos a retroceder, de modo que sus "productos de escape" internos se convierten de nuevo en combustible: los compuestos de corrosión vuelven a convertirse en metal nuevamente.

Las resistencias no consumen electricidad. Cuando se enciende una bombilla, sus propios electrones comienzan a moverse, a medida que entran electrones nuevos en un extremo del filamento, pero al mismo tiempo otros electrones salen del otro extremo. El filamento es parte de un anillo completo de electrones que se mueven como una correa de transmisión. El efecto de calentamiento es un tipo de fricción, como cuando empujas el pulgar contra el borde de un neumático giratorio. (Su pulgar no consume goma, en cambio solo se calienta por fricción, y las bombillas no consumen electrones, simplemente "rozan" los electrones en movimiento y se calientan por fricción). Por lo tanto, las resistencias son solo dispositivos de fricción. El camino para los electrones es a través, y no se consumen ni se pierden electrones. Tenga en cuenta que cuanto más rápido sean los electrones, mayores serán los amperios y mayor será el calentamiento. La corriente "baja" es electricidad lenta.

También soy un principiante pero trato de responder tus preguntas:

1. No hay 'descanso' de la corriente. La corriente se usa tanto como sea necesario. Si conecta un cable de + (VCC) a - (GND) obtendrá un cortocircuito. Míralo, ya que no hay freno en la velocidad a la que pueden correr los electrones.

2. Si no hay resistencia, el LED usará los electrones en la "velocidad" más rápida posible. Como esto es demasiado, el LED se quemará (tarde o temprano).

3. No sé la razón por la que cae, probablemente el mecanismo interno del LED hace que se use algo de voltaje. Esto significa que al resto le queda menos voltaje. Y sí, continuará hasta que no quede nada. Esto puede causar que otros LED no se enciendan, parpadeen, se comporten de manera irregular o se atenúen.

4. En realidad, debes calcularlo debido a lo brillante que quieres que sea tu led. Por lo tanto, una resistencia más alta hace que el LED brille menos.

5. Una bombilla tiene resistencia interna, por lo que no se necesita una resistencia.

6. No consume batería, solo hace que el flujo de electrones sea más lento (al menos eso es una analogía fácil).

7. Cada bombilla tiene una resistencia interna, por lo que no produce un cortocircuito. Si usa demasiado voltaje, se romperá.

Lea sobre el modelo de agua eléctrica. Compara la corriente con el agua que fluye alrededor y puede ayudar a comprender qué significan términos como corriente y voltaje y cómo actúan juntos.

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Mencioné este modelo porque me ha ayudado mucho a comprender varias cosas.
laptop2d tiene razón, una explicación es mejor que "ve a buscar eso". Pero es bastante largo explicar todo aquí, cuando otros sitios ya lo hicieron correctamente. No soy un experto y describir cosas en inglés también puede no ser la mejor idea ... pero intentémoslo.

¡Corrígeme si me equivoco!

Compare la electricidad con un tanque de agua arriba, la fuente, y un tanque de agua debajo, el fregadero. En el tanque superior hay agua que quiere correr a través de una tubería hacia el tanque inferior. Esta es tu batería. Cargar la batería significa llenar el agua del tanque inferior con el tanque superior. Tener un tanque superior vacío es una batería vacía.
Imagine que hay una tubería de arriba a abajo: el cable.
El agua quiere fluir por la tubería; la batería quiere producir corriente eléctrica en el cable.
Una válvula en la tubería se compara con un interruptor.
Abrir una válvula a la mitad solo puede entenderse como una resistencia. Limita el flujo de agua.
Una rueda de agua es un consumidor y una resistencia también. Limita el flujo de agua también. Si la válvula se usa adicionalmente para crear resistencia, se puede controlar la velocidad de rotación de la rueda.
La presión del agua entre los dos tanques es el voltaje. Un tanque colocado más alto tiene una presión más alta en relación con el tanque inferior.
La cantidad de agua que fluye en 1 segundo a través de las tuberías es la corriente. ¡Sé consciente del tiempo aquí!
La presión del agua, la resistencia y la cantidad de agua que fluye dependen entre sí. Esta es la ley de Ohm. Una tubería ancha sin nada más permite que el agua fluya de manera incontrolablemente pesada: un corto circuito. Los tanques y la tubería pueden dañarse.

