Problemas:
Primero , las corrientes no "provienen" del terminal positivo. Esa es una idea errónea muy común, llamada "falacia secuencial" en los libros de texto de electricidad de la escuela primaria. El problema básico es que los cables no son como tuberías vacías. Y, la fuente de alimentación no los llena. En cambio, los cables ya están precargados con carga, de modo que las corrientes siempre aparecen en todas partes en un circuito, todo al mismo tiempo. ("Corriente" significa flujo de carga. Cuando comienza a fluir un círculo de cargas móviles, aparece "corriente" en todo el anillo. Esa es la regla básica del circuito).
En otras palabras, los circuitos eléctricos se comportan como ruedas y correas. Del mismo modo, el metal de una cadena de bicicleta no "proviene" de una ubicación particular en la rueda dentada. No "comienza" en un punto. En cambio, todo el círculo está hecho de cadena. Además, toda la cadena estaba allí antes de que existiera cualquier fuente de alimentación. Con las cadenas de bicicleta, cuando se aplica una fuerza, todo gira. Con los circuitos, cuando se aplica una diferencia de potencial , todas las cargas móviles dentro del anillo (dentro del circuito) comienzan a moverse como una unidad, como una cadena sólida en un círculo completo. Pero esas cargas ya estaban dentro de los cables antes de conectar cualquier batería. Los cables son como mangueras llenas de agua.
En segundo lugar, el potencial eléctrico solo puede existir entre dos puntos, y un solo punto en un circuito nunca "tiene voltaje". Esto es cierto porque el voltaje es un poco como la altitud: un objeto no puede "tener una altitud", ya que la altura solo se puede medir entre dos puntos. No tiene sentido discutir la altura, la longitud o la altitud de un objeto. Altitud por encima de qué? ¿Encima del piso? ¿Sobre el suelo fuera del edificio? ¿Altitud sobre el centro de la Tierra? ¡Cualquier objeto tendrá infinitamente muchas altitudes al mismo tiempo!
El voltaje tiene exactamente el mismo problema: un terminal solo puede "tener un voltaje" en comparación con otro terminal. El voltaje actúa como la longitud: el voltaje y la longitud son medidas de doble extremo. O, en otras palabras, un terminal en un circuito siempre tiene muchos voltajes diferentes al mismo tiempo, dependiendo de dónde coloquemos el otro cable del medidor.
En tercer lugar , en los circuitos, los terminales de suministro de energía positivo y negativo proporcionan la fuerza impulsora , ambos al mismo tiempo. Y, lo más importante: el camino para la corriente es a través de la fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación son cortocircuitos. Una fuente de alimentación ideal actúa como una resistencia de cero ohmios. Piénselo: en una bobina de dinamo, las cargas pasan a través de la bobina y vuelven a salir. El cable tiene una resistencia muy baja. Lo mismo con las baterías: la ruta de la corriente es a través de la batería y vuelve a salir. Las placas de la batería están en cortocircuito por un electrolito muy conductor.
Ejemplo:
Aquí hay una descripción correcta de una linterna. Las cargas comienzan dentro del filamento de tungsteno. Cuando el interruptor está cerrado y el circuito está completo, un extremo del filamento se carga positivo y el otro negativo. Esto obliga a que las propias cargas del filamento comiencen a fluir. Las cargas salen del filamento y entran en un cable, mientras que al mismo tiempo, entran más cargas en el otro extremo del filamento. Estas cargas son suministradas por los cables de metal (y, antes de que se encendiera el interruptor, todos los conductores ya estaban llenos de cargas móviles). Continuando, las cargas que estaban en el filamento fluirán hacia un cable, se moverán lentamente hacia la batería (tarda minutos u horas en llegar allí), luego fluya a través de la batería y vuelva a salir. Salen del otro terminal de la batería, fluyen de regreso al otro extremo del filamento, luego terminan donde comenzaron. Un "circuito completo". Los cargos son como una correa de transmisión, o como una rueda giratoria o una cadena de bicicleta. La batería empuja las cargas, pero no suministra las cargas. El cobre y el tungsteno suministran las cargas que fluyen en el circuito de la linterna. Las cargas se mueven bastante lentamente, pero dado que todas comienzan a moverse al mismo tiempo, la bombilla se enciende instantáneamente, incluso si los cables son bastante largos.
