Cuando se tiene una resistencia en un circuito en serie, la cantidad de tensión absorbida por esa resistencia es del 100%. Si se añade otra resistencia (con los mismos ohmios), la tensión disminuye en un 50%. ¿Por qué, ya que sólo debería cambiar la corriente, y el voltaje (julio por culombio) no debería depender de la corriente (culombios por segundo)? Es como si el voltaje supiera que hay otra resistencia (antes de llegar a la primera) y decidiera repartir su energía por cada una. Pero, obviamente, no es así porque el voltaje no es un ser sensible, así que ¿qué hace que divida su energía en lugar de impartir toda la energía en la primera resistencia como haría normalmente si no hubiera otra? Al principio pensé que la respuesta era que la corriente disminuye como resultado de las resistencias y eso es lo que hace que el voltaje disminuya para cada una, pero eso no tiene sentido ya que la cantidad de electrones no debería controlar la energía que llevan.
Respuestas
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En el caso de que añadas otra resistencia la tensión no se duplica porque estás dando a entender que la tensión es fija (por lo que proporciona la corriente que mantenga esa tensión). Si por el contrario la corriente fuera fija (en relación a la corriente producida por la única resistencia), el voltaje SE DOBLARÍA.
Piensa en el agua que va río abajo en una tubería, con cierto ángulo. Si este ángulo se acerca al plano, el agua fluye más lentamente. ¿El agua "sabe" esto? No estoy seguro, esto es más bien una cuestión filosófica.
Otra explicación (quizás útil) es a través del campo / potencial eléctrico.
Un flujo de carga en un material resistivo sólo puede establecerse si se tiene un gradiente de potencial que equivale a un campo eléctrico. (Dejemos de lado la inducción). Imagina que tienes toda la caída de tensión sobre tu primera resistencia y 0V sobre la segunda. Esto llevaría a que no hubiera campo eléctrico en la segunda, impidiendo así el flujo de cargas en la segunda resistencia, lo que efectivamente impide cualquier corriente. Esto se contradice con la caída de tensión sobre la primera resistencia.
De hecho, asumiendo una caída de tensión de 10V sobre la primera y 0V sobre la segunda resistencia, las ecuaciones de campo se vuelven irresolubles.
Si lo pones al revés, podemos hacer un experimento: Tomemos un material de resistencia homogéneo con unas dimensiones A=sección transversal y l=longitud. El material de la resistencia está conectado por dos placas metálicas con área A en ambos lados y se aplica un voltaje. El campo eléctrico resultante es (casi) tan homogéneo como en el vacío con la diferencia de que entre las placas hay un conductor (malo) con una conductividad específica. Se formará una densidad de corriente en cada punto del conductor y sólo estará definida por el campo y la conductividad. Si se integra la densidad de corriente sobre A se obtiene la corriente.
Si integras el campo E a lo largo del camino de una placa a la otra obtendrás la tensión. Y moviéndote de una placa a lo largo de l a la otra medirás y calcularás un voltaje linealmente creciente. El voltaje es por tanto proporcional a la posición de una sonda dentro del bloque de resistencias.
Ahora corta el bloque de la resistencia a la mitad de l (el área es de nuevo A), e inserta una fina capa infinitesimal de un conductor perfecto. Como el campo era normal a esta sección transversal antes de insertar el conductor, nada cambiará al hacer esto. Así que puedes suponer perfectamente que el potencial de tensión en esta placa conductora insertada es el mismo que en la resistencia sin tocar en la misma posición. Si mides la tensión relativamente a una de las placas exteriores o integras el campo de una de ellas habrá la mitad de la tensión completa.
Ahora puedes aumentar el grosor del conductor intermedio. Si es un conductor ideal, el campo eléctrico en su interior es nulo. Por lo tanto, da igual el grosor que le des (es decir, aquí hacemos un cable). El campo se sigue dividiendo en las dos partes y mantiene el mismo valor (en V/m) que en la resistencia no dividida. Pero en esas medias resistencias solo queda l/2 y desde antes de saber, el voltaje es la mitad del voltaje de su fuente.
Usted puede decir: "Pero he añadido otra resistencia del mismo valor en lugar de dividir la mía por la mitad" La respuesta es: Repite la construcción de la resistencia con un material con la mitad de conductividad. El campo eléctrico seguirá siendo el mismo y la densidad de corriente será la mitad del valor anterior. Pero no puede haber ninguna diferencia en las tensiones, porque no dependen de nada más que de l y de la fuente de tensión en nuestro experimento.
Tienes razón, la fuente de tensión no sabe cuántas resistencias hay en el circuito ni qué disposición tienen (en serie, en paralelo, una combinación de ambas). Lo que la fuente ve realmente es la resistencia "equivalente".
Has presentado un ejemplo de dos resistencias en serie, del mismo valor. Para la fuente, parece como si sólo hubiera una resistencia, es decir, \$R_1\$ + \$R_2\$ . Si hubiera otra disposición, la fuente seguiría "viendo" una sola resistencia, que es el equivalente a cualquier circuito que tengas.
En un caso en el que \$R_1=R_2=4\Omega\$ y están en serie, la fuente lo ve como un único \$8\Omega\$ resistencia. Lo que determina cuánta tensión cae a través de cada resistencia es la corriente.
Deduzco que quieres saber por qué cambia la caída de tensión cuando "de repente" añades otra resistencia a un circuito. La cuestión es que la corriente cambia en un circuito en serie, y por tanto la caída de tensión también ( \$V_R=I*R\$ ).
Considera el siguiente circuito:
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Supongamos que el potenciómetro está en \$0\Omega\$ al principio. Todo lo que la fuente ve en ese momento es el valor de \$R=100\Omega\$ . Al aumentar la resistencia del potenciómetro, se reduce la corriente y en consecuencia la tensión a través de \$R\$ tiene que caer (menos corriente, menos tensión a través de las resistencias individuales en este circuito). El resto de la tensión cae a través del potenciómetro.
Cuando añades otra resistencia, la corriente se reduce a la mitad (puedes pensar que el mismo voltaje ahora tiene que "superar" el doble de resistencia, por lo que esa es la razón por la que fluirá "más lentamente"). Como has dicho, la corriente son culombios por segundo, así que tendrás la mitad por segundo. El voltaje en el otro lado es joule por coulomb, y usted tiene la mitad de coulombs, por lo que tendrá la mitad de la tensión.
O usando Ohms bajo: $$ Voltage = Current * Resistance $$ Como la corriente se reduce a la mitad a través de la resistencia, también lo hace la tensión.
