Problemas:
En primer lugar las corrientes no "provienen" del terminal positivo. Este es un error muy común, un error llamado "falacia secuencial" que aparece ampliamente en los libros de texto de electricidad de la escuela primaria. El problema básico es que los cables no son como tuberías vacías. Y las fuentes de alimentación no los llenan. En cambio, los cables ya están precargados, de modo que las corrientes siempre aparecen en todas partes de un circuito, todas al mismo tiempo. ("Corriente" significa flujo de carga. Cuando un círculo de cargas móviles comienza a fluir, la "corriente" aparece en todo el anillo. Esa es la regla básica de los circuitos).
En otras palabras, los circuitos eléctricos se comportan como volantes y correas de transmisión. Del mismo modo, el metal de una cadena de bicicleta no "sale" de un lugar concreto del piñón. No "empieza" en un punto. En cambio, todo el círculo está hecho de cadena, al igual que todo el circuito está hecho de electrones móviles. Además, toda la cadena estaba ahí antes de que existiera cualquier fuente de alimentación. En las cadenas de las bicicletas, cuando se aplica una fuerza, todo gira. En los circuitos, cuando se aplica un potencial diferencia se aplica, todas las cargas móviles dentro del anillo (dentro del circuito,) comienzan a moverse como una unidad, como una cadena sólida que va en un círculo completo. Pero esas cargas ya estaban dentro de los cables antes de que se conectara ninguna batería. Los cables son como mangueras llenas de agua.
Segundo, El potencial eléctrico sólo puede existir entre dos puntos, y un solo punto de un circuito nunca "tiene tensión". Esto es cierto porque el voltaje es un poco como la altitud: un objeto no puede "tener una altitud", ya que la altura sólo puede medirse entre dos puntos. No tiene sentido hablar de la altura o la elevación o la altitud de un objeto. ¿Altitud por encima de qué? ¿Sobre el suelo? ¿Sobre el suelo fuera del edificio? ¿Altitud sobre el centro de la Tierra? Cualquier objeto tendrá infinitas altitudes al mismo tiempo.
La tensión tiene exactamente el mismo problema: un terminal sólo puede "tener tensión" cuando se compara con otro terminal. La tensión actúa como la distancia: la tensión y la distancia son medidas de doble sentido. O, en otras palabras, un terminal de un circuito siempre tiene muchas tensiones diferentes al mismo tiempo, dependiendo de dónde coloquemos el otros plomo del medidor.
Tercero en los circuitos la fuerza motriz la proporciona el positivo y los terminales negativos de la fuente de alimentación, ambos al mismo tiempo. Y, lo más importante: el camino de la corriente es a través de la fuente de alimentación. Las fuentes de alimentación sufren un cortocircuito. Una fuente de alimentación ideal actúa como una resistencia de cero ohmios. Piénsalo: en una bobina de dinamo, las cargas pasan por la bobina y vuelven a salir. El cable tiene una resistencia muy baja. Lo mismo ocurre con las baterías: el camino de la corriente es a través de la batería y volver a salir. Las placas de la batería están cortocircuitadas por un electrolito muy conductor.
Ejemplo:
- Esta es una descripción correcta de una linterna. Las cargas "comienzan" dentro del filamento de tungsteno. Cuando el interruptor se cierra y el circuito se completa, un extremo del filamento se carga positivamente, el otro negativo. Esto obliga a que las cargas propias del filamento empiecen a a fluir. Las cargas salen del filamento y entran en un cable, mientras que al mismo tiempo, más cargas entran en el otro extremo del del filamento. Estas cargas son suministradas por los hilos metálicos (y, antes de encender 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 (toma minutos u horas para llegar allí,) luego fluyen a través de la batería y vuelven a salir. Salen por el otro terminal de la batería, fluyen de nuevo hacia el otro extremo del filamento, terminando finalmente donde donde empezaron. Un "circuito completo". Las cargas son como una correa correa de transmisión, o como un volante giratorio 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 de la linterna. La densidad de las cargas en todo el circuito es constante (como una tubería llena de agua sin burbujas). al mismo tiempo, la bombilla se enciende instantáneamente, incluso si el cables sean muy largos.
