1r ciclo Duda circuitos eléctricos, electromagnetismo, Experiencia de Faraday

[josanagui]

Hola a todos tengo las siguientes dudas acerca de los circuitos eléctricos y me gustaría que alguien me respondiese. Muchas gracias por vuestra atención:

1.- Tengo entendido, y si no es así que alguien me corrija, que en el interior de una pila hay aniones en la parte negativa y cationes en la parte positiva, y que es debido a esto a que los cationes intentan atraer los electrones superficiales de los iones para así conseguir el equilibrio entre cargas. Por ello los electrones circulan por el conductor y así se produce la corriente eléctrica. ¿Esto es cierto? Si es así: ¿no influye para nada la longitud del conductor? Quiero decir: en la pila supongo que los aniones están aislados de los cationes, ¿no? y que la atracción de los electrones por parte de los cationes se produce a través del conductor, ¿no? pero ¿entonces cómo es posible que un catión pueda atraer a un electrón del anión que se encuentra a, por ejemplo, 100 km a través de un conductor, ¿ no es mucha distancia esta para que se produzca esta atracción?

2.- En el circuito eléctrico de una vivienda, por ejemplo, no tenemos pilas, entonces, ¿qué es lo que hace que los electrones sean atraídos a través del conductor? y ¿dónde van a parar dichos electrones? ¿ En estos circuitos también la corriente eléctrica es debido a que hay aniones y cationes y a que se intenta conseguir un equilibrio de cargas?

3.- En la Experiencia de Faraday, la corriente eléctrica surge cuando varía el flujo magnético a través de una bobina, ¿no?, pero para que esto se produzca, ¿tiene que haber un generador, por ejemplo una pila conectada a dicho cicuito? En caso negativo: ¿de dónde aparecen entonces los electrones responsables de la energía eléctrica producida?. En caso afirmativo: ¿ por qué es necesario que varíe el flujo magnético para que haya energía eléctrica a través del conductor, si, tal y como he expuesto anteriormente en 1.- aunque este flujo magnético no variase ya habría energía eléctrica debido al desequilibrio de carga entre iones y cationes de la pila?

Muchas gracias por vuestra atención. Si alguna pregunta no la he explicado bien decídmelo e intentaré ser más claro. Gracias.

Muchas gracias por vuestras respuestas. Sólo una duda más: ¿pueden circular protones por un conductor? ¿ o sólo son los electrones los que circulan?

[visitante20160513]

Re: Duda circuitos eléctricos, electromagnetismo, Experiencia de Faraday

Vamos a ver, tienes un concepto algo confuso. Una pila es un contenedor que tiene en su interior ciertas substancias que al reaccionar químicamente generan los aniones y los cationes que crean el campo eléctrico y un generador es una máquina que contiene en su interior imanes o electroimanes y que al girar genera campos magnéticos variables que mediante el fenómeno de la inducción crean los campos eléctricos que empujan a los electrones a través de los conductores, y salvo en circuitos muy especializados normalmente no se utilizan en conjunto. Una pila por sí sola es capaz de generar una corriente en un conductor, exactamente lo mismo que un generador, así que es conveniente analizarlos por separado.

Una pila funciona tal y como has indicado en el primer mensaje, aunque su capacidad es bastante limitada, de manera que no sería capaz de mover los electrones a lo largo de un conductor de 100 km de longitud, la energía que funciona en la pila es energía química debido a los componentes que contiene en su interior. Es complejo describirlo si no tienes unos conocimientos amplios de química y de electricidad, que no es lo que parece. La tensión que generan las pilas es constante, y esa tensión, que aparece en sus terminales, es la que genera el campo que hace que los electrones se muevan. En esencia el campo es generado por los aniones y los cationes a los que ya has hecho referencia.

Aunque las pilas no son las únicas formas de generar electricidad, hay otras que se basan fundamentalmente en los generadores que son máquinas capaces de generar campos eléctricos utilizando campos magnéticos variables (imanes o electroimanes girando), en este caso el fenómeno que se aplica es la inducción (leyes de Faraday y Lenz) que no tiene nada que ver con el fenómeno que se produce en las pilas que es un fenómeno químico (pila de Volta y otras muchas que se conocen hoy en día).