Con este modelo quizás puedas entender mejor las cosas. Por ejemplo, que el agua que no fluye a través de la rueda no va a ningún otro lado. Espera en el tanque para ser utilizado más tarde.

Las respuestas hasta ahora se centran en los ejemplos específicos de la pregunta, que tienen un alcance bastante limitado. Creo que el verdadero malentendido proviene de una mayor familiaridad con la lógica digital que los circuitos analógicos tradicionales (lo que lleva a estos ejemplos limitados).

Simplísticamente, se puede construir un circuito digital (como una MPU) con solo elementos de encendido / apagado 'duros'. Los circuitos integrados se construyen así para mejorar el consumo de energía.

Las resistencias son importantes cada vez que un circuito se vuelve analógico (o real como algunas personas podrían expresarlo). Si el tamaño de su señal es importante, es probable que haya resistencias involucradas.

• Un circuito clásico de amplificador operacional (a menos que la ganancia sea -1) depende de la relación de resistencias.
• Los convertidores A / D y D / A probablemente usan resistencias.
• El control de estado predeterminado (pull-up / pull-down) usa resistencias.
• Los circuitos de temporización simples usan una red RC. Es posible que vea esto en un circuito de retardo de reinicio.
• La carga de la batería, el voltaje y la regulación de corriente usan resistencias, como se identifica en la pregunta, en varios tipos de retroalimentación y funciones de estabilización.

Los aspectos analógicos de muchos circuitos modernos están oscurecidos o contenidos en módulos preenvasados. La aparición del diseño digital ha reducido las oportunidades de comprender los conceptos analógicos simples.

TL; DR para el caso específico de un LED (como se le preguntó):

Cualquier carga conectada a un suministro de voltaje constante de CC (por ejemplo, una batería) que no sea efectivamente una resistencia de alguna descripción, es incapaz de extraer energía de la batería o un cortocircuito.

Algunas cargas eléctricas se comportan inherentemente como resistencias (y SON resistencias, solo que no se parecen al componente electrónico), por ejemplo, bombillas, calefactores, hornos. Estos, si están diseñados correctamente, autorregularán su consumo de energía si se alimentan de una fuente de voltaje constante (batería, red, la mayoría de las fuentes de alimentación).

Algunos (como motores, transformadores), aunque no son resistencias, se comportarán de manera equivalente a uno cuando estén conectados a una fuente de CA de voltaje constante .

Otras cargas (como LED, tubos fluorescentes desnudos) no se comportan en sí mismas como resistencias y no pueden regular su propio consumo de energía cuando se alimentan de fuentes de voltaje constante . La fuente de alimentación ideal para estas cargas es una fuente de corriente constante , y los componentes adicionales necesarios a su alrededor están ahí para que su fuente de voltaje constante se comporte lo suficiente como una fuente de corriente constante.

Afortunadamente, las respuestas ya publicadas dan alguna aclaración, pero a menos que me haya perdido, hubo una pregunta que no se cubrió del todo: "¿Por qué una batería se queda sin carga si conecta los terminales directamente, pero si agrega una bombilla ( resistencia), ¿no? "

En realidad, cuando hace frío (es decir, no está encendido), una lámpara incandescente casi se queda corta; su resistencia es muy baja, pero generalmente tendrá mucho más que los cables conectados. Entonces podemos aproximarnos a la situación como una resistencia de muy bajo valor en un circuito sin resistencia. Debido a eso, cuando la batería se conecta por primera vez, toda su diferencia de potencial (voltaje) cae a través de la pequeña resistencia de la lámpara, lo que genera una corriente alta (ley de Ohm en funcionamiento). Cuando tenemos un voltaje mayormente estable a alta corriente a través de un componente, consumirá mucha energía(P = IV) y, por lo tanto, se calentará (aparte, la batería experimenta la misma diferencia de potencial y exactamente la misma corriente, por lo que también se calienta, pero es un objeto grande y pesado mientras que la lámpara es una pequeña astilla enrollada de alambre de tungsteno, por lo que este último se calienta mucho, mucho más).

