Como a corrente sabe quanto fluir antes de ver o resistor?

Com os seguintes circuitos como exemplos:

e

Como a corrente Isaberá quanto fluir? Alguma outra onda viajaria primeiro no circuito e depois retornaria e diria que tanta corrente deveria fluir?

Não tenho certeza se é isso que você está perguntando, mas sim, quando a bateria está conectada, uma onda de campo elétrico viaja da bateria pelos fios até a carga. Parte da energia elétrica é absorvida pela carga (dependendo da lei de Ohm), e o restante é refletido na carga e viaja de volta para a bateria, parte é absorvida pela bateria (lei de Ohm novamente) e parte se reflete na bateria, etc. Eventualmente, a combinação de todos os retornos atinge o valor estável em estado estacionário que você esperaria.

Geralmente não pensamos dessa maneira, porque na maioria dos circuitos isso acontece muito rapidamente para medir. Para linhas de transmissão longas , no entanto, é mensurável e importante. Não, a corrente não "sabe" qual é a carga até que a onda a atinja. Até esse momento, ele conhece apenas a impedância característica ou "impedância de surto" dos próprios fios. Ainda não se sabe se a outra extremidade é um curto-circuito ou um circuito aberto ou alguma impedância no meio. Somente quando a onda refletida retorna, ela "sabe" o que está do outro lado.

Consulte Exemplo de reflexão do circuito e efeitos da linha de transmissão em sistemas lógicos de alta velocidade para obter exemplos de diagramas de rede e um gráfico de como a tensão muda em etapas ao longo do tempo.

E, caso você não entenda, no seu primeiro circuito, a corrente é igual em todos os pontos do circuito. Um circuito é como um loop de tubulações, todas cheias de água. Se você fizer com que a água flua com uma bomba em um ponto, a água em todos os outros pontos do circuito terá que fluir na mesma taxa.

As ondas de campo elétrico de que estou falando são análogas às ondas de pressão / som que viajam através da água no cano. Quando você move a água em um ponto no tubo, a água na outra extremidade dos tubos não muda instantaneamente; a perturbação deve se propagar através da água na velocidade do som até atingir a outra extremidade.

Como a teoria foi abordada, irei com uma analogia grosseira (espero que eu esteja entendendo o que você está perguntando corretamente, não está tão claro)

De qualquer forma, se você imaginar uma bomba (a bateria), alguns tubos cheios de água (os fios) e uma seção em que o tubo se estreita (o resistor)
A água está sempre lá, mas quando você inicia a bomba, ela cria pressão (tensão ) e faz a água fluir ao redor do circuito (corrente). O estreitamento do tubo (resistor) restringe o fluxo (corrente) a uma certa quantidade e causa queda de pressão através dele (tensão no resistor, neste caso igual à bateria)

Com o segundo circuito (dois resistores em paralelo), é razoavelmente claro que a mesma quantidade de corrente que flui para a junção superior deve fluir pela junção inferior (consulte Kirchoff). Se os resistores forem iguais, eles compartilharão a corrente igualmente. isso pode ser como um tubo grande (fio) se dividindo em dois tubos mais estreitos (resistores) e depois se fundindo novamente em um tubo grande novamente. Se eles forem desiguais, um deles terá mais fluxo (corrente) que o outro, mas a saída total será sempre a soma total.

Você poderia fazer a mesma pergunta com a analogia da água - como a água "sabe" quanto fluir? Porque é limitado pela largura dos tubos e pela pressão das bombas.

EDIT - Parece que a pergunta que está sendo feita é um pouco diferente do que eu supunha inicialmente. O problema é que existem algumas respostas diferentes (como você pode ver) em diferentes níveis de abstração, por exemplo, da lei de Ohms à Maxwell e à física quântica. No nível de elétrons individuais, acho que você pode ter um problema devido à dualidade das ondas de partículas e ao caminho duplo (veja experimento de fenda dupla com fóton) mencionado por Majenko.
Observe que a razão pela qual eu disse acima que "a água está sempre lá" é porque os próprios elétrons não fluem a ~ 2/3 da velocidade da luz em torno de um circuito, e sim a energia de um é propagada para o próximo (mais ou menos) e assim por diante. Um pouco como as bolas pulando aleatoriamente uma na outra, com uma tendência média geral a saltar na direção do potencial aplicado. Uma maneira mais simples de pensar nisso é como uma linha de bolas de sinuca - se você acertar a bola branca em uma extremidade, a energia será "transmitida" através de todas as bolas (elas não mudarão de posição); a outra extremidade se romperá.
Tenho a sensação de que a explicação quântica pode ser algo como: só podemos prever a probabilidade que um elétron individual "escolherá" um caminho (ou estará em uma área específica), mas o processo não seria observável diretamente (ou seja, física teórica)

De qualquer maneira, acho essa uma excelente pergunta e precisa de uma boa resposta (tentará melhorar essa se o tempo permitir), embora no nível mais baixo possa ser melhor tratado na pilha de física.