Cuarto: los iones positivos dentro de una batería son extremadamente móvil . Ciertamente no están bloqueados en su lugar. Si lo estuvieran, las pilas serían aislantes y no funcionarían. Algunas baterías se basan en el flujo de iones positivos en una dirección y de iones negativos en la otra. Las baterías de plomo son diferentes. En el ácido, sólo fluyen los protones. Los ácidos son conductores de protones.
Pero cuidado: las pilas dan una complejidad añadida que puede desbaratar una explicación.
En su lugar, sustituye la batería de tu linterna por una gran bobina y un superimán. Conéctalo a la bombilla. Introduce el superimán en la bobina, y la bombilla parpadeará brevemente. ¿De dónde proceden las cargas? ¿Cómo puede un imán en movimiento crear cargas? NO LO HACE. Las dinamos y las baterías son bombas de carga. El imán en movimiento obliga a las propias cargas del cable a ponerse en movimiento. (¡Una bomba no suministra lo que se bombea!) 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. ¡Mal!
He aquí una aclaración. Muchos libros de texto de introducción proporcionan una definición errónea de "conductor"; totalmente errónea y extremadamente engañosa. Te enseñarán que los conductores "dejan pasar las cargas" (o, que la 'electricidad' pasa a través, o 'corriente'.) No. Los conductores no son como las tuberías huecas. Los conductores no son transparentes a la electricidad. En realidad, la palabra "conductor" significa "un material que está lleno de cargas móviles". Los conductores son como tanques llenos de agua. Son como acuarios, o como tuberías precargadas. Los conductores obedecen la ley de ohm: siempre que aplicamos una diferencia de voltaje a los extremos de un cable, el flujo de las cargas propias del conductor depende de la resistencia del cable: I = V/R. La carga móvil del cable es la que fluye. Piénsalo, el vacío es un aislante. ¿Cómo puede el vacío bloquear el flujo de cargas? El vacío no lo necesita, ya que no hay cargas móviles en el vacío. Eso es lo que lo convierte en un aislante.
Todo esto nos lleva a un concepto importante. Siempre 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 sin movimiento. Si introducimos un polo magnético en el bucle metálico, todas las cargas del cable se moverán como una sola, girando como un volante de inercia. Es una piscina en forma de anillo, y si empujamos el agua, podemos conseguir que toda el agua gire como un volante de inercia, mientras que la propia piscina permanece quieta.
QUINTO las corrientes no son al revés, porque las corrientes eléctricas no son flujos de electrones.
En concreto, la polaridad de las cargas que fluyen depende del tipo de conductor. Sí, en los metales sólidos, las cargas móviles son electrones. Pero hay un gran número de conductores en los que los electrones no pueden moverse. Los más cercanos son el cerebro y el sistema nervioso: flujos simultáneos de átomos positivos y negativos en direcciones opuestas: iones en movimiento, sin ningún flujo de electrones. Los "electrolitos", el agua salada, incluida la tierra húmeda y los océanos, no son conductores de electrones.
Un ejemplo más extraño: los ácidos son conductores porque están llenos de iones de hidrógeno positivos +H. Otro nombre para un ion +H es... "el protón". Cuando hacemos pasar unos amperios por el ácido, la corriente es un flujo de protones. (¡Ja, si hay corrientes subterráneas en la tierra, y además la tierra es ácida y no salada, entonces esas corrientes subterráneas son flujos de protones! )
En otras palabras, los "amperios" pueden ser electrones que fluyen, o protones que fluyen, o sodio positivo que pasa por cloruro negativo que va en sentido contrario. O bien, electrones rápidos que van en una dirección en una chispa, mientras que los iones de nitrógeno lentos avanzan o retroceden dependiendo de si están pos- o neg-ionizados. Y en los semiconductores de tipo p, la corriente es un flujo de electrones de la banda de valencia, las "vacantes de la red" del cristal. (Cada vacante expone un protón de silicio en exceso, por lo que cada una de las vacantes lleva una carga positiva genuina. Los "huecos" se mueven por transferencia de electrones, pero cada hueco está realmente cargado positivamente).
