Se a tensão é medida entre dois pontos em um fio, sem resistência, a tensão é zero?

Eu tenho um circuito em série. Digamos que a bateria tenha uma diferença potencial de 10 Volts.

Em dois pontos do fio antes que a corrente atinja qualquer resistor, conecto os leitores de um voltímetro. Como não há resistência, e a fórmula para a tensão é V = IR, isso significa que a tensão seria zero entre esses dois pontos?

Mas como pode ser isso - sabemos que há 10 volts de corrente fluindo!

O exemplo que meu professor dá é que a eletricidade é como um rio correndo. A tensão é a força da água corrente. Empilhe pedras no meio do rio e essa é a resistência. Mas se você não empilhar pedras e medir em dois pontos, isso não significa que não há energia (leia-se: tensão) no fluxo do rio.

Alguém pode esclarecer?

Você parece ter tensão e corrente em conflito.

A tensão é mais apropriadamente chamada força eletromotriz . Ele não flui ou transfere energia.

A corrente (geralmente medida em amperes) é uma medida da quantidade de carga elétrica em movimento por unidade de tempo. A corrente também não é, por si só, um fluxo de energia.

O fluxo de energia é chamado de poder . Para ter energia, você precisa de corrente ( ) e tensão ( E ). A potência é igual ao produto dos dois:$I$$E$

Ajuda pensar nisso em termos de sistemas mecânicos análogos, pois podemos observar sistemas mecânicos diretamente com nossos sentidos. Os sistemas mecânicos também têm potência, onde é igual ao produto da força e da velocidade:

Se você tem força, mas não velocidade, não tem poder. Um exemplo seria um elástico esticado entre dois suportes fixos. A banda está exercendo força nos suportes. Essa tensão é energia potencial. Mas nada está se movendo e nenhuma dessa energia armazenada na faixa esticada está sendo transferida para qualquer outra coisa.

No entanto, se a banda pode mover os suportes, agora temos velocidade. À medida que a banda move os suportes, a energia armazenada na banda esticada será convertida em energia cinética nos suportes. A taxa na qual essa transferência de energia acontece é a potência.

A tensão é uma força que move a carga elétrica. Corrente é a velocidade da carga elétrica. Resistência é como é fácil mover os suportes.

Aqui está um sistema mecânico que é mais análogo ao seu circuito:

Temos um anel rígido, preso a um motor que aplica alguma força para girá-lo. Também preso ao anel, temos um freio, que resiste ao giro do anel. Para que essa analogia seja adequada, deve ser um freio que forneça uma força proporcional à velocidade do anel que se move através dele. Imagine que ele está acoplado a um ventilador; assim, quando o anel gira mais rápido, o ventilador gira mais rápido, criando mais resistência aerodinâmica .

$1kN$

Que outras forças estão agindo no ringue? Como estamos considerando um sistema idealizado sem atrito, não há nenhum. Se você inserir medidores de tensão nos pontos A e B, medirá a diferença entre eles. B está sendo comprimido quando o motor empurra o anel no freio contra sua resistência, e A está sendo esticado quando o motor o suga para fora do freio.

Mas qual é a diferença entre B e C? não há nenhum. Se isso não for intuitivamente óbvio, considere que você deve cortar um espaço no anel e inserir a mão para que esta máquina possa esmagá-lo. Existe um momento em que você prefere fazer isso? Não, sua mão será igualmente esmagada, independentemente de onde você o faça no lado esquerdo do anel.

As forças medidas pelos extensômetros são análogas à tensão. Só podemos medir tensões em relação a alguma outra tensão. É por isso que seu voltímetro possui duas sondas. Onde quer que você coloque o fio preto, é definido como "0V". Portanto, o cenário que você apresenta na sua pergunta é como medir a diferença entre B e C: é zero.

Isso parece um pouco estranho, porque sabemos que há uma força compressiva em todo o lado do anel. Parece que isso deve ser bom para alguma coisa. Mas considere o seguinte: o peso de todo o gás na atmosfera da Terra resulta em uma pressão no nível do mar de cerca de 15 libras por polegada quadrada. Isso significa que podemos fabricar uma máquina que é alimentada apenas porque está exposta a essa pressão? Não. Para trabalhar com essa pressão atmosférica, precisamos de uma diferença de pressão. Sem diferença, não podemos fazer o ar se mover. Considere novamente as definições de poder acima, e deve ficar claro como isso é verdade.

