Cómo se transfiere la energía en un circuito simple.
He leído en alguna parte que, en contra de la concepción común, los electrones no fluyen realmente como el agua en una manguera, así que, ¿qué está pasando realmente ahí? ¿Cómo se transporta la energía a la velocidad de la luz si los electrones no fluyen como el agua a gran velocidad?
La energía no fluye en la misma dirección que la corriente; si lo hiciera, saldría tanta energía de la resistencia como entraría en ella. En realidad, la pila está utilizando su energía química y la resistencia está emitiendo energía en forma de calor, por lo que el flujo de energía de la pila a la resistencia es siempre hacia la derecha.
Para un cable que es un conductor perfecto, el campo eléctrico dentro del cable es cero, por lo que el vector de Poynting desaparece. Por lo tanto, no hay flujo de energía dentro del cable. El flujo de energía está fuera del cable. Las flechas blancas de la figura muestran la dirección de los vectores de Poynting.
Los electrones fluyen más bien como agua muy lenta, y ésta es otra forma de ver que la energía no se transporta junto con los electrones. Si abres o cierras un interruptor en un circuito como éste, se producen cambios que ondulan hacia fuera en el campo electromagnético. Esas ondas electromagnéticas transportan la energía y la información a velocidades que suelen ser cercanas a la de la luz.
Ejemplos de transferencia de energía eléctrica
En un circuito eléctrico, la energía eléctrica se convierte continuamente en otras formas de energía. Por ejemplo, cuando fluye una corriente en un conductor, la energía eléctrica se convierte en energía térmica dentro del conductor. El campo eléctrico, suministrado por la fuente de tensión, acelera los electrones libres, aumentando su energía cinética durante un breve periodo de tiempo. Este aumento de la energía cinética se convierte en energía térmica mediante colisiones con los iones de la estructura reticular del conductor. En Trabajo y Energía Cinética, definimos la potencia como el ritmo al que se realiza el trabajo por una fuerza medida en vatios. La potencia también puede definirse como la velocidad a la que se transfiere la energía. En esta sección, discutiremos la tasa de transferencia de energía, o potencia, en un circuito eléctrico.
Mucha gente asocia la potencia con la electricidad. Nos vienen a la mente las líneas de transmisión de energía. También pensamos en las bombillas por su potencia en vatios. ¿Cuál es la expresión de la potencia eléctrica?
Comparemos una bombilla de 25 W con una de 60 W ((Figura)(a)). La bombilla de 60 W brilla más que la de 25 W. Aunque no se muestra, una bombilla de 60 W también está más caliente que la de 25 W. El calor y la luz se producen por la conversión de la energía eléctrica. La energía cinética que pierden los electrones en las colisiones se convierte en energía interna del conductor y en radiación. ¿Cómo se relacionan el voltaje, la corriente y la resistencia con la energía eléctrica?
Fórmula de la energía en el circuito eléctrico
Este capítulo se basa en el trabajo realizado en el 7º curso. En el Grado 7, los alumnos investigaron los circuitos básicos, así como las transferencias de energía dentro de un sistema. En el 8º curso, los alumnos practicarán el dibujo de circuitos eléctricos utilizando los símbolos correctos. Esto se introdujo por primera vez en la escuela primaria, por lo que los alumnos deberían estar familiarizados con los símbolos de los circuitos, aunque podría ser necesario repasarlos. Es importante recordar a los alumnos que los diagramas de circuitos son sólo esquemas de un circuito. Cuando se construye un circuito real a partir de un diagrama, el circuito real no tendrá exactamente el mismo aspecto que el diagrama.
Un error común que se produce en la construcción de circuitos es que los cables negros llevan corriente negativa y los rojos llevan corriente positiva. Esto se debe a la codificación de colores que se utiliza a menudo en los contadores eléctricos para indicar la polaridad. Para evitar este error, a veces se utilizan cables rojos para conectar el lado negativo de la batería al lado negativo de los contadores, o a veces sólo se utiliza un color de cable. Esto demuestra que el código de colores es arbitrario.
La transferencia de energía eléctrica a través de un conductor
Explicación: Una tostadora es un ejemplo de cómo un aparato puede convertir la corriente eléctrica en energía térmica. La tostadora se enchufa en la toma de corriente y la electricidad fluye a través del cable hasta los elementos calefactores de la tostadora. La tostadora calienta y crispa el alimento colocado en su interior. Las bobinas calefactoras calientan el pan como resultado de la transferencia de corrientes eléctricas.
Explicación: Los relámpagos son un poderoso ejemplo de electricidad en la naturaleza. Durante una tormenta, muchos trozos pequeños de hielo chocan entre sí al desplazarse por el aire de las nubes. Estas colisiones crean una carga eléctrica. La nube se llena de cargas eléctricas. Las cargas positivas o protones se forman en la parte superior de la nube, y las cargas negativas o electrones se forman en la parte inferior. El suelo bajo la nube crea una carga positiva. La carga que sube desde puntos del suelo (como las copas de los árboles o los edificios) acaba por conectarse con una carga que baja desde las nubes y cae un rayo.