Foros Ciencias Galilei

Hola. ¿Alguien me podría explicar que sucede en el interior de una resistencia de un circuito eléctrico con los electrones que circulan?
- ¿Se frenan?, ¿Se forma un cuello de botella en la entrada de la resistencia y van pasando poco a poco?,o están todos relacionados y cuando el primero "tira"  (suponiendo una sola "fila" de electrones a través de la sección del conductor) se mueven todos en conjunto, pero cada uno a la velocidad dictada por la mayor o menor resistencia que exista en su zona?

Voy a poner un ejemplo de lo que quiero decir, a ver si lo logro comprender:

Tenemos un circuito con resistencias en serie. La teoría dice que la intensidad que circula a lo largo de todo el circuito es la misma ya que solamente hay un camino por donde pueden circular los electrones. Es como el símil de la tubería de agua y que solamente hay una cañería, por lo que el agua debe de pasar obligatoriamente por ese canal. Bien, eso es lógico, pero yo que le doy muchas vueltas a todo y me acabo haciendo un lío pensé (con mi total desconocimiento del tema) La intensidad es carga partido tiempo. La intensidad circula por el circuito hasta que se encuentra con la primera resistencia. Allí se supone que hay un impedimento en que los electrones atraviesen esa resistencia libremente. ¿Se puede interpretar que cada resistencia sería como un obstáculo en una carrera para los electrones cuya consecuencia sería retrasar la llegada de éstos a la meta? O sea, ¿frenan a los electrones y la energía cinética que pierden es la que se transforma en calor por el efecto joule? Como consecuencia de esto, dentro de la resistencia habría menor intensidad, ya que al circular menos cargas por unidad de tiempo es menor. Pero a la salida, volverían a su velocidad original sin más freno que el ofrecido por el cable conductor. Y aquí me surgen más preguntas:

- Si la zona posterior a la resistencia, se tiene que abastecer de electrones a mayor velocidad que en ésta, ¿Cómo se puede abastecer sin llegar a quedarse sin electrones? Es algo parecido a un búffer en las grabadoras de dvd, si la grabadora escribe a mayor velocidad que le llegan los datos al buffer se queda sin datos y no escribe.

¿Alguien me puede aclarar esta historieta?  

Perdón por el tostón¡¡¡ y gracias de nuevo¡¡

Creo que tienes en la cabeza que los electrones son pepitas que se mueven dentro de un conductor. El cuento con el electrón en un metal o en el proceso de conducción no se entiende bien sino con la Mecánica Cuántica, aunque hay algunos modelos que pretenden dar una explicación de esto considerando al electrón como una partícula puntual, es decir, sin dimensiones.

Por el momento ve leyendo esto, lo cual creo, aclarará algunas dudas:



Conducción Eléctrica (Wiki)

Resistencia Eléctrica (Wiki)

Hola,

Voy al típico símil.

Imagina una cierta cantidad de agua almacenada a una cierta altura. Al caer hay tres cataratas y en cada una de ellas unas ruedas que convierten la rotación de las palas en energía mecánica (puede ser calor por rozar con algo).

En el agua almacenada hay una diferencia de energía potencial respecto del suelo por estar a una cierta altura. Esa energía almacenada es la que se tuvo que gastar para elevarla hasta allí. En las pilas de un circuito también hay diferencia de potencial (eléctrica en este caso, gravitatoria en aquel)

El agua, al caer debido a su peso, campo gravitatorio, acelera y gana velocidad hasta que se encuentra con las palas donde convierten toda la energía ganada hasta el momento en energía mecánica.

Pero como sigue habiendo pendiente en la caída, empiezan a acelerar de nuevo hasta encontrar la segunda cascada donde vuelven a convertir su energía en mecánica. Cada vez que pasa una cascada el potencial disminuye (lo mismo que en las resistencias cuando salen de ellas).

Al final, toda la energía potencial total gravitatoria se ha convertido en energía de rotación (en los circuitos en calor por el choque de los electrones con los núcleos). Ésta energía tiene que ser la suma total conseguida por las tres caídas.

En un circuito eléctrico la diferencia de potencial aportada por la fuente tiene que ser igual a la suma de las caídas de tensión obtenidas en cada resistencia.

Los electrones al entrar en una resistencia convierten su energía cinética en calor (Joule) pero como siguen en el interior de un campo eléctrico dentro del metal (producida por la pila), vuelven a ganar energía hasta que se encuentran con otra resistencia.