Con toda esta complejidad, ¿cómo podemos describir lo que ocurre dentro de los circuitos? Fácil: ya está hecho para nosotros. Ocultamos las cargas en movimiento y las ignoramos. Ignoramos su velocidad de flujo y su cantidad. Ignoramos su polaridad. En su lugar, sumamos todas las cargas que pueda haber dentro de cualquier conductor, calculamos el flujo total y lo llamamos "amperios". ¿Su conductor es una manguera llena de agua salada? Ponga una pinza amperimétrica a su alrededor y lea los amperios. La densidad de iones no importa. La velocidad de los 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 los amperios.
Los amperios también se llaman "corriente convencional" o simplemente "corriente eléctrica".
Muy importante: los amperios no son flujos de carga. Un conductor puede tener un amperio, pero esto no nos dice nada sobre las cargas en su interior. Puede haber unas pocas cargas fluyendo rápidamente, o muchas cargas fluyendo lentamente. Puede haber cargas positivas que vayan hacia delante, o negativas que vayan hacia atrás, o ambas al mismo tiempo (como en los cuerpos humanos que reciben una descarga eléctrica de corriente continua).
Bien, volvamos a GND frente a COM frente a EARTH.
"Tierra" es confusa porque la palabra se utiliza casi siempre de forma incorrecta.
En los circuitos, casi siempre elegimos un terminal de la fuente de alimentación para que sea el "común", y le conectamos una punta del voltímetro. No está conectado a tierra, por lo que no deberíamos llamarlo "tierra" (no está conectado a una estaca metálica clavada en la tierra), sino que el "común" es simplemente el punto tradicional para realizar las lecturas de tensión. Nunca explicamos explícitamente este hecho (¡es un acuerdo silencioso!) Dado que los voltajes son complicadas mediciones de doble extremo, las cosas se simplifican si fingir que son de una sola punta. Por lo tanto, conecta el cable negro de tu voltímetro al "común del circuito" y luego ignóralo.
Ahora imagina que la sonda de color rojo de tu voltímetro puede medir realmente la tensión DE UN TERMINAL. Pero los terminales no pueden "tener un voltaje". Sí, exactamente. Pero pretendemos silenciosamente que lo tienen. Cualquier punto del circuito puede tener una tensión ...en relación con otro punto del circuito. Si estuviéramos hablando de altitudes, siempre podríamos hacer nuestras mediciones en relación con el nivel del mar. A continuación, nunca mencionamos el nivel del mar, y finalmente pretendemos que los objetos y los lugares pueden "tener una altitud", cuando en realidad eso es imposible, ya que la altitud es una longitud; una distancia y no un lugar.
Así, todos los nuevos estudiantes suelen confundirse cuando hablamos de la "tensión de un terminal". En realidad queremos decir "la tensión que aparece entre un terminal y el Circuito Común". Pero eso es demasiado para repetirlo todo el tiempo. Estamos diciendo en silencio "tensión entre, tensión entre", mientras que en realidad decimos "tensión en este punto", o en aquel otro punto de allí. Entonces todos los alumnos nuevos empiezan a pensar que un solo terminal puede tener un voltaje, aunque el voltaje no funciona así.
¿Es nuestro terminal de alimentación negativo ¿el Circuito Común? Sí, normalmente. He visto radios muy antiguas con transistores PNP, y un negativo suministro principal con "tierra positiva". El terminal positivo de la batería es el común del circuito. Todas las mediciones en ese esquema eran tensiones negativas. Además de las radios de transistores de los años 50, lo mismo ocurre en los viejos escarabajos VW, y en algunas motos. El terminal positivo de la batería está conectado al chasis, por lo que el "terminal de alimentación" es el negativo. No instales una radio de coche normal en un VW antiguo, porque se cortocircuitará o se incendiará cuando pongas el contacto. La fuente de alimentación estaba al revés.
Todo lo que tenemos que hacer es deshacernos de todas las radios japonesas coleccionables de transistores PNP de los años 50, de los escarabajos VW y de las motocicletas con conexión a tierra positiva, y entonces el circuito común será siempre y para siempre el terminal de alimentación negativo. Bueno, a menos que se trate de un extraño sistema de sensores industriales flotantes con una mezcla de alimentación de CA y circuitos de amplificadores operacionales con conexión a tierra virtual.