Por otro lado 100 km es una distancia enorme para transmitir energía eléctrica, para conseguir esto se utilizan los grandes generadores de potencia de las centrales eléctricas y las redes de transporte que son lineas de alta tensión que funcionan a muchos miles de voltios y son máquinas muy sofisticadas. Sin embargo una pila es capaz de dar solo unos pocos voltios y su alcance se limita a unos pocos metros, así que no conviene mezclar ambos fenómenos, ya que son completamente distintos. Entre ambos extremos existen multitud de máquinas capaces de generar corriente a muy diversas escalas, desde las modestas pilas, pasando por las dinamos y los alternadores que se usan en los coches, trenes, barcos o aviones, hasta los grandes generadores de potencia de las centrales eléctricas.

Si te queda alguna duda sigue preguntando.

Salu2, Jabato.

[Julián]

Re: Duda circuitos eléctricos, electromagnetismo, Experiencia de Faraday

1.- Tengo entendido, y si no es así que alguien me corrija, que en el interior de una pila hay aniones en la parte negativa y cationes en la parte positiva, y que es debido a esto a que los cationes intentan atraer los electrones superficiales de los iones para así conseguir el equilibrio entre cargas. Por ello los electrones circulan por el conductor y así se produce la corriente eléctrica. ¿Esto es cierto? Si es así: ¿no influye para nada la longitud del conductor? Quiero decir: en la pila supongo que los aniones están aislados de los cationes, ¿no? y que la atracción de los electrones por parte de los cationes se produce a través del conductor, ¿no? pero ¿entonces cómo es posible que un catión pueda atraer a un electrón del anión que se encuentra a, por ejemplo, 100 km a través de un conductor, ¿ no es mucha distancia esta para que se produzca esta atracción?

No es tan así. La pila genera excesos de electrones en un electrodo y una carencia en el otro y como hay densidades de carga desvalanceada en cada electrodo estos generan un campo eléctrico y por lo tanto un potencial.

$\dst \nabla . \vec{E} = \frac{1}{\varepsilon} \rho$ , $\dst {\nabla}^{2} V= - \frac{1}{\varepsilon} \rho$ donde $\rho$ es la cantidad de carga sobre unidad de volumen. Como existe un potencial negativo en un electrodo y otro positivo en el otro hay una diferencia de potencial

Si conectas un conductor entre los electrodos, en el conductor no puede existir diferencia de potencial y por lo tanto hay una circulación de cargas para anular dicha diferencia de potencial. Si conectas una resistencia como un conductor de varios kilometros, también fluirá carga pero una resistencia debido a su material habrá una diferencia de potencial en sus extremos y la corriente que circula depende de su conductividad.

En si, volviendo al caso del conductor, no es que el electrón que sale del cátodo llega al ánodo. Sino que los que se empiezan a mover son los electrones libres del conductor.

En el circuito eléctrico de una vivienda, por ejemplo, no tenemos pilas, entonces, ¿qué es lo que hace que los electrones sean atraídos a través del conductor? y ¿dónde van a parar dichos electrones? ¿ En estos circuitos también la corriente eléctrica es debido a que hay aniones y cationes y a que se intenta conseguir un equilibrio de cargas?

En el caso anterior lo que genera la diferencia de potencial es la acumulación de carga y está está expresa por la ley de Gauss del campo eléctrico. En el caso de los generadores el principio que actúa es la ley de faraday donde la variación de un flujo magnético produce una diferencia de potencial.

$\dst \nabla \times \vec{E} = d V = - \frac{\partial \vec{B}}{\partial t}$

Como dije anteriormente en los conductores no existe campo eléctrico o diferencia de potencial (conductores ideales) por lo que esa diferencia de potencial se traduce a los extremos de estos. Esto sin contar los transformadores, etc.

Pero acá las cargas no "intentan" equilibrarse, se mueven por acción de la fuerza electromotriz (variación del flujo magnético). No existe exceso de carga globalmente en el conductor.