¿Por qué no podemos usar diodos en lugar de baterías?

Como se preguntó originalmente, la pregunta era:

• 1. ¿Por qué no podemos usar diodos en lugar de batería? Estamos obteniendo 1.4v a un costo más barato que la batería. ¿Pero por qué no usamos? 2. si los electrones se mueven en una sola dirección, liberan muchas energías, pero ¿por qué lo llamamos "actual"?

Respuesta:

• Los diodos no son una fuente de energía.
  Modifican cómo puede fluir la energía.
  Su función es permitir que la corriente o los electrones o la carga fluyan en una dirección en un circuito mucho más fácilmente que en la otra dirección.
  Una buena analogía es considerarlos como una válvula de retención de una válvula de una vía en un sistema de flujo de agua.

• Las baterías son fuentes de energía, generalmente un medio para convertir energía química en energía eléctrica.
  Una buena analogía es pensar en ellos como una "bomba" en un sistema de flujo de agua.
  Del mismo modo que una bomba NO es una fuente de energía pura en sí misma, sino una forma de convertir otra forma de energía en "flujo", una batería es un convertidor que convierte otra forma de energía en energía eléctrica. Por lo general, la fuente es la energía química.

• El flujo de electrones se denomina "flujo de corriente" debido a la analogía tradicional y útil con el flujo de agua en un sistema de flujo de agua.

• Muchos de los elementos en un sistema eléctrico básico tienen equivalentes en una analogía de flujo de agua. Las comparaciones NO son EXACTAS pero son útiles.

  • Voltaje: Presión, cabezal de agua.

  • Corriente: flujo de agua

  • Resistencia: obstrucción al flujo, resistencia de la tubería,

  • Capacitancia: cámara en línea con un diafragma elástico a través de ella.

  • Inductancia: cámara en línea con paredes hechas de material elástico.

  • Diodo: válvula de una vía.

La diferencia en las energías de banda en los diodos semiconductores sí proporciona una pequeña diferencia de potencial, pero se compara con los potenciales de Fermi entre los contactos (conductores) y el material y las fuerzas de Coulomb en la capa de agotamiento, por lo que no es útil independientemente . En cualquier caso, para que una fuente proporcione energía, debe transmitir fácilmente partículas (es decir, electrones, fonones, fotones, etc.).

En realidad, los diodos, si se ven como uniones PN, "pueden usarse" como fuentes eléctricas: las células fotovoltaicas no son nada más (en realidad algo más ^^) que las uniones PN aplanadas, donde los fotones que componen la luz inciden en los electrones en el altamente dopado em> N ++ , haciendo que se vuelvan energéticos y creando una diferencia potencial que puede suministrar una carga.

Pero no pueden reemplazar las baterías, quizás trabajen en sinergia :)

Como ya se ha dicho bastante bien, las baterías contienen energía almacenada que pueden liberar eléctricamente a un circuito, pero los diodos no. Creo que esta es la respuesta correcta para el OP.

Sin embargo, aunque no creo que esto sea lo que el OP estaba preguntando, y probablemente lo confundiría si alguna vez regresara y leyera esto, los diodos pueden suministrar energía y algunas veces se usan para este propósito. Estos diodos especiales se denominan células solares .

Un diodo semiconductor produce un pequeño potencial en el interior. Esto es alrededor de 700 mV para diodos de silicio. Este potencial equilibra la difusión de cargas positivas de la región P en la región N, y las cargas negativas de la región N en la región P. La difusión empuja las cargas a través de la unión, que luego crea un potencial, que se opone a la difusión de más cargas. 700 mV se refiere al potencial de silicio P y N donde la presión de difusión se compensa con el voltaje y se alcanza el equilibrio.

Hay una cantidad finita de energía vinculada a esta migración de cargas, pero no es una fuente de energía. Sin embargo, cuando un fotón golpea dentro de esta región donde existe el gradiente potencial, entonces se libera una carga, que luego es impulsada por el campo potencial para fluir hacia un lado. Si los fotones golpean la unión continuamente, entonces estas cargas fluyen continuamente, lo que en conjunto es una corriente. De esta manera, un diodo se puede usar como fuente de alimentación, aunque no contiene energía almacenada como una batería, sino que convierte la energía de la luz en energía eléctrica.