Cuarto: cualquier ión positivo dentro de una batería es extremadamente móvil . Ciertamente no están encerrados en su lugar. Si lo fueran, las baterías serían aislantes y no funcionarían. Algunas baterías se basan en el flujo de iones positivos en una dirección e iones negativos en la otra. Las baterías de plomo-ácido son diferentes. En el ácido solo fluyen los protones. Los ácidos son conductores de protones.
Pero cuidado: las baterías dan una complejidad adicional que puede descarrilar una explicación.
En cambio, reemplace la batería de su linterna con una bobina grande y un superimán. Conéctelo a la bombilla. Empuje el superimán en la bobina, y la bombilla parpadeará brevemente. ¿De dónde vinieron los cargos? ¿Cómo puede un imán en movimiento crear cargas? NO lo hace. Los dinamos y las baterías son bombas de carga. El imán en movimiento obliga a las propias cargas del cable a comenzar a moverse. (¡Una bomba no suministra las cosas que se bombean!) El imán en movimiento provoca una corriente, porque aplica una fuerza de bombeo EM a las cargas móviles que ya están dentro del metal.
Mal conductor. ¡Malo!
Aquí hay una aclaración. Muchos libros de texto de introducción proporcionan una definición incorrecta de "conductor". Totalmente equivocado y extremadamente engañoso. Le enseñarán que los conductores "dejan pasar las cargas" (o, pasan la electricidad o la corriente). Los conductores no son como tubos huecos. Los conductores no son transparentes a la electricidad. En cambio, "conductor" significa "un material que está lleno de cargos móviles". Los conductores son como tanques llenos de agua. Son como acuarios, o como tuberías precargadas. Los conductores obedecen la ley de ohm: cuando aplicamos una diferencia de voltaje a los extremos de un cable, el flujo de cargas depende de la resistencia del cable, I = V * R. Son las propias cargas del cable las que fluyen. Piénselo: el aire es un aislante, incluso el vacío es un aislante, pero ¿cómo puede el vacío bloquear el flujo de cargas? El vacío no necesita hacerlo. No hay cargas móviles presentes en el vacío, eso es lo que lo hace aislante).
Todo esto lleva a un concepto importante. Cada vez que tomamos un trozo de cable y enganchamos los extremos para formar un bucle cerrado, hemos creado una "correa de transmisión invisible", un bucle de carga móvil dentro del cable que no se mueve. Empuje un poste de imán en el bucle de metal, y todas las cargas del cable se moverán como una rueda. Es una piscina en forma de anillo, y si empujamos el agua, podemos hacer que toda el agua gire como un volante, mientras que la piscina en sí permanece quieta.
QUINTO , las corrientes no son hacia atrás, porque las corrientes eléctricas no son flujos de electrones.
Específicamente, la polaridad de las cargas que fluyen depende del tipo de conductor. Sí, en metales sólidos, las cargas móviles son electrones. Pero hay una gran cantidad de conductores donde no se pueden mover electrones. Los más cercanos son su cerebro y sistema nervioso: flujos simultáneos de iones positivos y negativos en direcciones opuestas, sin ningún flujo de electrones. El agua salada, los "electrolitos", incluida la tierra y los océanos, no son conductores de electrones.
Ejemplo más extraño: los ácidos son conductores porque están llenos de iones de hidrógeno + H positivos. Otro nombre para un ion + H es ... "el protón". Cuando pones algunos amperios a través del ácido, la corriente es un flujo de protones. (Je, si hay algunas corrientes de tierra en la tierra, y la tierra es ácida en lugar de salada, ¡entonces esas corrientes son flujos de protones!)
En otras palabras, los "amperios" pueden ser electrones que fluyen, protones que fluyen o sodio positivo que pasa a través del cloruro negativo en sentido contrario. O bien, los electrones rápidos van en una dirección en una chispa, mientras que los iones de nitrógeno lentos avanzan o retroceden dependiendo de si están en posición o no. Y en los semiconductores de tipo p, ¡la corriente es un flujo de "vacantes de celosía" en el cristal! (Cada vacante expone un exceso de protón de silicio, por lo que las vacantes tienen una carga positiva genuina. Los "agujeros" se mueven por transferencia de electrones, pero cada agujero está realmente cargado positivamente).
