¿Por qué los circuitos se consideran bucles?

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

^{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.

^{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.

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

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

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

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.