Buena pregunta. Aquí hay un intento de describir lo que sucede simplemente a nivel de carga y sin depender de las leyes derivadas.
Cuando completa un circuito por primera vez, debe lograrse un equilibrio antes de que todo se estabilice (establezcamos DC para simplificarlo), aunque este equilibrio ocurre extremadamente rápido. En pocas palabras, el equilibrio que debe lograrse es que la diferencia de voltaje entre dos puntos en el circuito debe llegar a un punto donde el flujo de carga entre esos dos puntos resultante de esa diferencia de voltaje sea el mismo, teniendo en cuenta la disponibilidad de carga gratuita entre esos dos puntos. Eso puede sonar un poco complicado (¡y es muy posible que nunca antes te hayan presentado este concepto!), Así que intentemos desglosarlo.
Consideremos un circuito realmente simple: una batería con una resistencia de carbono conectada a través de él utilizando un cable de cobre junto con un interruptor. Cambiemos la convención y tengamos una batería negativa en la parte superior, de modo que las cargas de electrones fluyan desde la parte superior, hacia abajo a través de la resistencia y de regreso a la batería en la parte inferior.
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Acabamos de cerrar el interruptor.
En primer lugar, recuerde que la corriente se define como el flujo total de carga. La tasa de flujo de carga total (la corriente) entre dos puntos en un circuito depende de dos cosas: la cantidad de carga libre disponible entre esos puntos y la diferencia de voltaje entre los dos puntos.
La cantidad de carga gratuita disponible depende a su vez del material (por ejemplo, en nuestro ejemplo tenemos cobre en el cable y carbono en la resistencia) y el área de la sección transversal. Cualquier material en particular (también ignoraremos la temperatura para mantenerlo simple) tiene una cierta densidad de carga libre fija por unidad de volumen, además, por supuesto, cuanto más pequeña es la sección transversal, menos material hay entre dos puntos y, por lo tanto, menos carga libre total disponible . El caudal por unidad de carga depende únicamente del voltaje en los dos puntos. Entonces, para una diferencia de voltaje dada, mientras más carga libre esté disponible, mayor será el flujo total y, por lo tanto, mayor será la corriente. Por cierto, esto explica el concepto de resistencia: cuanto menos carga libre (debido a una sección transversal más pequeña o un material con menos densidad de carga libre) hay entre dos puntos, entonces menos carga hay que fluir para un voltaje dado y, por lo tanto, menor actual y, por lo tanto, según la definición de (ley de Ohm) cuanto mayor sea la resistencia.
Ahora, si durante el período de estabilización del circuito tiene la situación de que el flujo de carga total es mayor en una parte de un circuito (por ejemplo, el cable superior que suministra electrones a la resistencia) y más pequeño en la siguiente parte adyacente (por ejemplo, la resistencia en sí misma) ), entonces obviamente obtendrás un montón de carga. ¡Piensa en el embotellamiento! Pero, ¿qué significa una carga acumulada? Significa un cambio en el voltaje. Con los portadores de carga de electrones (es decir, negativos), una acumulación de carga significa un voltaje más negativo. El voltaje más negativo se opone al flujo de carga en la primera parte (el cable de cobre) ya que el negativo repele el negativo y aumenta el flujo de carga en la segunda parte (la resistencia de carbono). Entonces, la tendencia es que el voltaje reducido en el punto entre las dos partes del circuito (donde el cable ingresa a la resistencia) reduzca la diferencia entre los flujos de carga dentro de las dos partes del circuito. Finalmente, el voltaje en el punto entre las dos partes cambiará hasta que el flujo de carga en cada parte sea igual. Esto es exactamente lo que está detrás de la Ley de Kirchhoff, que requiere la misma corriente dentro y fuera de cualquier punto de un circuito. Instantáneamente, en cualquier momento entre el cierre del interruptor y el circuito que alcanza el estado estable, la ley no es necesariamente cierta, pero en el estado estable la ley se logra necesariamente, como se describió anteriormente.
Reúna las ideas de los dos párrafos anteriores y considere una parte del circuito con baja disponibilidad de carga (por ejemplo: la resistencia nuevamente) seguida de una parte de un circuito con alta disponibilidad de carga (por ejemplo: el cable de retorno nuevamente). Específicamente, digamos que el cable de cobre tiene 10,000 veces la disponibilidad de carga gratuita de la resistencia de carbono, por unidad de longitud. La carga total que fluye tanto en el cable como en la resistencia alcanza la igualdad por el voltaje en el punto donde el cable se conecta a la resistencia que se establece en un valor donde el voltaje resultante a través de la resistencia es 10,000 veces mayor que a través del cable de cobre. Esto hace que cada portador de carga individual en el carbono se desplace a 10,000 veces la velocidad de un portador de carga en el cable, pero como hay 10,000 veces menos de ellos por unidad de longitud, el flujo de carga total se iguala entre el carbono y el cobre.
En otras palabras, terminas con un voltaje en partes del circuito con una baja disponibilidad de carga gratuita que es proporcionalmente más alta que en partes del circuito con alta disponibilidad de carga. Este equilibrio continúa en todo el circuito hasta que todo esté en estado estable, teniendo en cuenta la caída de voltaje total disponible en este circuito (es decir, la ley del divisor de voltaje de Ohm). En nuestro circuito de ejemplo, la gran mayoría del voltaje total de la batería termina a través de la resistencia, ya que es necesario para asegurarse de que el flujo de carga total a través de la resistencia sea igual al flujo de carga total (que surge de la caída de voltaje mucho más pequeña a través de cada cable ) a través de cada uno de los cables que lo conectan a la batería.
Y eso es todo, y ahora es de esperar que comprenda cómo funciona la resistencia, por qué la Ley de Kirkhoff es verdadera, cómo encajan con la ley de Ohm y por qué la corriente en cualquier parte de un circuito no solo sigue aumentando.
