Si el voltaje se mide entre dos puntos en un cable, sin resistencia intermedia, ¿el voltaje es cero?

Tengo un circuito en serie. Digamos que la batería tiene una diferencia potencial de 10 Volts.

En dos puntos del cable antes de que la corriente golpee las resistencias, conecto los lectores de un voltímetro. Dado que no hay resistencia, y la fórmula para el voltaje es V = IR, ¿significa esto que el voltaje leería cero entre esos dos puntos?

Pero, ¿cómo puede ser esto? ¡Sabemos que hay 10 voltios de corriente que fluyen!

El ejemplo que da mi maestro es que la electricidad es como un río que corre. El voltaje es la fuerza del agua corriente. Pila de rocas en medio del río y esta es la resistencia. Pero si no apila rocas y mide en dos puntos, eso no significa que no haya energía (léase: voltaje) en el flujo del río.

¿Alguien puede aclarar?

Parece que tienes voltaje y corriente combinados.

El voltaje se llama más propiamente fuerza electromotriz . En sí mismo, no fluye ni transfiere energía.

La corriente (generalmente medida en amperios) es una medida de cuánta carga eléctrica se mueve por unidad de tiempo. La corriente tampoco es, en sí misma, un flujo de energía.

El flujo de energía se llama poder . Para tener energía, necesita corriente ( ) y voltaje ( ). El poder es igual al producto de los dos:$I$$E$

Es útil pensar en esto en términos de sistemas mecánicos análogos, ya que podemos observar sistemas mecánicos directamente con nuestros sentidos. Los sistemas mecánicos también tienen potencia, donde es igual al producto de la fuerza y ​​la velocidad:

Si tienes fuerza pero no velocidad, no tienes poder. Un ejemplo sería una banda de goma estirada entre dos soportes estacionarios. La banda está ejerciendo una fuerza sobre los soportes. Esta tensión es energía potencial. Pero nada se mueve y ninguna de esa energía almacenada en la banda estirada se transfiere a otra cosa.

Sin embargo, si la banda puede mover los soportes, ahora tenemos velocidad. A medida que la banda mueve los soportes, la energía almacenada en la banda estirada se convertirá en energía cinética en los soportes. La velocidad a la que ocurre esta transferencia de energía es el poder.

El voltaje es una fuerza que mueve la carga eléctrica. La corriente es la velocidad de la carga eléctrica. La resistencia es lo fácil que es mover los soportes.

Aquí hay un sistema mecánico que es más análogo a su circuito:

Tenemos un anillo rígido, unido a un motor que aplica cierta fuerza para girarlo. También unido al anillo, tenemos un freno, que resiste el giro del anillo. Para que esta analogía sea adecuada, debe ser un freno que proporcione una fuerza proporcional a la velocidad del anillo que se mueve a través de él. Imagine que está acoplado a un ventilador, por lo que a medida que el anillo gira más rápido, el ventilador gira más rápido, creando una mayor resistencia aerodinámica .

Si el motor aplica una fuerza de , entonces el freno debe aplicar una fuerza igual en la dirección opuesta. Si la fuerza del freno no es igual a la del motor, entonces el anillo experimentará una fuerza neta que lo acelerará o desacelerará hasta que la fuerza del freno sea igual y el anillo gire a una velocidad constante. Por lo tanto, si la fuerza del motor es constante, la velocidad del anillo es una función de la fuerza del freno. Esto es análogo a la ley de Ohm.$1kN$

¿Qué otras fuerzas están actuando en el ring? Como estamos considerando un sistema idealizado sin fricción, no hay ninguno. Si insertara galgas extensométricas en los puntos A y B, mediría la diferencia entre ellas. B se comprime cuando el motor empuja el anillo contra el freno contra su resistencia, y A se estira mientras el motor lo aspira del freno.

Pero, ¿cuál es la diferencia entre B y C? no hay ninguno. Si eso no es intuitivamente obvio, considere que debe cortar un espacio en el anillo e insertar su mano para que esta máquina pueda aplastarlo. ¿Hay algún punto en el que prefieras hacer esto? No, tu mano se romperá igualmente independientemente de dónde lo hagas en el lado izquierdo del anillo.

Las fuerzas medidas por los medidores de tensión son análogas al voltaje. Solo podemos medir voltajes en relación con algún otro voltaje. Es por eso que su voltímetro tiene dos sondas. Dondequiera que coloque el cable negro se define como "0V". Entonces, el escenario que presenta en su pregunta es como medir la diferencia entre B y C: es cero.

Esto parece un poco extraño, porque sabemos que hay una fuerza de compresión en todo el lado del anillo. Parece que eso debería ser bueno para algo. Pero considere esto: el peso de todo el gas en la atmósfera de la Tierra resulta en una presión al nivel del mar de aproximadamente 15 libras por pulgada cuadrada. ¿Significa esto que podemos hacer una máquina que funciona solo porque está expuesta a esta presión? No. Para trabajar con esta presión atmosférica, necesitamos una diferencia de presión. Sin una diferencia, no podemos hacer que el aire se mueva. Considere nuevamente las definiciones de poder anteriores, y debería quedar claro cómo esto es cierto.

