Problemas:
Primeiro , as correntes não "vêm" do terminal positivo. Esse é um equívoco muito comum, chamado de "falácia sequencial" nos livros didáticos de eletricidade da escola. O problema básico é que os fios não são como canos vazios. E a fonte de alimentação não as enche. Em vez disso, os fios já estão pré-cheios de carga, para que as correntes sempre apareçam em todos os lugares do circuito, tudo ao mesmo tempo. ("Corrente" significa fluxo de carga. Quando um círculo de cargas móveis começa a fluir, "corrente" aparece em todo o anel. Essa é a regra básica do circuito.)
Em outras palavras, os circuitos elétricos se comportam como rodas e cintos. Da mesma forma, o metal de uma corrente de bicicleta não "provém" de um local específico na roda dentada. Não "começa" em um ponto. Em vez disso, todo o círculo é feito de corrente. Além disso, toda a cadeia estava lá antes de qualquer fonte de alimentação existir. Com correntes de bicicleta, quando uma força é aplicada, tudo gira. Nos circuitos, quando uma diferença de potencial é aplicada, todas as cargas móveis dentro do anel (dentro do circuito) começam a se mover como uma unidade, como uma corrente sólida em um círculo completo. Mas essas cargas já estavam dentro dos fios antes que qualquer bateria fosse conectada. Os fios são como mangueiras cheias de água.
Segundo, o potencial elétrico só pode existir entre dois pontos, e um único ponto em um circuito nunca "tem voltagem". Isso é verdade porque a tensão é um pouco semelhante à altitude: um objeto não pode "ter altitude", pois a altura só pode ser medida entre dois pontos. Não faz sentido discutir a altura, o comprimento ou a altitude de um objeto. Altitude acima de quê? Acima do chão? Acima do solo fora do prédio? Altitude acima do centro da Terra? Qualquer objeto terá infinitas altitudes ao mesmo tempo!
A voltagem tem exatamente o mesmo problema: um terminal só pode "ter voltagem" quando comparado a outro terminal. A tensão atua como comprimento: tensão e comprimento são medições de extremidade dupla. Ou, em outras palavras, um terminal de um circuito sempre tem muitas voltagens diferentes ao mesmo tempo, dependendo de onde colocamos o outro condutor do medidor.
Terceiro , em circuitos, a força motriz é fornecida pelos terminais positivo e negativo da fonte de alimentação, ambos ao mesmo tempo. E, mais importante: o caminho para a corrente é através da fonte de alimentação. Fontes de alimentação são curtos-circuitos. Uma fonte de alimentação ideal atua como um resistor de zero ohm. Pense nisso: em uma bobina de dínamo, as cargas passam pela bobina e voltam a sair. O fio tem uma resistência muito baixa. O mesmo ocorre com as baterias: o caminho para a corrente é através da bateria e voltamos novamente. As placas da bateria estão em curto com eletrólito muito condutor.
Exemplo:
Aqui está uma descrição correta de uma lanterna. As cargas começam dentro do filamento de tungstênio. Quando o interruptor é fechado e o circuito está completo, uma extremidade do filamento é carregada positiva, a outra negativa. Isso força as próprias cargas do filamento a começar a fluir. As cargas saem do filamento e se transformam em um fio, enquanto, ao mesmo tempo, mais cargas entram na outra extremidade do filamento. Essas cargas são fornecidas pelos fios de metal (e, antes de o interruptor ser ligado, todos os condutores já estavam cheios de cargas móveis.) (leva minutos ou horas para chegar lá), depois flua através da bateria e volte a sair. Eles saem do outro terminal da bateria, voltam para a outra extremidade do filamento e terminam onde começaram. Um "circuito completo". As acusações são como uma correia de transmissão, ou como uma roda rotativa ou uma corrente de bicicleta. A bateria empurra as cargas, mas não as fornece. O cobre e o tungstênio fornecem as cargas que fluem no circuito da lanterna. As cargas se movem bem devagar, mas como todas começam a se mover ao mesmo tempo, a lâmpada acende instantaneamente, mesmo que os fios sejam muito longos.