Nuevamente, no creo que de esto se tratara la pregunta, pero quería señalar que los diodos como fuentes de energía no son tan estúpidos como suenan por primera vez, aunque probablemente no por las razones por las que el OP estaba pensando .

A menos que me falte algo aquí, esta pregunta no tiene sentido.

Una batería es una fuente de energía. Un diodo no lo es.

La clasificación de voltaje de un diodo no significa que un diodo sea una fuente de voltaje.

Como algunos otros ya han señalado, la razón es que los diodos (excepto en algunos casos especiales donde hay una fuente externa de energía de la luz) no funcionan como fuente de alimentación en un circuito, mientras que las baterías sí lo hacen.

Ampliaré cómo puedes ver que es verdad.

Primero, probablemente ya hayas visto la fórmula de poder:

P = IV

La potencia es el producto de la corriente y el voltaje. Pero ambos P, I y V son todas cantidades firmadas. El significado de P positivo o negativo se basa en una convención común: cuando P es positivo significa que el elemento del circuito está absorbiendo energía, usándolo para hacer algo útil (como emitir luz si es un LED o encender un motor) o simplemente girarlo en calor (como en una resistencia). Cuando P es negativo, significa que el elemento del circuito está suministrando energía al resto del circuito.

Para que funcione esta convención, debemos tener cuidado con la forma en que definimos la dirección de I y V:

Sidefinimoselterminalpositivoarbitrariamente,ydecimosqueelvoltajeespositivocuandoelterminalpositivotieneunpotencialmásalto,entonceslacorrienteespositivacuandoingresaalterminalpositivo.

Hastaelpunto,elflujodeenergíaeshaciaeldispositivocuandoelflujodecorrienteeshaciaelterminalconmayorpotencial.

Siobservamosundiodoencomparaciónconunaceldadebatería,vemosquelasdireccionesrelativasdelacorrienteyelvoltajesonopuestas:

De hecho, en un contexto de teoría de circuitos, diríamos que la corriente a través de la batería es negativa. En el uso diario rara vez hacemos esta distinción, porque todos saben de qué manera debe fluir la corriente de la batería, aunque hay ciertos fabricantes (NXP?) Que observan cuidadosamente la convención de signos de la teoría de circuitos en sus hojas de datos.

A la pregunta 2: La energía de un solo electrón es demasiado pequeña para ser práctica como una unidad de medida. Entonces, en lugar de eso, observamos la suma de esas energías en una unidad de tiempo y llamamos a esa corriente. Lo que llamamos 1 Amperio (actual) es equivalente a la energía de aproximadamente 6.24x10 ^ 18 electrones (1 Coulomb) por segundo (consulte este artículo de Wikipedia ).

En pocas palabras, lo hacemos para que las unidades sean más fáciles de agarrar y mantener los números en un rango más práctico.

De hecho, los diodos generan un pequeño potencial eléctrico cuando no están conectados a una fuente de alimentación. Es causada principalmente por el calor o la vibración, o la inducción de campos de radiación y electromagnéticos cercanos. Esta CORRIENTE OSCURA es demasiado pequeña para ser de uso práctico con baterías, pero lo suficientemente grande como para causar problemas en los circuitos de video, a menos que se haga una compensación en el diseño. Ha habido discusiones sobre cómo acumular suficiente corriente oscura en los diodos para ser útil. Para una fuente estática de un vatio, se requieren aproximadamente 700 pilas de diodos con 500 diodos en cada pila, o aproximadamente $ 35,000 en componentes. Esa es la respuesta a tu pregunta original. Es demasiado costoso hacerlo, excepto como una demostración de principios. El costo disminuye cuando se construye una fuente alterna con fuertes efectos de campo de inducción generados a partir de resonadores LC, pero aún es demasiado costoso de usar en la vida diaria. Se han emitido patentes sobre cómo construir pilas de diodos en grupos de tal manera que la falla de un diodo no desactive todo el ensamblaje. Hasta ahora los inventos no han tenido éxito comercial. Tal vez se encuentre algún beneficio en las tecnologías futuras para reducir el costo. Entonces, supuestamente, la fuente de alimentación resultante se enfriará a medida que envía energía eléctrica. Esta es la tercera ley de la termodinámica relacionada con los sistemas no aleatorios.