Tu voltímetro y tu maestro tienen razón, pero la analogía del agua con la electricidad solo puede llegar tan lejos. Un gran inconveniente es que, a diferencia del agua, no hay voltaje absoluto. El voltaje siempre es relativo entre dos puntos.

No existe tal cosa como "10 voltios de corriente circulando". El voltaje es la fuerza que empuja las cargas para hacer corriente. La corriente son las cargas que realmente fluyen. Es muy posible tener voltaje sin corriente y corriente sin voltaje (o no medible).

La analogía fluvial de tu maestro todavía funciona en este caso si la aplicas correctamente. El voltaje es la presión en el río que empuja el agua aguas abajo. En un río, puedes ver esta presión como la altitud de la superficie del agua. Cuando amontonas rocas en el río, la superficie del río estará más arriba de las rocas que debajo. Eso se mostraría como una diferencia de presión si midiera con un indicador de presión relativa entre arriba y debajo de las rocas.

El cable es como un río sin rocas. La presión en un punto y unos pocos pies aguas arriba sigue siendo básicamente la misma. Eso es lo que te muestra tu voltímetro. Una diferencia entre un río real y un cable de cobre es que el cable de cobre es un río mucho más ideal, a diferencia de lo que puede hacer el agua real. El cable no es tan rocas (no es una resistencia) que se acumula muy poco voltaje para el flujo. En realidad, hay una pequeña diferencia de voltaje entre los dos puntos del cable, pero el cable es un conductor tan bueno que esta diferencia de voltaje es demasiado pequeña para que un multímetro ordinario pueda medirla. Si reemplaza el trozo de cable corto con unos 10 metros de cable y luego mide a través de eso, su multímetro puede mostrar un pequeño voltaje.

¡Hay 10 voltios de corriente fluyendo a través!

El voltaje no "fluye". Es una medida del potencial electrovoltaico, por lo que solo existe en dos puntos.

Es lo mismo que tratar de medir la altura de una montaña; no existe una "altura absoluta", solo hay una altura relativa a otra cosa, por ejemplo, las llanuras a su alrededor, el nivel del mar, etc.

Lo que pasa con el voltaje es que siempre debe medirse en relación con algo. En otras palabras, los medidores miden las diferencias de voltaje, no los niveles de voltaje individuales . En una situación ideal, el medidor en su ejemplo leerá cero. Sin embargo, incluso el cable tiene una pequeña resistencia, por lo que habrá una lectura de voltaje muy pequeña si tiene un medidor con precisión de microvoltios.

Saliendo en una pequeña tangente con la explicación de la diferencia de voltaje, los niveles de voltaje en realidad no perjudican a las personas. Son las diferencias de voltaje las que lastiman a las personas. Así es como los técnicos pueden trabajar en 500,000 líneas de voltaje sin que se fríen. Llevan su nivel de voltaje hasta 500 KV, por lo que la diferencia de voltaje en su cuerpo es cero.

Aquí hay un ejemplo que uno de mis profesores de física nos dijo que nos ayudara a entender este concepto. Imagina que estás en la cima del edificio Empire State. Esa altura no te hace daño. Sin embargo, si saltaras, la diferencia en la altura te mataría. Este es el mismo concepto con voltaje.

En realidad, hay una caída de voltaje entre dos puntos a lo largo del cable, pero será pequeño porque la resistencia del cable es pequeña (incluso el cable tiene algunas piedras).

Ejemplo : si la resistencia del cable entre las dos puntas es muy pequeña (digamos 1/1000 ohmios) y fluye una corriente de 1 amperio, habrá una caída de voltaje de 1/1000 th de un voltio (0.001V) entre Las puntas de tu voltímetro.

Si su voltímetro está configurado en un rango de 10V, no verá esta caída de voltaje y el medidor leerá cero.

Si puede hacer que un voltímetro mida hasta el rango de mV o incluso de uV, verá que a medida que mueve las puntas del medidor a lo largo del cable, obtendrá un cambio de voltaje siempre que la corriente fluya a través del circuito.

Si NO fluye corriente (es decir, el circuito está roto) no obtendrá este cambio de voltaje.

Esto se debe a que un voltímetro está midiendo la diferencia de voltaje entre las dos sondas. Debido a que no hay un elemento de circuito como una resistencia entre sus cables para bajar el voltaje, la diferencia de voltaje es cero, y obtendrá una lectura de voltaje de cero. Con respecto a la analogía de su río porque no hay rocas (resistencias AKA), la cantidad de agua y la velocidad del agua entre las sondas será la misma.

Si se mide el voltaje, entonces el voltaje es lo que dice la medición, por definición. Si solo lo llama cero en función de otro razonamiento, como la resistividad y la distancia del cable, y la cantidad de corriente que fluye, entonces eso ya no tiene en cuenta la medición.