Sin embargo, lo que pasa con la lámpara es que su resistencia depende de la temperatura. Por lo general, ese no es un fenómeno que se muestra mucho porque los rangos de temperatura con los que generalmente tratamos son pequeños, pero el filamento de una lámpara alcanzará más de 3000K y, en el caso del tungsteno, la resistencia aumenta con la temperatura. Entonces, una vez que la temperatura del filamento se estabiliza después de que la batería está conectada, al igual que su brillo y su resistencia, actúa como una resistencia bastante fuerte. De hecho, puede medir esto usted mismo: usando la configuración de resistencia de un DMM, mida la resistencia a través de los terminales de la lámpara (el DMM usa un voltaje muy bajo para esto y ni siquiera se acercará a encender la lámpara) y luego use el DMM para mida tanto el voltaje a través como la corriente a través de la lámpara cuando esté conectada a una batería. Luego use la ley de Ohm con esos dos números (V / I = R) y obtendrá un número de resistencia mucho mayor que cuando la lámpara no estaba encendida. De hecho, la resistencia de la lámpara apagada es tan baja que la calidad del contacto entre las sondas de su DMM y los terminales de la lámpara será importante y podría tener dificultades para llegar a una lectura estable.

Como alguien más dijo, poner en cortocircuito una batería pequeña no derrite inmediatamente el cable que usa para hacerlo porque la batería tiene una resistencia efectiva interna bastante pequeña. Puede medir qué es eso tomando lecturas de V e I con una resistencia pequeña (por ejemplo, 25 ohmios para una batería de 9 V) y luego la lectura de V sin carga en la batería. Notarás que el voltaje que mides con la resistencia presente es ligeramente menor que el voltaje de circuito casi abierto que el DMM lee por sí mismo; esa diferencia de voltaje dividida por la corriente que lees con la resistencia conectada es la resistencia interna efectiva de la batería.

Bueno, antes que nada, algunas veces necesitas proteger los elementos de las altas corrientes. Por ejemplo, si conecta un diodo a una batería de 9 voltios, la corriente lo destruirá si está conectado de la manera correcta (A on +, C on -). Para evitar eso, conectamos una resistencia de 600 ohmios para tomar parte del voltaje en sus extremos, por lo que el voltaje más pequeño (+ - 3.3 voltios para un LED) aparecerá en los extremos del LED.

En segundo lugar, no siempre podemos elegir la fuente de alimentación. Puede decir "bueno, hay convertidores y transformadores IC" Sí, pero eso simplemente no es práctico ya que cuestan más y son más difíciles de operar (sin mencionar la diferencia entre los transformadores ideales y reales y su peso). También tenemos resistencias dinámicas (resistencias que cambian su resistencia, perdón si este no es el término, soy ruso y solo 1er año de secundaria en electrónica) que son mucho más prácticas ya que no puedes cambiar la cantidad de alambres en un transformador.

A juzgar por la naturaleza de esta pregunta, supongo que solo te estás metiendo en la electrónica, por lo que no debes preocuparte mucho por lo que hace qué. Simplemente aprenda las paredes: lo más importante es Kirchoff y comprenderá cómo funciona la corriente y cómo funciona el voltaje. El resto seguirá. Otras cosas en las que debe enfocarse es en comprender los elementos. Las paredes son lo primero, los elementos son lo segundo ... Cuando aprendas tu teoría podrás trabajar con LSIC y ensuciarte las manos. O puede comenzar a trabajar con un Arduino o algo así. Tengo el OSOYO y es increíble. (esta publicación no está marcada por arduino)

TAMBIÉN RECUERDA ESTO:

La corriente es igual al voltaje sobre la resistencia.