Quarto: quaisquer íons positivos dentro de uma bateria são extremamente móveis . Eles certamente não estão trancados no lugar. Se fossem, as baterias seriam isolantes e não funcionariam. Algumas baterias são baseadas no fluxo de íons positivos em uma direção e íons negativos na outra. As baterias de chumbo-ácido são diferentes. No ácido, apenas os prótons estão fluindo. Os ácidos são condutores de prótons.
Mas cuidado: as baterias oferecem uma complexidade adicional que pode inviabilizar uma explicação.
Em vez disso, substitua a bateria da lanterna por uma bobina grande e um super-ímã. Conecte-o à lâmpada. Coloque o super-ímã na bobina e a lâmpada pisca brevemente. De onde vieram as acusações? Como um ímã em movimento pode gerar cargas? NÃO FAZ. Dínamos e baterias são bombas de carga. O ímã em movimento força as próprias cargas do fio a começar a se mover. (Uma bomba não fornece o material a ser bombeado!) O ímã em movimento causa uma corrente, porque aplica uma força de bombeamento EM às cargas móveis que já estão dentro do metal.
Mau condutor. Ruim!
Aqui está um esclarecimento. Muitos livros de introdução fornecem a definição errada de "condutor". Totalmente errado e extremamente enganador. Eles ensinam que os condutores "deixam passar as cargas" (ou passam a eletricidade ou a corrente). Não. Os condutores não são como tubos ocos. Os condutores não são transparentes à eletricidade. Em vez disso, "condutor" significa "um material cheio de cobranças móveis". Os condutores são como tanques cheios de água. São como aquários ou canos pré-cheios. Os condutores obedecem à lei de ohm: quando aplicamos uma diferença de tensão nas extremidades de um fio, o fluxo de cargas depende da resistência do fio, I = V * R. São as próprias cargas do fio que fluem. Pense nisso: o ar é um isolador, até o vácuo é um isolador, mas como o vácuo pode bloquear o fluxo de cargas? O vácuo não precisa. Não há cargas móveis presentes no vácuo, é isso que o torna isolante.)
Tudo isso leva a um conceito importante. Sempre que pegamos um pedaço de arame e prendemos as extremidades para formar um loop fechado, criamos uma "correia de transmissão invisível", um loop de carga móvel dentro do fio que não se move. Enfie um pólo magnético no laço de metal e todas as cargas do fio se moverão como uma roda. É uma piscina em forma de anel e, se empurrarmos a água, podemos fazer com que toda a água gire como um volante, enquanto a própria piscina permanece imóvel.
QUINTA , as correntes não são inversas, porque as correntes elétricas não são fluxos de elétrons.
Especificamente, a polaridade das cargas fluidas depende do tipo de condutor. Sim, em metais sólidos, as cargas móveis são elétrons. Mas há um grande número de condutores onde nenhum elétron pode se mover. Os mais próximos são o cérebro e o sistema nervoso: fluxos simultâneos de íons positivos e negativos em direções opostas, sem fluxo de elétrons. Água salgada, os "eletrólitos", incluindo o solo e os oceanos, não são condutores de elétrons.
Exemplo mais estranho: os ácidos são condutores porque estão cheios de íons hidrogênio positivos para + H. Outro nome para um íon + H é ... "o próton". Quando você coloca alguns amperes no ácido, a corrente é um fluxo de prótons. (Heh, se houver algumas correntes de terra na sujeira, e a sujeira for ácida em vez de salgada, essas correntes são fluxos de prótons!)
Em outras palavras, "amperes" podem ser elétrons fluindo, ou prótons fluindo, ou sódio positivo passando através de cloreto negativo indo na outra direção. Ou, elétrons rápidos indo de um lado para o outro, enquanto íons de nitrogênio lentos avançam ou recuam, dependendo de serem pos ou negados. E nos semicondutores do tipo p, a corrente é um fluxo de "vagas de treliça" no cristal! (Cada vaga expõe um excesso de prótons de silício, de modo que cada uma delas carrega uma carga positiva genuína. "Buracos" se movem por transferência de elétrons, mas cada buraco é realmente carregado positivamente.)
