¿Cómo se da cuenta la electricidad de que hay un circuito abierto o un cortocircuito? ¿Cuál es una explicación del comportamiento de este fenómeno?

Answer 1

Cuando conecta un voltaje a través de un circuito abierto, entonces fluye una corriente (al menos momentáneamente). Esta es la corriente de desplazamiento en las ecuaciones de Maxwell. Las partículas cargadas siempre intentarán moverse para cancelar la diferencia de potencial (voltaje) de modo que los electrones siempre entren o salgan de un conductor eléctrico hasta que la diferencia de potencial entre el conductor y la fuente (o sumidero) de electrones sea cero.

Por ejemplo, si un cable está conectado al terminal negativo de una batería, los electrones pueden fluir inmediatamente desde el terminal de la batería al cable para igualar el potencial. Esto le ha dado al extremo del cable que toca el terminal exactamente la misma carga que en la batería. Otros electrones junto a los electrones que se acaban de mover ahora experimentarán la misma diferencia de potencial y se moverán de la misma manera. Esto continuará a lo largo de toda la longitud del cable hasta que la “onda” de voltaje llegue al otro extremo. La onda normalmente viaja al menos 0,6 veces la velocidad de la luz, pero siempre debe ser menor que la velocidad de la luz en el vacío. Todo el cable eventualmente se asentará en el mismo potencial que el terminal de la batería. Digo eventualmente porque la onda en realidad sube y baja repetidamente por el cable: la onda inicial se refleja desde el extremo de regreso al terminal de la batería, que refleja una parte de ella nuevamente. Ignoraré este efecto de “línea de transmisión” en esta descripción, ya que no es necesario para entender la idea.

Si ahora conecta el extremo abierto del cable al terminal positivo de la batería, se realizará el mismo proceso. Los electrones se moverán hacia este terminal para igualar el potencial y comenzar una onda que viaja a través del cable hasta llegar al terminal negativo. La diferencia ahora es que el terminal negativo puede suministrar electrones continuamente para igualar la diferencia de potencial. Ahora fluirá continuamente una corriente hasta que la batería se descargue y no pueda mantener el voltaje.

Por lo tanto, lo que vemos no es la electricidad que se realiza mágicamente cuando se aplica un circuito corto o abierto, sino que son los electrones que se mueven y prefieren moverse hacia una carga positiva. Estos electrones “se comunican” con vecinos cercanos que a su vez transmiten el mensaje a sus vecinos. Esta es una explicación simplificada pero que encuentro muy útil. Si desea comprender esto con más detalle, puede buscar la teoría de la línea de transmisión. Esto le permitirá comprender la cantidad de corriente de desplazamiento que fluirá inicialmente y cuánto tiempo se tarda en asentarse (y resaltar algunas de las simplificaciones excesivas que he hecho).

Answer 2

Bueno, “sabe” de la misma manera que una masa “sabe” acelerar debido a la gravedad. Es decir, hay una abstracción que llamamos un “campo de fuerza” que induce la fuerza sobre los cuerpos en cuestión.

Para la electricidad, los cuerpos son electrones (y a veces agujeros). El campo de fuerza son los campos eléctricos y magnéticos existentes en un circuito. La descripción matemática de cómo estas fuerzas que afectan a cuerpos como los electrones se describen en las ecuaciones de Maxwell.

Cada una de las ecuaciones en Maxwell tiene nombres pre-Maxwell después del descubridor original de un sub-efecto particular descubierto en el siglo anterior a que Maxwell los consolidara en un conjunto unificado. A saber, la Ley de Faraday, la Ley de Ohm, la Ley de Ampere y la Ley de Gauss.

Son estas fuerzas las que hacen que los electrones se muevan en masa como una corriente, que es lo que es gran parte de la “electricidad”. El resto es electricidad estática.

¿Por qué existen estas fuerzas? En su mayoría, simplemente lo hacen y el hecho de que un conjunto unificado de ecuaciones pueda explicarlas de manera confiable y repetida “prueba” que son “la verdad”. De lo contrario, no conocemos una “razón” más allá de “porque son verdaderas”.

Answer 3

Tomemos un ejemplo de agua que fluye a través de la tubería, cuando la lengüeta esté cerrada, el agua no fluirá igual en caso de electricidad.
De lo contrario, lógicamente la razón es que la corriente es el flujo de carga (electrones) a través de materiales que necesitan un medio para viajar (por ejemplo, conductores). Cuando un cable está abierto desde un extremo, significa que desea que la corriente fluya desde el aire (aislante) mientras que el aire no es un conductor, razón por la cual evita que los electrones fluyan desde el aire.
Sin embargo, en algunos casos donde la distancia es corta y el voltaje es alto, puede haber una ruptura del aire y la corriente puede fluir.

Answer 4

Una forma de pensarlo es en términos de “diferencia de potencial” y entropía. En un circuito abierto no hay forma de igualar el potencial, por lo que no hay flujo. En un circuito cerrado hay una ruta sobre la cual se puede igualar el potencial, y así, la corriente fluye.

Answer 5

Es como el agua. El agua no tiene cerebro, pero se abre paso a través de válvulas abiertas y no fluye a través de válvulas cerradas y se filtra lentamente a través de agujeros más pequeños.

O que las cosas caen al suelo, no saben dónde está el suelo. Todos tienen energía potencial y también la electricidad. No es visible pero podemos medirlo.