Es tentador aplicar ideas macroscópicas de trabajo a cosas microscópicas como las cargas eléctricas en los circuitos, pero hay algunos problemas con esto y hay formas más fáciles de entender lo que está sucediendo.
Para calcular el trabajo realizado por algo sobre otra cosa, debe haber un desplazamiento en el punto de aplicación de la fuerza. Primero se refiere al trabajo realizado en los electrones, pero los desplazamientos de electrones individuales en un circuito de CC tienen un gran componente aleatorio y un pequeño componente sistemático. Entonces parece necesario tratar los electrones como un sistema único, pero luego está el problema de lo que se está desplazando y dónde está actuando “la fuerza”. Estos no son problemas triviales.
Para las corrientes de CA, que funcionan tan bien para encender bombillas incandescentes como las corrientes de CC, ¡el desplazamiento de electrones promedio es cero! El concepto mecánico del trabajo está realmente en problemas aquí.
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Luego está el problema de los electrones en el filamento del bulbo que lo hacen brillar. El filamento no se está desplazando en el proceso. No importa cómo se mire esto, el trabajo realizado en el filamento es cero.
El nombre fem para fuerza electromotriz es otro problema, ya que implica que hay una fuerza involucrada. Sin embargo, en el momento en que este nombre se aplicó a la diferencia de energía potencial eléctrica que una batería podría aplicar a una unidad de carga, la palabra fuerza todavía se usaba comúnmente para lo que ahora consideramos como energía. Esto sigue siendo cierto en el lenguaje cotidiano, como en “la fuerza del huracán” o “la fuerza del terremoto”.
De hecho, la fem es la proporción de energía química por carga que una batería podría suministrar en condiciones ideales. Alternativamente, es la energía por carga que se puede suministrar cambiando los campos magnéticos, como en la Ley de Faraday: Ley de Faraday
Esto apunta a una solución al problema. El trabajo no es la única forma de comprender los cambios en la energía. Dado que la energía se conserva, hay muchas formas en que un sistema puede perder energía mientras que otro sistema gana la misma cantidad de energía. IOW, la energía puede ser transferida.
Ya sea que los electrones se muevan lentamente a través de un circuito, como con las corrientes de CC u oscilando de un lado a otro, como con las corrientes de CA, el sistema de electrones transporta energía. Esta energía se transfirió a los electrones desde la fuente de energía a través de campos eléctricos. La energía se puede transferir al filamento de una bombilla a través de los campos eléctricos que se mueven o vibran con electrones. En el último proceso, los electrones transfieren energía a los átomos en el filamento, y los átomos vibran más rápido, y notamos un aumento de la temperatura, y este aumento de la temperatura produce radiación. Parte de la radiación es luz visible. Alrededor del 98% de la energía se irradia como infrarrojo.
Calculamos la tasa de pérdida de energía (potencia) del sistema de campo electrónico-eléctrico en el filamento como I ^ 2R, donde I es la corriente y R es la resistencia del filamento.
La potencia suministrada por una batería es la diferencia de potencial eléctrico en los terminales por la corriente eléctrica. Esta diferencia potencial solo es igual a la fem en la improbable situación de que la batería tenga cero resistencia interna.
El concepto mecánico del trabajo simplemente no es necesario para hacer frente a las transferencias de energía eléctrica.
