Por que os circuitos são considerados loops?

Então, eu sei que quando você está falando de algo como um circuito que inclui uma bateria, um circuito se parece com um loop, mas isso é meramente pelo fato de a fonte de alimentação estar fisicamente próxima da saída.

No entanto, isso não precisa ser o caso, certo? As baterias são independentes, porque é conveniente, mas você pode drenar uma fonte de energia conectando-a a QUALQUER terminal com carga positiva, se entender isso corretamente.

Os circuitos são, portanto, considerados loops apenas porque é conveniente pensar dessa maneira? Como um rio não pode fluir em um círculo, a eletricidade também não pode, porque funcionaria com um potencial zero líquido, significando, portanto, nenhum movimento!

A maioria dos circuitos são considerados loops porque a carga em materiais condutores tende a igualar as diferenças de potencial eletrostático de forma relativamente rápida. Pegue um fio / haste longo, por exemplo. Digamos que você possa adicionar elétrons a um lado. Primeiro você começa com 0 elétrons. Quando você adiciona o primeiro elétron, não há mais nada ao redor para que ele possa ir basicamente a qualquer lugar. Quando você adiciona o segundo elétron, ele empurra o primeiro elétron o mais longe possível para tentar criar um equilíbrio de carga na haste. Esse primeiro movimento de elétrons é na verdade uma corrente minúscula e seu movimento pode ser usado para extrair trabalho dele (porque foi necessário trabalho para adicionar o segundo elétron ao sistema). Adicionar um terceiro elétron empurrará o segundo elétron para o meio. O segundo elétron ' Como o movimento é metade do primeiro, você só pode extrair metade da quantidade de trabalho. O primeiro elétron está na outra extremidade e não se moveu neste momento. Se você continuar adicionando elétrons à haste em uma extremidade, o movimento dos outros elétrons será cada vez menor. Em breve, você estará a milhares de volts e não será capaz de extrair nenhum trabalho porque simplesmente não há lugar para os elétrons irem.

Em vez disso, e se tirássemos elétrons de um lado e o adicionássemos ao outro lado? Agora, todos os elétrons que você fizer isso farão com que todos os outros elétrons se movam em resposta em uma direção na mesma quantidade. Agora você pode extrair uma quantidade uniforme de trabalho do sistema para cada elétron que você move. Mas o que você fez? Você criou um loop com a mão movendo elétrons únicos por vez. É por isso que a maioria dos circuitos utiliza um loop. Há algo que empurra elétrons em uma (ou talvez ambas) direções. No seu caso, é uma bateria, mas geradores e vários outros métodos podem ser usados ​​para "bombear" elétrons para extrair trabalho deles em um local diferente.

Você pode pensar em uma bateria como uma bomba de elétrons, que move quimicamente elétrons do terminal positivo para o negativo, a fim de manter uma certa "pressão elétrica" ​​(é o que os primeiros chamavam de diferença de potencial em alguns livros antigos, e é não é um modelo ruim).

Para realmente fazer essa coisa fazer alguma coisa útil, você precisa fornecer um caminho para os elétrons fluírem, que usa os elétrons em movimento para realizar algum tipo de tarefa interessante [1]. Isso pode estar aquecendo um fio fino para acender, ou acionar alguma outra reação eletroquímica para recarregar outra bateria, ou criar um campo magnético em um motor ou o que seja. Esse caminho deve ser claramente um loop, se você desejar que o sistema funcione mais do que muito brevemente (pense em nano segundos).

Observe que em nenhum momento há menção a terra ou algo assim, todas as tensões são medidas em relação a algum ponto arbitrário em suas ações e, para que essa tensão faça alguma coisa útil, deve haver um loop para a corrente fluir [2].

Ground é uma daquelas palavras realmente ruins que significa pelo menos três coisas diferentes de uma maneira altamente dependente do contexto, ignorada por enquanto.

[1] Os elétrons em um condutor de cobre em qualquer tipo de corrente com a qual você deseja jogar se move muito lentamente, pense menos de um mm por segundo, mas um fio é como um tubo cheio de rolamentos de esferas, você empurra um em um No final, um sai do outro muito mais rápido que qualquer bola se move para baixo do tubo.

[2] Sim, eu sei, portões de memória flash, lentes eletrostáticas, impressoras a laser, todo tipo de pequenas exceções, mas continue com isso por enquanto.

