Si se mide la tensión entre dos puntos de un cable, sin resistencia entre ellos, ¿la tensión es cero?

Question

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

En dos puntos del cable, antes de que la corriente llegue a cualquier resistencia, coloco los lectores de un voltímetro. Como no hay resistencia, y la fórmula del voltaje es V = IR ¿Significa esto que la tensión será cero entre esos dos puntos?

Pero cómo puede ser esto - ¡sabemos que hay 10 voltios de corriente fluyendo!

El ejemplo que da mi profesor es que la electricidad es como un río que corre. El voltaje es la fuerza del agua que corre. Si se amontonan piedras en medio del río, se obtiene la resistencia. Pero si no apilas rocas y mides en dos puntos, eso no significa que no haya fuerza (léase: voltaje) en el flujo del río.

¿Puede alguien aclararlo?

Answer 1

Parece que has confundido tensión y corriente.

La tensión se llama más bien fuerza electromotriz . No fluye, en sí mismo, ni transfiere energía.

Actual (normalmente medido en amperios) es una medida de cuánto 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, se necesita tanto corriente ( \$I\$ ) y la tensión ( \$E\$ ). La potencia es igual al producto de las dos:

$$ P = IE $$

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

$$ P = Fv $$

Si tienes fuerza pero no velocidad, no tienes potencia. Un ejemplo sería una banda elástica estirada entre dos soportes fijos. La banda ejerce una fuerza sobre los soportes. Esta tensión es energía potencial. Sin embargo, nada se mueve, y nada de esa energía almacenada en la banda estirada se transfiere a nada más.

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 se produce esta transferencia de energía es la potencia.

La tensión es una fuerza que mueve la carga eléctrica. La corriente es la velocidad de la carga eléctrica. La resistencia es la facilidad con la que se mueven los soportes.

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

Tenemos un anillo rígido, unido a un motor que aplica cierta fuerza para hacerlo girar. También unido al anillo, tenemos un freno, que resiste el giro del anillo. Para que esta analogía sea correcta, tiene que ser un freno que proporcione una fuerza proporcional a la velocidad del anillo que se mueve a través de él. Imagina que está acoplado a un ventilador, de modo que cuando el anillo gira más rápido, el ventilador gira más rápido, creando más aerodinámica arrastrar .

Si el motor aplica una fuerza de \$1kN\$ 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 aro experimentará una fuerza neta que lo acelerará o desacelerará hasta que la fuerza del freno sea igual, y el aro gire a una velocidad constante. Así, si la fuerza del motor es constante, la velocidad del aro es función de la fuerza del freno. Esto es análogo a la ley de Ohm.

¿Qué otras fuerzas actúan sobre el anillo? Como estamos considerando un sistema idealizado sin rozamiento, no hay ninguna. Si introdujéramos galgas extensométricas en los puntos A y B, mediríamos una diferencia entre ellos. B se comprime cuando el motor empuja el anillo hacia el freno contra su resistencia, y A se estira cuando el motor lo saca del freno.

Pero ¿cuál es la diferencia entre B y C? no hay ninguna. Si eso no es intuitivamente obvio, considere que debe cortar un hueco en el anillo e introducir su mano para que esta máquina pueda romperlo. ¿Hay algún punto en el que prefieras hacer esto? No, tu mano será igualmente aplastada independientemente del punto en el que lo hagas en el lado izquierdo del anillo.

Las fuerzas medidas por las galgas extensométricas son análogas a la tensión. Sólo podemos medir tensiones en relación con otra tensión. Por eso tu voltímetro tiene dos sondas. Dondequiera que pongas el cable negro se define como "0V". Por lo tanto, el escenario que presentas en tu 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 ese lado del anillo. Parece que eso debería servir para algo. Pero considera esto: el peso de todo el gas de la atmósfera terrestre da como resultado una presión a nivel del mar de unas 15 libras por pulgada cuadrada. ¿Significa esto que podemos hacer una máquina que funcione sólo porque está expuesta a esta presión? No. Para poder trabajar con esta presión atmosférica, necesitamos un diferencia en la presión. Sin una diferencia, no podemos hacer que el aire se mueva. Considere de nuevo las definiciones de potencia anteriores y debería quedar claro cómo es esto.

Answer 2

Tanto tu voltímetro como tu profesor tienen razón, pero la analogía del agua con la electricidad sólo puede llegar hasta cierto punto. Un gran inconveniente es que, a diferencia del agua, no hay una tensión absoluta. La tensión es siempre relativa 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 sin voltaje medible).

La analogía del río de tu profesor sigue funcionando en este caso si la aplicas correctamente. La tensión es la presión en el río que empuja el agua río abajo. En un río, puedes ver esta presión como la altitud de la superficie del agua. Cuando se amontonan rocas en el río, la superficie del río será más alta por encima de las rocas que por debajo. Si se mide con un manómetro la diferencia de presión entre la parte superior y la inferior de las rocas, se verá como una diferencia de presión.

El cable es como un río sin piedras. La presión en un punto y en unos metros 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 es tan no-rocas (no una resistencia) que muy muy poco voltaje se acumula para el flujo. En realidad hay una pequeña diferencia de voltaje entre los dos puntos del cable, pero el cable es tan buen conductor que esta diferencia de voltaje es demasiado pequeña para que la pueda medir un multímetro normal. Si sustituye el trozo de cable corto por unos cuantos metros de cable y luego mide a través de él, su multímetro podría mostrar una pequeña tensión.

Answer 3

¡hay 10 voltios de corriente que fluye a través de!

La tensión no "fluye". Es una medida de potencial electrovoltaico, por lo que sólo existe a través de dos puntos.

Es lo mismo que intentar medir la altura de una montaña; no existe la "altura absoluta", sólo existe la altura relativa a otra cosa, por ejemplo, las llanuras que la rodean, el nivel del mar, etc.

Answer 4

Lo que ocurre con la tensión es que siempre debe medirse en relación con algo. En otras palabras, los contadores miden la tensión diferencias no la tensión individual niveles . En una situación ideal, el medidor de tu ejemplo marcará cero. Sin embargo, incluso el cable tiene una pequeña resistencia, por lo que habrá una lectura de voltaje muy pequeña si tienes un medidor con precisión de microvoltios.

Saliéndonos un poco por la tangente con la explicación de la diferencia de tensión, los niveles de tensión no hacen daño a las personas. Son las diferencias de tensión las que dañan a las personas. Así es como los técnicos pueden trabajar en líneas de 500.000 voltios sin quedar fritos. Llevan su nivel de tensión a 500 KV para que la tensión diferencia a través de su cuerpo es cero.

He aquí un ejemplo que nos dio uno de mis profesores de física para ayudar a entender este concepto. Imagina que estás en la cima del edificio Empire State. Esa altura no te perjudica. Sin embargo, si saltaras, la diferencia de altura te mataría. Este es el mismo concepto con la tensión.

Answer 5

En realidad, hay una caída de tensión entre dos puntos cualesquiera del cable, pero será pequeña porque la resistencia del cable es pequeña (incluso el cable tiene unas cuantas piedrecitas).

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 tensión de 1/1000 de voltio (0,001V) entre las puntas de su voltímetro.

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

Si puedes conseguir que un voltímetro mida hasta el rango de mV o incluso de uV, verás que al mover las puntas del medidor a lo largo del cable obtendrás un cambio en el voltaje siempre que la corriente fluya a través del circuito.

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