Puede ser útil conocer las unidades y las clasificaciones:

• mAh - miliamperios-hora. Una medida de carga eléctrica. Por sí solo, no dice mucho. Como clasificación de una batería, se vuelve significativa en combinación con el voltaje nominal de la batería como una medida de energía que la batería puede almacenar. Una hora de miliamperios es la cantidad de carga representada por una corriente de un miliamperio que fluye durante una hora.
• A - Amplificador (o amperio). Una medida de corriente eléctrica - tasa de flujo de carga.
• V - voltaje. Esta es una medida de potencial. Nuevamente, por sí mismo, no es una especificación completa para una batería, pero es importante. Una batería ideal mantendrá un voltaje específico y suministrará tanta o tan poca corriente a un circuito como sea necesario para mantener ese voltaje en sus terminales. Una batería real tendrá resistencia interna, por lo que tendrá un voltaje de "circuito abierto" (sin carga); el voltaje caerá a medida que aumenta la carga (tiene que suministrar más corriente a un circuito). A medida que la mayoría de las baterías reales se agotan, el voltaje también disminuye; La relación entre el estado de carga y el voltaje de circuito abierto depende del diseño y la química de la batería. La corriente de "cortocircuito" es la cantidad de corriente que entregará una batería cuando está limitada solo por su resistencia interna.
• W - Watt. Esta es una medida de potencia (tasa de energía entregada durante un período de tiempo). Los vatios pueden medir energía mecánica o eléctrica; De cualquier manera, es una velocidad a la que se realiza el trabajo. En términos eléctricos, la energía es un producto de voltaje y corriente (voltios x amperios).
• kWh - kilovatios-hora. Esta es una medida de energía. Un kilovatio-hora representa mil vatios de potencia entregada durante una hora, o 1 vatio de potencia entregada durante mil horas, 10 vatios durante 100 horas, etc. (vatios x horas).
• Ohm- resistencia. Una resistencia ideal exhibirá una relación proporcional entre la corriente que la atraviesa y el voltaje aplicado a sus terminales; duplica el voltaje y duplica la corriente (o viceversa). Se puede ver que esta relación actúa de dos maneras: si aplica un voltaje específico a través de una resistencia, pasará una cantidad definida de corriente; Si fuerza una cantidad específica de corriente a través de una resistencia, creará una caída de voltaje definida. De cualquier manera, el valor de la resistencia establece una relación fija entre el voltaje a través de sus terminales y la corriente a través de él. Cuando analiza un circuito, puede usar esto para resolver cualquiera de los tres valores (corriente, voltaje, resistencia) si conoce los otros dos. Ohmios = voltios / amperios, o, amperios = voltios / ohmios, o, voltios = amperios x ohmios. Las resistencias reales tienen una clasificación adicional: potencia: esta es la cantidad de energía que la resistencia puede disipar sin destruirse a sí misma. Si aplica un Volt a través de una resistencia de 1 Ohm, 1 Amp de corriente fluirá a través de él, y se disipará 1 Watt de potencia como calor; si duplica el voltaje, duplica la corriente, pero ahora esta resistencia de 1 Ohm disipará 2 V x 2 A = 4 W de potencia como calor. Si no está calificado para esto, o el diseño físico no permite la eliminación de este calor, se sobrecalentará, se quemará y potencialmente provocará un incendio. pero ahora esta resistencia de 1 Ohm disipará 2V x 2A = 4W de potencia como calor. Si no está calificado para esto, o el diseño físico no permite la eliminación de este calor, se sobrecalentará, se quemará y potencialmente provocará un incendio. pero ahora esta resistencia de 1 Ohm disipará 2V x 2A = 4W de potencia como calor. Si no está calificado para esto, o el diseño físico no permite la eliminación de este calor, se sobrecalentará, se quemará y potencialmente provocará un incendio.