Seu voltímetro e seu professor estão certos, mas a analogia da água com a eletricidade só pode ir tão longe. Uma grande desvantagem é que, diferentemente da água, não há voltagem absoluta. A tensão é sempre relativa entre dois pontos.

Não existe "10 volts de corrente circulando". Tensão é a força que empurra as cargas para gerar corrente. Corrente é a carga que está realmente fluindo. É bem possível ter tensão sem corrente e corrente sem tensão (ou nenhuma mensurável).

A analogia do rio do seu professor ainda funciona nesse caso se você a aplicar corretamente. Tensão é a pressão no rio que empurra a água rio abaixo. Em um rio, você pode ver essa pressão como a altitude da superfície da água. Quando você empilhar pedras no rio, a superfície do rio será mais alta acima das rochas do que abaixo. Isso mostraria uma diferença de pressão se você medisse com um medidor de pressão relativa entre acima e abaixo das rochas.

O arame é como um rio sem pedras. A pressão em um ponto e alguns metros a montante ainda é basicamente a mesma. É isso que o seu voltímetro está mostrando. Uma diferença entre um rio real e um fio de cobre é que o fio de cobre é um rio muito mais ideal, diferente de qualquer coisa que a água real possa fazer. O fio é tão não-rochas (não é um resistor) que muito pouca tensão se acumula para o fluxo. Na verdade, há uma pequena diferença de tensão entre os dois pontos no fio, mas o fio é um condutor tão bom que essa diferença de tensão é muito pequena para um multímetro comum medir. Se você substituir o pequeno pedaço de fio por alguns 10s de metros e medi-lo, o multímetro poderá mostrar uma pequena tensão.

há 10 volts de corrente fluindo!

A tensão não "flui". É uma medida do potencial eletrovoltaico e, portanto, existe apenas em dois pontos.

É o mesmo que tentar medir a altura de uma montanha; não existe uma "altura absoluta", existe apenas uma altura em relação a outra coisa, por exemplo, as planícies ao redor, o nível do mar etc.

O problema da tensão é que ela sempre deve ser medida em relação a alguma coisa. Em outras palavras, os medidores medem diferenças de tensão e não níveis de tensão individuais . Em uma situação ideal, o medidor no seu exemplo será zero. No entanto, mesmo o fio tem um pouco de resistência, portanto haverá uma leitura de tensão muito pequena se você tiver um medidor com precisão de micro-volt.

Indo em uma pequena tangente com a explicação da diferença de tensão, os níveis de tensão não machucam as pessoas. São as diferenças de tensão que machucam as pessoas. É assim que os técnicos podem trabalhar em 500.000 linhas de tensão sem fritar. Eles elevam seu nível de tensão até 500 KV, portanto a diferença de tensão em seu corpo é zero.

Aqui está um exemplo que um dos meus professores de física nos disse para ajudar a entender esse conceito. Imagine que você está no topo do Empire State Building. Essa altura não faz mal a você. No entanto, se você pular, a diferença de altura matará você. Este é o mesmo conceito com tensão.

Na verdade, há uma queda de tensão entre dois pontos ao longo do fio - mas será pequena porque a resistência do fio é pequena (até o fio tem algumas pedrinhas).

Exemplo : Se a resistência do fio entre os dois pinos for muito pequena (digamos 1/1000 ohms) e uma corrente de 1 Amp estiver fluindo, haverá uma queda de tensão de 1/1000 th de um volt (0,001V) entre o as pontas do seu voltímetro.

Se o seu voltímetro estiver definido para uma faixa de 10V, você não verá essa queda de tensão e o medidor exibirá zero.

Se você conseguir um voltímetro para medir até a faixa de mV ou até uV, verá que, ao mover os pinos do medidor ao longo do fio, haverá uma mudança na tensão enquanto a corrente fluir pelo circuito.

Se NÃO houver corrente fluindo (ou seja, o circuito está quebrado), você não receberá essa alteração de tensão.

Isso ocorre porque um voltímetro está medindo a diferença de voltagem entre as duas sondas. Como não há nenhum elemento de circuito, como um resistor entre os seus fios, para diminuir a tensão, a diferença de tensão é zero e você obterá uma leitura de tensão zero. No que diz respeito à analogia do rio, porque não há pedras (resistores AKA), a quantidade de água e a velocidade da água entre as sondas serão as mesmas.

Se a tensão é medida, então a tensão é o que a medição diz, por definição. Se você chamar apenas zero com base em outro raciocínio, como a resistividade e a distância do fio e a quantidade de corrente que flui, isso não leva mais em conta a medição.