Por favor, corrija mi comprensión de "cómo funciona la electricidad"

Bueno, los electrones saltan, pero lentamente.

Profundicemos un poco en tus preguntas: la electricidad fluye en los metales porque sus átomos están unidos por el enlace metálico . Eso significa que los núcleos están organizados en una bonita red, o al menos están quietos, mientras que los electrones son libres de moverse. Ya que no podemos realmente determinar dónde está un electrón, decimos que la probabilidad de que un electrón esté alrededor de un núcleo es la misma para cada núcleo.
Cuando tienes un solo átomo, sus electrones están bien organizados a su alrededor, y solo a él.

Puedes intentar imaginarlo como una cuadrícula tridimensional regular, donde cada nodo es un núcleo, y todos los electrones son una especie de nube.

Ahora, estos pequeños se mueven muy rápidamente. Su velocidad aumenta con la temperatura, pero aquí viene el truco: ya que no prefieren una dirección particular en promedio no se mueven. Y como la corriente se define como flujo de carga por unidad de tiempo, bueno, todavía no hay corriente.

Imagina cortar un cable con una superficie y comenzar a contar los electrones que lo atraviesan. Habría un lote de ellos de derecha a izquierda ... Y viceversa. Así que el llamado flujo de carga neta es cero.

Ahora aplique un campo eléctrico al cable, es decir, conéctelo a una batería: los electrones ahora tienen una dirección favorita, que es la dirección de energía más baja. La baja energía para un electrón (carga negativa) significa un alto potencial eléctrico, por lo que todo el grupo comienza a moverse hacia el polo positivo de la batería. Tenga cuidado, esto no significa que dejen de moverse al azar, solo significa que, en promedio , se están moviendo hacia más.

Realmente no tengo un ejemplo para eso, ya sabes, esas semillas con una especie de ala, en un día ventoso pueden volar una distancia considerable: se mueven al azar, pero al final siguen el viento.

Ahora tiene corriente: si se imagina que debe cortar el cable nuevamente, el flujo de electrones ya no está equilibrado. La llamada velocidad de deriva de los electrones es muy, muy baja, algunos mm por minuto. Entonces, ¿cómo es que no tienes que esperar horas para que se encienda tu luz? Eso se debe a que todos los electrones del cable comienzan a moverse simultáneamente. El punto es que cuando se aplica un potencial eléctrico a un cable largo, es decir, se cierra el interruptor, el potencial se distribuye a lo largo del mismo. Entonces, por cada pequeña porción de cable tendrá una diferencia de potencial, por lo tanto una velocidad de deriva, por lo tanto una corriente. Esto es casi instantáneo, y puede ser tan rápido como la luz (pero es más lento).

Espero que sea suficiente para tu primera pregunta, ahora las otras:

Electrones frente a carga eléctrica

Los electrones son objetos físicos, tienen una masa, dimensiones y carga. La carga es una cantidad física. Así es como se preguntaba la diferencia entre una montaña y una altura: una montaña, entre otras características, tiene una cierta altura que se puede expresar en metros. Un electrón, entre otras características, tiene una cierta carga que puede expresarse en coulombs.

Mayor carga / voltaje \ $ \ rightarrow \ $ electrones más rápidos

En primer lugar, la carga y el voltaje son dos cosas completamente diferentes. Cuanto mayor sea el voltaje, es decir, cuanto mayor sea el potencial eléctrico, mayor será la velocidad del electrón y, a continuación, mayor será la corriente. Una carga más grande significa una corriente más grande si esa carga se está moviendo, si solo usas un cable más grande que contiene más electrones, tendrás una corriente más grande solo porque la resistencia del cable es menor.