Cuando analice los circuitos, tendrá "conocimientos" y "incógnitas". Por ejemplo, puede conocer el voltaje de una batería y la resistencia de la carga que está suministrando. Dado eso, puede calcular la corriente que dibujará el circuito. En un circuito complejo, puede tener numerosos valores de resistencia y dispositivos como LED o transistores que tendrán ciertas propiedades:

• los diodos tienen voltajes directos característicos: mantendrán aproximadamente el mismo voltaje en un amplio rango de corriente. Un diodo real tendrá una curva característica no lineal que relaciona la corriente directa con la tensión directa; sobre su rango de operación normal, la curva tiene una pendiente tan baja que para la mayoría de los propósitos, se considera plana (voltaje constante). Para entender por qué sucede esto, debe leer sobre diodos semiconductores
• los transistores de unión tienen un voltaje característico del emisor base: al igual que un voltaje directo de diodo, el voltaje del emisor base también es casi constante en un amplio rango de corriente; también tiene una curva no lineal que relaciona voltaje y corriente, y se ve muy similar a la de un diodo. Nuevamente, para comprender estas propiedades, debe leer sobre los transistores .

Puede usar estas propiedades para trabajar a través de un circuito para calcular corrientes a través de rutas donde conoce voltajes, voltajes en nodos donde conoce corrientes a través de ciertas rutas y resistencias equivalentes donde tiene resistencias conectadas entre sí. Esto es importante porque las corrientes y los voltajes determinan el consumo de energía (o disipación) que le indica si un circuito funcionará, qué valores nominales de los componentes deben seleccionarse y cuánta energía deberá suministrarse.

Ahora ... ¿por qué necesitamos una resistencia en serie con nuestro LED?

Digamos que tenemos una fuente de alimentación de 5V y un LED para el cual las especificaciones son de 3.2V y 20mA. Esto significa que el LED funcionará a un voltaje directo de 3.2V y debe ser manejado con aproximadamente 20mA de corriente; menos y no emitirá tanta luz como se especifica, más y será más brillante, más cálido y podría tener una vida más corta.

Si conectamos el LED sin resistencia, la fuente de alimentación intentará conducir tanta corriente como sea posible para mantener los 5V. El LED pasará una gran cantidad de corriente antes de que el voltaje en sus terminales llegue a 5V. Con toda probabilidad, la fuente de alimentación alcanzará su límite de corriente y permitirá que el voltaje caiga, pero en este punto, fluirá demasiada corriente a través del LED y emitirá un destello brillante y se elevará en una nube de humo.

Entonces ... queremos limitar la corriente del LED a alrededor de 20 mA, mientras que el voltaje en la fuente de alimentación sigue siendo de 5V y el voltaje a través del LED es de 3.2V. Necesitamos una resistencia en serie que pase aproximadamente 20mA (0.02A) de corriente a 1.8V (1.8 + 3.2 = 5). Entonces, calculamos 1.8V / .02A = 90 Ohm. Podríamos seleccionar una resistencia estándar de 82 Ohm para esto. 1.8V / 82 Ohms = 21.9mA. Un poco por encima de las especificaciones, pero un margen del 10% no debería ser un problema. Tenga en cuenta que no se puede suponer que los dispositivos reales tengan propiedades definidas con precisión; la resistencia puede ser un poco más o un poco menor que la especificada y el LED puede funcionar a un voltaje un poco más alto o un poco más bajo que el especificado. Diseñamos para un caso nominal sabiendo que el rendimiento real de nuestro circuito puede ser un poco diferente.

Entonces ... ¿qué hemos hecho aquí? Hemos utilizado una resistencia para ajustar lo que está sucediendo en nuestro circuito para poder usar la fuente de alimentación que tenemos disponible y operar el LED dentro de sus especificaciones.

¿Qué más podemos hacer con una resistencia?