Desculpe, não. Uma bateria ou qualquer fonte de alimentação deve, a longo prazo, permanecer eletricamente neutra. As forças de restauração em carga separada são muito grandes e a separação permanente de carga em uma escala de circuito simplesmente não vai acontecer. Isso significa que, se a corrente flui de um terminal, ela deve fluir através de outro. O mais próximo de uma exceção é o microfone de eletreto, que contém cargas permanentemente separadas - mas não muito.

Um circuito DEVE ser um loop. Quando o loop é fechado, a corrente flui através da carga. Quando o loop está aberto, o circuito é desligado.

Talvez você possa assumir que a tensão é a "força" que impele as cargas a fluir no circuito. A corrente é esse fluxo por unidade de tempo.

Sem loop, não há corrente.

... mas você pode drenar uma fonte de energia conectando-a a QUALQUER terminal com carga positiva, se entender isso corretamente.

Não. Veja a Conservação de energia e Conservação de carga . Se drenarmos as cargas de um ponto de potencial positivo, as cargas DEVEM retornar através de um ponto de referência (terminal negativo da bateria, GND, etc.), ou seja, fluxo em circuito fechado.

Acredito que haja uma resposta mais genérica e devemos pensar em corrente, não em tensão.

Todos os circuitos precisam seguir a Lei de Kirchoff - fundada nas equações fundamentais de Maxwell que descrevem como a corrente flui em qualquer mídia.

Se um nó estiver desconectado (através de qualquer mídia em qualquer frequência), ele não poderá fazer parte dos circuitos. Inversamente, qualquer nó que esteja conectado de alguma forma faz parte do circuito.

A Lei de Kirchoff pode ser simplesmente redigida como "A soma de correntes em qualquer circuito é zero", ou seja, para cada saída de corrente (neste caso, chamaremos isso de corrente positiva) de um nó, uma soma combinatória (negativa) idêntica e oposta (negativa) de correntes deve inserir o mesmo nó.

Se você levar isso a uma conclusão lógica, todos os nós deverão ser conectados em um ou mais loops para que a soma no circuito seja zero. Todos os negativos e positivos devem cancelar exatamente.

Você está parcialmente certo, pois os elétrons passarão de um potencial para um potencial mais alto. Então, você pode pensar que se eu tiver uma tensão em um ponto no espaço A com um fio passando para um ponto diferente no espaço B, os elétrons fluirão através do fio.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

No entanto, a tensão por si só não significa nada. Uma tensão é uma diferença de potencial entre dois pontos.

^{simule este circuito}

Ou seja, você precisa de um ponto de referência comum para realmente afirmar as tensões em primeiro lugar. Você acaba com um loop, com alguma resistência, gostando ou não.

No entanto, isso também traz outro ponto. No circuito acima, mesmo sem o fio de referência, ainda existe alguma resistência entre os lados negativos das fontes de tensão, embora enormes. Como tal, você tem um loop e uma corrente minúscula fluirá no fio, embora possa ser muito pequeno para você medi-lo.

Também é importante separar a noção de corrente da noção de movimento de elétrons. A corrente é uma representação abstrata, enquanto o movimento dos elétrons é um fenômeno físico. Dizemos laços de corrente através da bateria ou capacitor, mas, na realidade, os elétrons não. Em vez disso, um número igual de elétrons os retira e entra no outro lado. Essa diferença é sutil, mas importante.

Corrente é um fluxo de portadores de carga elétrica, geralmente elétrons ou átomos com deficiência de elétrons.

se pegarmos uma bateria: o fluxo de corrente em circuito fechado que é uma corrente elétrica

mas alguém me diz que está bem, mas o que acontece quando você toca no positivo da fonte de soro de leite em que estamos chocados,

bem, a resposta é muito simples: a pessoa faz um loop fechado com a terra para fazer os elétrons fluírem dentro de seu corpo, mas o pássaro não fica chocado porque não faz um loop fechado

um circuito que inclui uma bateria, ... parece um loop

Ele é um loop. O eletrólito de uma bateria é um bom condutor , um circuito curto.

Talvez você tenha a idéia errada de que as baterias "carregam carga" ou que a corrente através do eletrólito é zero ampere? Não, não funciona assim. As baterias se comportam como curtos-circuitos, resistência interna muito baixa e um circuito simples com bateria é um circuito fechado.

As baterias não fornecem carga aos circuitos. A carga que flui vem do próprio cobre, do mar de elétrons do metal.