Los electrones de valencia en los conductores generalmente forman una nube o un pantano dentro o alrededor de la red del conductor. Cada electrón tiene su propio potencial y, por lo tanto, quiere mantenerse alejado del resto de los electrones (mientras sigue siendo atraído por los protones en la red del conductor). Estos electrones flotantes libres son el agua en la analogía de la manguera. Cuando conectas una batería al conductor, se ejerce una "presión" sobre esta nube / pantano de electrones y comienzan a fluir tan pronto como un interruptor cierra el circuito. El exceso de electrones del terminal negativo de la batería comienza a moverse a través del conductor al terminal positivo. Sin embargo, al igual que una manguera llena de agua, poco después de abrir la llave principal, puede comenzar a lavar su automóvil. Mientras la manguera esté llena de agua, solo tiene que esperar a que la onda de presión se desplace a través de la manguera (no el agua que comenzó en el grifo).

Esto te permitirá calcular la velocidad de tus electrones. La velocidad de los electrones es directamente proporcional al voltaje. Pero la velocidad del electrón no es generalmente lo que a uno le importa cuando enciende una bombilla (es la onda de presión).

La onda de presión de la que hablé que le permite obtener agua en el otro extremo de la manguera virtualmente tiene una velocidad inherente basada en las propiedades del material del agua. Del mismo modo, las ondas eléctricas viajan a la velocidad de la luz. Ningún aumento en el voltaje cambiará esto.

La razón por la que algunos componentes electrónicos funcionan más rápido cuando se aplica alto voltaje es debido a la capacitancia inherente en algunos circuitos. Esto se puede considerar como una manguera que tiene mucho estiramiento / flexión. Si tiene esta manguera con una boquilla de alta presión en el extremo, y luego tiene un sensor en la boquilla de la manguera esperando que alcance una cierta presión / velocidad, tendrá que esperar a que la manguera estirable / flexible se expanda hasta no se puede estirar más En ese punto, ya no puede caber más agua en la manguera de expansión y, por lo tanto, comienza a salpicar a alta presión en la boquilla. Este es el retraso con el que tiene que lidiar la conmutación de semiconductores. Tiene que esperar a que las mangueras se expandan a tamaño completo antes de que detecte que la presión está en un cierto valor y luego toma alguna acción en función de esa presión. Tenga en cuenta que en este caso, la onda de presión de agua todavía se movió a la misma velocidad, pero la presión en un punto (la boquilla) se retrasó debido a la acción de la manguera de estiramiento.

En el caso de una bombilla, ya que tiene muy poca capacitancia, el aumento del voltaje no lo activará significativamente más rápido.

En un conductor, los electrones son libres de moverse. De hecho, se están moviendo constantemente alrededor. Al igual que las moléculas en un gas o líquido. El movimiento es en parte aleatorio, pero en promedio los electrones se mueven a niveles de voltaje uniformes, al igual que las moléculas se mueven a niveles de presión uniformes.

El movimiento promedio de los electrones es impulsado principalmente por fuerzas electrostáticas: las cargas se atraen o se repelen entre sí. En gases o líquidos, las moléculas simplemente chocan unas con otras como con las canicas oscilantes en la cuna de Netwon.

Puedes comparar los electrones que se mueven en un cable conductor con las canicas oscilantes: tan pronto como las canicas golpean en un extremo, la canica en el otro extremo comienza su oscilación. La propagación del impacto es mucho más rápida que la velocidad con la que se mueven los mármoles.

En un gas o líquido, los cambios en la presión se propagan con la velocidad del sonido para ese medio. Los cambios en la carga se propagan con la velocidad de la luz. Por lo tanto, la electricidad fluirá (casi) inmediatamente después de encender un interruptor. Al igual que el agua fluirá inmediatamente cuando abra un grifo, independientemente de la velocidad con que fluya el agua a través de la tubería.

Al igual que con el agua, la velocidad con la que se mueven los electrones está determinada por el voltaje sobre el conductor (en el agua: la diferencia de presión) y su resistencia. Un amperio de corriente se define como el movimiento de un Coulomb o aprox. 6.241 × 10 ^ 18 electrones por segundo a través de un conductor. Dependiendo del material, habrá un número específico de electrones libres por volumen que en conjunto suministran este movimiento. A partir de la cantidad de electrones libres y la corriente, se puede calcular la velocidad promedio real de los electrones.