A princípio, a corrente realmente não sabe. Assumindo que um grande interruptor de desenho na linha, quando aberto, representa uma enorme impedância. A carga (capacitiva) se acumula em ambos os lados; especificamente, os elétrons aglomeram o terminal negativo e o terminal positivo não possui o mesmo número de elétrons do normal (carga de imagem). O fluxo de corrente é insignificante (fA *), portanto, não há queda de potencial no resistor. Os elétrons não têm movimento líquido ou fluxo porque a repulsão eletrostática com seus vizinhos, incluindo o grande grupo no interruptor, é igual à força do viés de campo elétrico externo.

Quando o comutador é fechado pela primeira vez, os elétrons extras próximos ao comutador passam para o outro contato, preenchendo a carga da imagem. Agora que não há um monte de elétrons agressores que se recusam a se mover e recuar, o resto fica balístico ^{_{(hah! Não , na verdade , no entanto)}} e começa a percorrer o circuito.

Aqueles dentro e perto do resistor encontram ... resistência (vamos; eu precisava) . Não há quase tantos elétrons ou locais livres; portanto, não muito diferente da grande impedância apresentada anteriormente pelo comutador, a carga se acumula em cada extremidade, à medida que os insaciáveis ​​impacientes disputam um lugar na fila. Ele continua a crescer até o equilíbrio ser alcançado: o campo eletrostático do feixe de elétrons esperando para atravessar o resistor é igual ao viés do campo elétrico externo.

Neste ponto, a corrente sabe quanto deve fluir e não muda [até que você perceba que você coloca um resistor de 1,3 ohm em vez dos 1,3 kohm, e frita e abre novamente os circuitos].

Se a fonte fosse totalmente removida do sistema a princípio, não haveria carga capacitiva inicial. Uma conexão instantânea com a fonte (chave DPST) levaria a um campo elétrico se propagando ao longo do fio perto de c , acelerando e arrastando elétrons junto com ele, e levando ao mesmo amontoamento do tipo sair do estádio de futebol nos resistores. No caso de resistores paralelos, no entanto, as portas do referido estádio podem ter larguras diferentes, portanto as correntes de equilíbrio serão diferentes.

Como a corrente no delta do rio "sabe" qual ramo levar? "Corrente" em cada caso significa o fluxo agregado de moléculas de água ou elétrons; portanto, primeiro, substitua a pergunta por "Como cada elétron (ou molécula) sabe para onde ir"? Não faz; ele será arrastado pelo fluxo imediatamente local e, no nível micro ou atômico, tomará o lugar do que está partindo logo à frente. Então, o que acontece exatamente no ponto da divergência? Para nossos olhos de macro, a direção que toma é aleatória, distribuída como a razão (ões) das correntes de ramificação. No nível mais baixo, alguma pequena perturbação a cutucará de uma maneira ou de outra.

(Descrição / analogias muito grosseiras, eu sei - perdoe as imprecisões implícitas.)

"Saber" quanto fluir implica conhecimento, o que implica inteligência.

A corrente não é inteligente e não flui por si só. A corrente é puxada ou "consumida" pela carga - neste caso, os resistores.

A quantidade de corrente que a carga extrai é determinada pela Lei de Ohms:

$I=\dfrac{V}{R}$

No primeiro circuito, é simples o suficiente para calcular.

$I_S$

$\dfrac{1}{R_T} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}$

ou

$R_T = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

$R_1$$R_2$$R_1$$R_2$

Na verdade, a corrente não sabe quanto fluir em t = 0.

Todo resistor possui alguma capacitância, pois consiste nos lados condutores separados por um isolador (mesmo que não seja perfeito). Devido a essa capacitância, em t = 0, a corrente corre tanto quanto a fonte de alimentação pode fornecer. Depois, depois de um tempo, diminui o seu valor normal. Todo resistor prático pode ser modelado como um resistor e um capacitor em paralelo. Então, seu primeiro circuito é na verdade um circuito RC paralelo.

Além disso, não esqueça que o campo E (campo elétrico) cria o campo B (campo magnético) e vice-versa. Quando você aplica uma tensão no resistor, o que você faz é criar um campo elétrico dentro do resistor. O que causa uma alteração no estado do campo elétrico (você aumenta o campo elétrico de zero para um valor diferente de zero). A mudança no campo elétrico cria um campo magnético e, finalmente, cria um fluxo de corrente.

Consulte as Equações de Maxwell para obter mais informações.