Corriente continua (más vídeos)

Muchas gracias por las respuestas a los dos¡¡

Jorge he leído los textos y algunas cosas son demasiado complicadas para mi. Aunque son muy interesantes por otra parte.

El símil de Galilei me ha parecido más intuitivo para que lo entienda alguien como sin estudios en fisica cuántica.

Mi pregunta ahora es:

Antes creía que la batería almacenaba cargas de distinto signo separadas por un tabique y que había mayor cantidad de positivas que de negativas. Entonces por efectos de la repulsión entre cargas, las cargas positivas repelían a las negativas y circulaban por el circuito. En el momento en que ambos niveles de cargas se igualaban, dejaba de haber atracción y se agotaba la pila.
Salvo algunos fallos esta era mi "teoría" jaja. Pero cuando me enteré de que realmente la batería no almacena cargas eléctricas tal cual, se me desmontó la idea.

¿Hay alguna descripción intuitiva con la que se pueda comprender que es lo que hace la batería para que circulen las cargas por el circuito?

En el símil explicado antes. ¿Como difiere si en el circuito hay resistencias en serie o en paralelo?

 Entiendo lo que sucede al llegar a la resistencia. Pero...

- Resistencias serie: el agua fluye siempre por la misma tubería. Supongamos que tenemos 3 resistencias en serie. Si tomas el tramo desde antes de la primera resistencia hasta el final de la tercera,¿disminuirá la intensidad comparado con el mismo tramo pero sin resistencias? Mi teoría es que si, porque al frenarse los electrones en cada resistencia, pasarán menor cantidad de cargas por unidad de tiempo que si no hubieran resistencias. ¿Está bien mi suposición?

- Resistencias paralelo: la tubería se divide en varios tramos. Cada uno supongamos con 1 resistencia. ¿Cómo se divide la intensidad? Lo de la ley de Ohm lo tengo claro, pero conceptualmente o mediante el símil ¿cómo?

Muchas gracias de nuevo

Hay un fenómeno que ya hemos comentado, la tendencia de algunos elementos a soltar electrones y la de otros a ganarlos.

Cuando se ponen en contacto el Fe y el O. Ocurre;

Fe  =>   Fe²⁺ + 2e^-   (cede 2 e^-)

O + 2e^- => O^2-          (los gana)

El Fe²⁺ y el O^2- se combinan para dar FeO (óxido de hierro II)

El hierro cede de forma natural dos electrones al oxígeno. Uno se oxida (pierde electrones) y otro se reduce (gana electrones).

A alguien se le ocurrió la manera de que esos electrones que se traspasa no se hiciera directamente sino mediante un hilo que permitiera el paso de ellos. Es una forma muy simple de definir una pila. En las pilas se produce una reacción química (energía química) que consiste en traspasar electrones de un electrodo a otro.

Cuando se agota el elemento que se oxida (el Fe) se acaba la función de la pila.

Evidentemente no son el Fe y el O los más apropiado para formar una pila.

 (Ver)

OK¡¡ Entonces no iba tan mal encaminado jeje
Eso me parece totalmente fácil de comprender a este nivel (supongo que en el fondo será complicadísimo)
Tengo que echarle un ojo a ese documento que me indicas para saber un poco más acerca de esto pero me quedo con la idea básica.
GRACIAS¡¡¡

Entonces, los electrones que se desprenden por la oxidación de un elemento en un polo de la pila, viajan por el cable hacia el otro polo y forman la corriente eléctrica.
Creo que en las baterías se indica intensidad por hora. Una batería de 1amperio por hora, otra de 700mA por hora,etc..
Una batería de 1Amperio/hora será capaz de suministrar antes de agotarse, una corriente de 1 Amperio durante 1 hora. Dicho de otra forma: esa batería es capaz antes de agotarse, de estar desprendiendo durante una hora la cantidad de electrones equivalentes a 1 Amperio de carga.¿Cierto?

Pregunta: La cantidad de electrones que se desprenden del elemento oxidado por hora, ¿Es la intensidad máxima que será capaz de entregar esa batería durante una hora? Entonces, la diferencia entre dos baterías del mismo tipo pero de distintas intensidades/h entregadas (por ejemplo una de 1 Amperio/h, y otra de 700mA/h) ¿Es la cantidad de material que tiene para oxidar? (A más material, más electrones a la vez se desprenderán) En las baterías de coche si que parece ser así, ya que el tamaño de la batería aumenta con la intensidad que puede suministrar.