Los usos comunes de las resistencias son ajustar los voltajes o limitar los flujos de corriente. Por ejemplo: tiene una fuente de alimentación de 5V y necesita una referencia de 3V. Seleccione dos resistencias de nuestro compartimiento de piezas: una de 330 ohmios y una de 220 ohmios, y conéctelas en serie: la 220 entre el cable de 5V y nuestra salida de referencia, y la 330 entre la salida de referencia y 0V. Habrá una corriente constante a través de estas resistencias de 5V / 550 Ohm = ~ 10mA, pero veremos un voltaje de 3V en nuestro terminal de referencia. Este tipo de cosas se usan con frecuencia para diseñar circuitos como amplificadores donde necesitamos establecer un voltaje específico, una fracción de algún otro voltaje, y así sucesivamente.

Podemos usar resistencias para definir constantes de tiempo. Si conecta una resistencia y un condensador en serie, la corriente inicialmente fluirá hacia el condensador; esta corriente inicial estará determinada por el voltaje del circuito y el valor de resistencia. Pero, el condensador se cargará; a medida que se carga, creará un voltaje en sus terminales; Esto reducirá el voltaje a través de los terminales de la resistencia, reduciendo la corriente a través de él. Esto reducirá la velocidad a la que se carga el condensador, reduciendo la velocidad a la que aumenta su voltaje, y así sucesivamente. Finalmente, el condensador alcanzará el voltaje del circuito, el voltaje a través y la corriente a través de la resistencia serán cero. Los valores de resistencia y capacitancia determinarán el tiempo que le toma al capacitor cargarse a una cierta fracción del voltaje del circuito; la cantidad conocida comoLa constante de tiempo es el tiempo que tarda el voltaje del condensador en cargarse hasta aproximadamente el 63% del voltaje del circuito. Esto se utiliza para diseñar circuitos como osciladores y filtros.

Existen resistencias y se utilizan para limitar los 'infinitos' virtuales. En el sentido de que sin una resistencia, un componente se quemaría o se fundiría un fusible, o un circuito simplemente no funcionaría como se esperaba.

Ejemplos menos extremos serían 'polarizar' un circuito a un voltaje específico, en combinación con otras resistencias o diodos zener. También limitan la corriente de 'entrada' a las fuentes de alimentación, extendiendo así la vida útil del interruptor de alimentación.

Debido a la caída de voltaje a través de las resistencias con corriente que fluye a través de él, son excelentes y precisos sensores de corriente.

Incluso razones más exóticas serían detener la oscilación parasitaria o las ondas reflejadas en las líneas de transmisión de RF. Los MOSFET generalmente tienen una resistencia en su puerta para evitar que suene y se sobrepase en el desagüe, debido a los bordes agudos de subida / bajada.

En combinación con los condensadores, crean una 'constante de tiempo' para usar como filtro o retardo. Esto puede ser para sintonización de frecuencia, o si es más robusto, actúa como un filtro de ondas en las fuentes de alimentación.

Decir que limitan los 'infinitos' parece algo trivial, pero no tendríamos tecnología sin ellos. Incluso el modelo 'T' Ford tenía grandes bancos de resistencias para seleccionar la corriente de carga adecuada para la batería. No era la carga de precisión que tenemos hoy en día, pero una solución de "solo pasar" era lo suficientemente buena en ese entonces.

Parece que no comprende completamente cómo fluye la corriente y su relación con el voltaje. Si comprende esta relación, puede responder fácilmente a todas sus preguntas.

Los electrones quieren moverse de un lugar de alto voltaje a un lugar de bajo voltaje lo más rápido posible, como de un extremo de la batería a otro. Si los dos extremos de la batería están conectados directamente entre sí por un cable, todos los electrones saltarán increíblemente rápido al extremo de bajo voltaje, porque no hay nada que los desacelere.

La resistencia disminuye la velocidad con que los electrones pueden moverse a través del circuito. Sin la resistencia, la batería se quemará instantáneamente.