Como atual sabe? Sabe por causa da mecânica estatística (com Boltzman e mais tarde Fermi-Dirac envolvidos, e mais tarde Maxwell), quando os férmions (elétrons) em determinada temperatura tendem a ocupar o volume do condutor (metal) quando os elétrons voam livres como partículas do gás ideal e saltam contra átomos. A velocidade (energia) de partículas individuais é de cerca de 1,6 km por segundo (menos que a velocidade da luz), a velocidade de desvio é de alguns milímetros por segundo (consulte o wiki "velocidade de desvio"). A distância média livre de elétrons define "condutividade". Para o observador do fluxo de elétrons, o comportamento dos elétrons parecerá uma tendência das partículas para manter a "eletroneutralidade", quando cada parte local do condutor contém uma quantidade aproximadamente igual de elétrons e prótons. Os elétrons são carregados, então eles aplicam força repulsiva um ao outro. O envolvimento da força, velocidade e massa ao longo do tempo significa que existem fótons virtuais emitidos e absorvidos durante a aceleração e desaceleração dos elétrons. Esses fótons estão se propagando muito mais rápido que as partículas e criam "pressão". No geral, dependendo do material, a velocidade da parede de pressão é próxima da velocidade da luz. Pode ser chamado de "onda". O resto da história é melhor explicado pelo Endolith acima.

Os números de cobre à temperatura ambiente podem ser vistos neste artigo .

TLDR: Gás eletrônico ideal com mecânica estatística-> Boltzman-> Fermi-Dirac-> Maxwell-> Ohm

Ninguém mencionou o fato de que todos os esquemas adotam o chamado modelo de elemento agrupado .

Em um esquema, um fio não é um fio no senso comum, é um relacionamento simplificador entre nós. Se você quisesse descrever passo a passo o que acontece com a corrente (ou o que ela "sente") ao longo de um fio, seria necessário desenhar uma série infinita de elementos passivos.

Melhor analogia que me ajudou a entendê-la de maneira muito rápida e fácil, encontrei-me em algum lugar da Internet, mas não consigo apontar a fonte no momento. Se alguém souber onde está, me avise, para que isso possa ser incluído. A analogia é muito curta e esta será uma resposta muito curta. Nenhuma fórmula qualquer. Portanto, é meio não científico, mas é uma analogia elegante e realmente fácil para o ser humano imaginar e compreender.

A maioria das pessoas imagina circuitos simples como os de exemplos como um tubo ou cano vazio cheio de água. Isso se deve em parte à analogia prolífica do fluxo de água.

Na realidade, é muito mais como um tubo cheio de bolas sólidas como um tubo de boliche. Esse tubo está cheio de bolas alinhadas de ponta a ponta e não há espaços entre elas. Quando você empurra a bola em uma extremidade, todas as bolas percorrem a mesma distância .

Esse movimento é a corrente de elétrons e a força necessária para mover as bolas é a tensão aplicada.

Outra fonte de confusão é a sentença "menor caminho de resistência". Alguém pode imaginar uma pessoa na encruzilhada que escolha as 1 de 3 maneiras possíveis. Quando uma pessoa tomou um caminho, toda a pessoa segue esse caminho, e é exatamente assim que a corrente NÃO FLUI . Em vez disso, a corrente "se dividirá" e fluirá em todas as direções possíveis, mas proporcionalmente à resistência. Às vezes, a resistência é tão alta, que a quantidade atual é tão pequena, que é benéfico ser negligenciado por simplificar.

$V_S$$\frac{V_S}{R}$

$I_1 = \dfrac{V_S}{R_1}$

$I_2 = \dfrac{V_S}{R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S$$R_1$$R_2$

$R_1 || R_2 || ... R_n = \dfrac{1}{(\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} + ... \dfrac{1}{R_n})}$

$R_1 || R_2 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}} = \dfrac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$

Usando a lei de Ohm novamente, é fácil calcular Is:

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1 || R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2}$

$I_S$

$I_S = I_1 + I_2$

$I_S = \dfrac{V_S}{R_1} + \dfrac{V_S}{R_2} = V_S \times \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} = V_S \times \dfrac{R_1 + R_2}{R_1 \times R_2} = V_S \times (R_1 || R_2)$

Na verdade, as ondas têm muito a ver com isso, até que um estado estacionário seja alcançado. Inicialmente, mesmo o circuito mais simples feito de bateria, interruptor, fio e resistor é uma linha de transmissão, cercada por ondas eletromagnéticas e requer uma análise transitória para entender. Essa análise transitória responderá à pergunta inicial deste blog, se eu entender a pergunta ... Até a bateria é complexa e, inicialmente, até que o estado estacionário seja alcançado, requer uma análise que é governada pelo maxwells eqn's e muito mais. No passado, o DC101 foi ensinado inicialmente usando a analogia da água em tubulações, etc. Analogias também foram feitas para indutância e capacitância. É uma ótima maneira de ajudar alguém a entender o CD, se você tiver cinco minutos para ensiná-lo, e a lei de ohms é o máximo que você leva para o aluno.

É como uma rodovia cheia de carros onde a rodovia é o condutor e os carros são os elétrons. Se houver obras à frente limitando a rodovia de três para uma faixa, todas as faixas desaceleram e os carros 30 quilômetros atrás também não poderão ir mais rápido na seção de três faixas, porque os carros na frente não os deixam.