Potencial eléctrico y el flujo de electrones en una batería

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Empecé a leer sobre electricidad hace unos días y hay algunas cosas que me confunden. Lo que quiero preguntar aquí es la aparente contradicción en dos hechos que he leído, que son:

  1. Los electrones fluyen desde el extremo negativo de una batería hasta el extremo positivo.
  2. Los electrones fluyen desde un potencial eléctrico más alto hacia un potencial eléctrico más bajo.

Se supone que el extremo negativo de una batería es "tierra", que es el punto de referencia desde donde se mide el voltaje. El extremo negativo se define como 0 voltios, mientras que el extremo positivo es 9 voltios (si usamos una batería de 9 voltios como ejemplo). Entonces, ¿por qué los electrones fluyen desde el extremo de bajo voltaje hasta el extremo de alto voltaje, no debería ser al revés dado el número de hecho 2 mencionado anteriormente?

Es muy posible que haya malinterpretado algo y haya cometido errores de hecho en mis afirmaciones anteriores, pero hace apenas una semana no sabía casi nada sobre cómo funciona la electricidad, así que perdóneme.

    
pregunta Just some guy

4 respuestas

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El problema es que hay en realidad una ambigüedad con las definiciones. Entonces:

1) Hay una dirección de flujo de corriente convencional que se define como el flujo desde el potencial más alto al más bajo. Se definió hace un tiempo, tras el descubrimiento de la electricidad. Y se definió incorrectamente, pero todavía lo usamos.

2) Hay un flujo de electrones. Va del potencial bajo al alto, por lo tanto opuesto al flujo convencional.

Entonces ... tenemos que vivir con eso o ...

(Aviso de derechos de autor: la imagen se toma del sitio de cómics de XKCD.com)

    
respondido por el Eugene Sh.
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Los electrones son confusos y debes ignorarlos.

La corriente convencional fluye de voltaje positivo a voltaje negativo.

Los electrones tienen carga negativa y son atraídos por objetos positivos: fluirán "hacia arriba" hacia un campo eléctrico hacia el voltaje positivo.

La razón por la que debes ignorar los electrones no es solo porque van por el camino equivocado, sino que toda la corriente eléctrica es transportada por los electrones. La corriente fluye a través de un condensador sin un flujo entre las placas. La corriente fluye en soluciones iónicas (como electrolitos dentro de la batería) a través del movimiento de iones. La corriente fluye en los semiconductores en forma de "agujeros", la ausencia de un electrón.

    
respondido por el pjc50
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Primero, asegúrese de tener claro si está hablando de la corriente que fluye a través de la batería, o la corriente que fluye a través del resto del circuito debido al potencial generado por la batería.

Supondré que estás hablando de la corriente a través del resto del circuito, no de la corriente a través de la batería.

  

Los electrones fluyen desde el extremo negativo de una batería hasta el extremo positivo.

Esto es correcto.

  

Los electrones fluyen desde un potencial eléctrico más alto hacia un potencial eléctrico más bajo.

Esto no es correcto. Los electrones tienen una carga negativa. Entonces, cuando están en un campo eléctrico, la fuerza sobre el electrón está en la dirección opuesta a la dirección del campo.

Una batería crea un potencial positivo en el "extremo positivo" en relación con el "extremo negativo". Eso significa que hay un campo que apunta generalmente desde el terminal positivo al terminal negativo. De modo que los electrones fluirán desde el terminal negativo al terminal positivo (como en su primera declaración).

Debido a que los electrones tienen carga negativa, cuando los electrones fluyen en una dirección, significa que la corriente convencional fluye en la otra dirección. Entonces, lo que deberías haber dicho es

Flujos de corriente (en el resto del circuito) del potencial eléctrico más alto al potencial eléctrico más bajo.

De nuevo, debe haber un circuito cerrado, por lo que dentro de la batería, la energía química se está convirtiendo realmente en energía eléctrica para hacer que una corriente fluya desde el terminal negativo al positivo.

    
respondido por el The Photon
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Energía es lo que fluye en un circuito. (No es el significado común de la palabra en inglés, sino una definición muy precisa utilizada en física). La energía es el potencial de hacer que algo cambie o que algo suceda.

Los electrones son artefactos mecánicos cuánticos que no importan realmente a menos que esté tratando de comprender los dispositivos semiconductores (diodos, transistores BJT, FET). A veces imaginamos electrones como pequeñas bolas de carga que orbitan alrededor del exterior de un átomo, pero ese es un modelo simplificado que es engañoso cuando se trata de entender cómo funciona la electrónica. En esas escalas muy pequeñas, el mundo no funciona de la misma manera que estamos acostumbrados; Los electrones y los fotones no son tanto partículas sólidas como ondas, que a menudo se comportan de manera similar a las partículas. Su ubicación y momento reales nunca se conocen con precisión, por eso se describe que los electrones tienen "orbitales", un amplio conjunto de ubicaciones donde es probable que esté el electrón.

Migración de electrones es lo que sucede cuando un electrón se desplaza de una ubicación (orbital) a una ubicación cercana (otra orbital). Una vez más, la realidad de la mecánica cuántica hace que sea más difícil de explicar, pero si piensas en los electrones como pequeñas bolas de carga, cuando se desplazan de la órbita de un átomo a la de un átomo cercano, eso es la migración de electrones.

Flujo de corriente eléctrica es lo que sucede cuando la energía es transferida por un grupo de electrones, pasando la energía de uno a otro, como una brigada de cubetas. Los paquetes de energía pasan de un electrón a otro a su vez.

Si piensas que los fanáticos en un estadio deportivo realizan "la ola", donde la gente en la fila 1 sube y baja sus brazos, y luego la gente en la siguiente fila sube y baja sus brazos, y así sucesivamente. parece una ola de brazos corriendo por las gradas, aunque la mayoría de las personas todavía están en el mismo lugar. En esta analogía, los electrones son como las personas, capaces de migrar (lentamente) de un asiento a un asiento vacío cercano, pero la "onda" es la energía real que se propaga a través del circuito.

Otra analogía del flujo de corriente eléctrica es una cadena de bicicleta, que transfiere energía de los pedales a la rueda trasera. La cadena forma un circuito completo, con los eslabones superiores de la cadena en tensión cuando el engranaje de los pedales tira del engranaje de la rueda trasera, y los eslabones inferiores están flojos ya que forman una "corriente de retorno" de vuelta a la fuente de energía. (Esta analogía solo funciona para una sola malla, los circuitos electrónicos reales pueden tener múltiples mallas, y una cadena de bicicleta no puede dividirse y fusionarse como lo hace un flujo de corriente eléctrica). (Recuerde, esto es energía que fluye, no electrones. )

A menudo escuchará sobre la "analogía del agua", que trata de explicar la relación entre la corriente de potencial (voltaje) (flujo) y la resistencia. Esta es una analogía defectuosa porque deja a uno preguntándose si hay una pila de electrones acumulados al final de una bombilla ... de hecho, siempre debe haber una corriente de retorno, y los electrones en sí mismos no migran fuera de los cables. en el suelo. Al igual que los fanáticos en el estadio, la ola no se puede propagar fuera del stand en un área donde no hay gente. De manera similar, la corriente eléctrica no puede fluir fuera de un conductor eléctrico.

Todas estas analogías son incompletas; nada más se comporta exactamente como la electricidad. Nuestras mejores y más brillantes mentes lucharon con esto durante cientos de años para llegar a donde estamos hoy. Así que no te preocupes si parece abstracto y difícil de entender; realmente es. Sigue con él y empezará a tener sentido con el tiempo.

    
respondido por el MarkU

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