Com toda a complexidade acima, como podemos descrever o que está acontecendo dentro dos circuitos? Fácil: já está feito para nós. Nós encobrimos as cargas móveis e as ignoramos. Ignoramos a velocidade do fluxo e a quantidade. Nós ignoramos a polaridade deles. Em vez disso, somamos todas as várias cargas que podem estar dentro de qualquer condutor, calculamos a vazão total e chamamos isso de "amperes". O seu condutor é uma mangueira cheia de água salgada? Coloque um amperímetro de fixação ao redor e leia os amperes. A densidade de íons não importa. A velocidade do íon não importa, e pode até ser uma mangueira de ácido cheia de prótons, em vez de uma mangueira de água do mar. Amplificadores são amplificadores.
Amperes também são chamados de "corrente convencional" ou apenas "corrente elétrica".
Muito importante: amperes não são fluxo de carga. Um condutor pode ter um amplificador, mas isso não nos diz nada sobre as cargas internas. Pode haver algumas cargas fluindo rapidamente ou muitas cargas fluindo lentamente. Pode haver cargas positivas indo para frente, ou neg indo para trás, ou ambas ao mesmo tempo (como acontece com os corpos humanos recebendo choque elétrico de corrente contínua.) Todo esse material é encoberto, e tudo o que resta são os amperes ... amperes de corrente convencional.
OK, voltando ao GND versus COM versus TERRA.
"Terreno" é confuso porque a palavra quase sempre é usada incorretamente.
Nos circuitos, quase sempre escolhemos um terminal de fonte de alimentação como o "comum" e conectamos um voltímetro a ele. Não é aterrado, portanto, não devemos chamá-lo de "terra" (não está conectado a uma estaca de metal imersa em sujeira!) Em vez disso, é apenas o ponto tradicional para fazer leituras de tensão. É um acordo silencioso! Como as tensões são medidas complicadas de ponta dupla, as coisas são simplificadas se fingirmos que são de ponta única. Portanto, conecte o fio preto do voltímetro ao "circuito comum" e ignore-o.
Agora finja que a sonda de cor vermelha no seu voltímetro pode realmente medir a TENSÃO DE UM TERMINAL. Mas os terminais não podem "ter voltagem!" Sim, certo. Mas silenciosamente fingimos que sim. Qualquer ponto do circuito pode ter uma voltagem ... em relação a outro ponto do circuito. Se estivéssemos falando de altitudes, sempre poderíamos fazer nossas medições em relação ao nível do mar, nunca mencionar o nível do mar e depois fingir que objetos e locais podem "ter altitude", quando na verdade isso é impossível.
Assim, os novos alunos ficam confusos quando discutimos a "tensão de um terminal". Na verdade, queríamos dizer "a tensão que aparece entre um terminal e o circuito comum". Mas isso é demais para repetir o tempo todo. Dizemos silenciosamente "voltagem entre, voltagem entre", enquanto na verdade dizemos "voltagem neste ponto" ou naquele outro ponto. Sim, então todos os novos alunos começam a pensar que um único terminal pode ter tensão.
O terminal de alimentação negativo é o circuito comum? Sim geralmente. Eu já vi rádios muito antigos com transistores PNP e uma tensão de alimentação negativa com "terra positiva". O terminal positivo da bateria é o circuito comum. Todas as medidas no esquema são voltagens negativas. Além dos rádios da década de 1950, o mesmo acontece nos antigos Fuscas e em algumas motos. O terminal positivo da bateria está conectado ao chassi; portanto, o "terminal de alimentação" é o negativo. Não instale um rádio de carro normal em um VW velho, pois ele pode causar um curto-circuito ou pegar fogo quando você liga a ignição. A fonte de alimentação estava ao contrário.
Tudo o que precisamos fazer é livrar-nos de todos os rádios japoneses transistorizados PNP dos anos 50, besouros da VW e motocicletas com aterramento positivo, e então o Circuit Common será sempre e para sempre o terminal de alimentação negativo. Bem, a menos que seja um sistema de sensor industrial estranho e flutuante eletricamente com uma mistura de alimentação CA e circuitos de amplificador operacional virtual de aterramento.