Un amperio es un culombio de carga por segundo. Como un culombio es aproximadamente igual a la carga de 6,24150948 × 10 a la 18 electrones, un amperio es equivalente a la carga de 6,24150948 × 10 a la 18 electrones por segundo. Una batería de 1Amperio es capaz de desprender todos esos electrones por segundo durante una hora antes de agotarse. Si se pudiera calcular cuantos electrones por segundo se desprenden de la oxidación de 1cm2 del material de la pila, se podria calcular como de grande debe ser la batería para suministrar la corriente que deseemos durante una hora.¿Cierto?

Luego, vendrá el tema del voltaje, que creo que es algo así como la fuerza con que se empujan esos electrones que genera la batería. Ahi ya se me complica el tema¡¡ jeje

Perdón por ser pesado¡¡ Muchas gracias¡¡

Efectivamente, dependiendo de la cantidad de material que podemos oxidar así será la carga acumulada. Además hay otro inconveniente, los potenciales de cada celda de la pila no superan el 1,5 V por lo que para tener una de 12 V hay que colocar 8 celdas, llegando a tener un volumen y peso considerable. Sobre todo los acumuladores solares que pueden pesar cientos de kilo cada una de las ocho celdas.

Ese es el problema de la electricidad, su acumulación.

Muchas gracias amigo Galilei.

Lo de que cada celda solo entrega 1,5 voltios ¿es común a todos los tipos de baterías?

Entonces, si no entiendo mal: cada una de las celdas da de forma natural 1,5 voltios, que sería la "velocidad" que tienen los electrones que se desprenden de la batería por la oxidación. Entonces, si unes dos celdas tendrás 3 voltios. ¿Cómo se puede explicar?

¿Se unen las fuerzas de "empuje" de las dos celdas, y se desprenden la misma cantidad de electrones pero con el doble de "velocidad"? Con esto aumentará la intensidad, ya que al tener el doble de velocidad, pasarán dos veces más electrones por segundo y la intensidad se doblará. (I = q/t)

¿Supongo bien?

Si es así: ¿Cómo es que se mantiene la cantidad de electrones desprendidos de la batería cuando deberían de doblarse, porque hay doble cantidad de material para oxidarse?

Gracias y un saludo¡¡¡

Hola,

El potencial (o más bien, la diferencia del mismo) es la energía que aporta la pila por cada culombio que circula. No tiene nada que ver con la velocidad.

Si cambias el potencial de un circuito (aumentándolo) lo que pasará es que circulará más electrones en el mismo tiempo (aumenta la intensidad).

I = V/R

Pero si tienes más electrones circulando y hay más celdas, lo comido por lo servido, las pilas durarán lo mismo.

Cuando se ponen pilas en serie aumenta el voltaje pero no la 'descarga' ya que al aumentar V aumenta I. Digamos son los mismos electrones pero con más energía (más 'fuerza').

Sin embargo cuando se ponen en paralelo, el potencial es el mismo y duran el doble (si se ponen dos)

Hola de nuevo¡

BATERÍAS EN SERIE:


¿Aquí los electrones se desprenden de la primera batería, pero al pasar por las demás baterías estas van añadiendo fuerza a cada electrón?
Si no le dan más velocidad a los electrones, entonces ¿le dan mayor carga?

La duración es la misma pero el voltaje se multiplica por 6. Al aumentar el voltaje, ¿la intensidad también se multiplica por 6? Al tener que circular por 6 baterías, ¿no se añade tambien la resistencia de cada una de ellas? ¿O eso ya se tiene en cuenta al expresar el voltaje de la batería?

BATERÍAS EN PARALELO:


En este caso ¿se desprenden electrones de todas las baterías al mismo tiempo? Por eso se aumenta la cantidad de electrones y aumenta la intensidad. El voltaje se mantiene ya que los electrones tienen la misma fuerza.

Otra pregunta:

Si la carga del electrón es siempre la misma, ¿cómo hace la batería para darle más carga? ¿Que significa exactamente? Quiero decir que si para que aumente la intensidad deben de pasar más electrones por segundo o pasar con más velocidad, ¿que más se le puede hacer a los electrones para que aumente la intensidad?

Gracias