Con toda la complejidad anterior, ¿cómo podemos describir lo que sucede dentro de los circuitos? Fácil: ya está hecho para nosotros. Cubrimos las cargas móviles y las ignoramos. Ignoramos su velocidad de flujo y su cantidad. Ignoramos su polaridad. En cambio, sumamos todas las diversas cargas que pueden estar dentro de cualquier conductor, calculamos el caudal total y llamamos a esto "amperios". ¿Es su conductor una manguera llena de agua salada? Coloque un amperímetro de sujeción alrededor y lea los amperios. La densidad de iones no importa. La velocidad de iones no importa, e incluso podría ser una manguera de ácido llena de protones, en lugar de una manguera de agua de mar. Los amperios son amperios.
Los amperios también se denominan "corriente convencional" o simplemente "corriente eléctrica".
Muy importante: los amperios no son flujo de carga. Un conductor puede tener un amplificador, pero esto no nos dice nada sobre los cargos en su interior. Podría haber algunas cargas que fluyen rápido o muchas cargas que fluyen lentamente. Podría haber cargas positivas hacia adelante, o hacia atrás, o ambas al mismo tiempo (como con los cuerpos humanos que reciben una descarga eléctrica de CC). Todo eso está cubierto, y todo lo que nos queda son los amperios ... amperios de tendencia convencional.
OK, volvamos a GND versus COM versus EARTH.
"Ground" es confuso porque la palabra casi siempre se usa mal.
En los circuitos, casi siempre elegimos un terminal de fuente de alimentación como "común", y conectamos un cable de voltímetro a él. No está conectado a tierra, por lo que realmente no deberíamos llamarlo "tierra" (¡no está conectado a una estaca de metal empujada a la suciedad!) En cambio, es solo el punto tradicional para hacer lecturas de voltaje. ¡Es un acuerdo silencioso! Dado que los voltajes son mediciones complicadas de doble extremo, las cosas se simplifican si pretendemos que son de un solo extremo. Por lo tanto, conecte el cable del voltímetro negro al "circuito común" y luego ignórelo.
Ahora imagine que la sonda de color rojo en su voltímetro puede medir el VOLTAJE DE UN TERMINAL. ¡Pero los terminales no pueden "tener voltaje!" Sí, claro. Pero silenciosamente pretendemos que lo hagan. Cualquier punto en el circuito puede tener un voltaje ... en relación con otro punto del circuito. Si estuviéramos hablando de altitudes, siempre podríamos hacer nuestras mediciones en relación con el nivel del mar, luego nunca mencionar el nivel del mar, y luego pretender que los objetos y ubicaciones pueden "tener una altitud", cuando en realidad eso es imposible.
Entonces, los nuevos estudiantes se confunden cuando hablamos del "voltaje de un terminal". En realidad queríamos decir "el voltaje que aparece entre un terminal y el Circuito Común". Pero eso es demasiado para repetir todo el tiempo. En silencio estamos diciendo "voltaje entre, voltaje entre", mientras que en realidad estamos diciendo "voltaje en este punto", o en ese otro punto. Sí, entonces todos los nuevos estudiantes comienzan a pensar que un solo terminal puede tener un voltaje.
¿El terminal de suministro negativo es el circuito común? Si, por lo general. He visto radios muy antiguas con transistores PNP y un voltaje de alimentación negativo con "tierra positiva". El terminal positivo de la batería es el circuito común. Todas las medidas en el esquema son voltajes negativos. Además de las radios de la década de 1950, lo mismo sucede en los antiguos VW Beetles y en algunas motocicletas. El terminal positivo de la batería está conectado al chasis, por lo que el "terminal de suministro" es el negativo. No instale una radio de automóvil normal en un VW viejo, ya que se cortocircuitará o se incendiará cuando encienda el encendido. La fuente de alimentación estaba al revés.
Todo lo que tenemos que hacer es deshacernos de todas las radios de transistores PNP japoneses de los años 50 coleccionables, escarabajos VW y motocicletas con conexión a tierra positiva, y luego Circuit Common será siempre y para siempre el terminal de suministro negativo. Bueno, a menos que sea un sistema de sensor industrial extraño, eléctricamente flotante, con una combinación de alimentación de CA y circuitos de amplificador operacional de tierra virtual.