Dirección de energía en un circuito electrónico

Si solo estás confundido con la "partícula de prueba", entonces puedes pensar en ello de manera similar a un multímetro. Con un multímetro, puede probar un circuito para determinar el voltaje en una parte de un circuito en relación con otra. Con una partícula de prueba (o carga de prueba, como me acostumbré a escuchar), la colocas en un punto en el espacio y "observas" su comportamiento para ver cómo están orientados los campos eléctricos (o magnéticos).

Las cargas similares se repelen entre sí, por lo que si una carga de prueba tendería a moverse en cierta dirección en el espacio, entonces esa dirección contiene una carga negativa (suponiendo que use una carga de prueba positiva), o la dirección opuesta contiene una positiva cargo.

El movimiento de una carga de prueba siempre se opondrá al gradiente de energía (en tres dimensiones, la energía es un campo escalar, por lo que las derivadas espaciales son sus fuerzas, ya que la energía dividida por la longitud es la fuerza). Por lo tanto, una carga de prueba se moverá en la dirección que alcance su estado de energía más baja.

En un vacío (como el espacio), las partículas ionizadas pueden moverse libremente. Se suele suponer que la carga de prueba está en un estado tal que puede moverse libremente. Esto no necesariamente se correlaciona con nada real, pero es un estado hipotético por lo que los campos se pueden analizar fácilmente. Tienes razón en que los circuitos no implican el movimiento de átomos o cargas positivas, sino que los electrones (debido a la deslocalización del bloque d, pero eso es química) se mueven. Las cargas positivas (protones) se mantienen en una red cristalina, por lo que no se mueven. En un conductor, los electrones pueden moverse libremente, por lo que se mueven en respuesta a un campo eléctrico (o magnético cambiante) aplicado.

Sin embargo, en el espacio libre, una carga de prueba (que en realidad es un ion, un protón, un positrón o una miríada de otras partículas cargadas positivamente) no está restringida por los enlaces que mantenga los átomos de metal en su lugar, para que pueda moverse en respuesta a un campo aplicado. Específicamente, las interacciones gobernadas por fotones causan que las partículas intercambien energía, creando el gradiente de campo mencionado anteriormente. Por lo tanto, las cargas de prueba en el espacio libre se mueven de manera similar a como se mueven los electrones en un metal (u otro conductor).

Si bien esta es una convención (las cargas positivas parecen ser más razonables cuando se derivan muchas de estas matemáticas), puedes crear físicamente una partícula cargada positivamente y observar su trayectoria. Incluso podrías hacer esto en casa. Estaría usando una Cloud Chamber y un emisor Beta para verlos.

Espero que esto haya sido útil! Déjame saber si necesitas más aclaraciones.

No hay tal cosa como una partícula positiva. Tienes electrones que son partículas negativas que se mueven de cátodo a ánodo. Lo que usted describe como partículas positivas es mucho más un modelo (o una convención) que un material físico real.

Por cierto, los electrones no se mueven realmente, sino más bien a la deriva a una velocidad bastante lenta.

Editar:

1) No, me refiero a los electrones fuera de la batería. Asumamos una batería de plomo, que es muy simple (el mismo concepto se aplica a otros químicos). Tienes un electrolito que está lleno de iones. Cuando un electrón sale del cátodo de la batería hacia su circuito (sí, en la dirección inversa a lo que uno esperaría), la placa interna de la batería, que es plomo metálico, se deshace en el electrolito. Tenga en cuenta que aquí no busco deshacerse, pero el inglés no es mi primer idioma, así que ... Bueno, el cátodo se desintegra en el electrolito en un proceso de reducción de óxido. Los iones en el electrolito desempeñan el papel de "agujeros", ya que están cargados positivamente y se mueven hacia el otro lado para recombinarse con los electrones entrantes. Cuando la superficie de su cátodo se vuelve demasiado pequeña, su batería se descarga. Para recargarlo, forzas los electrones al revés para reconstruir el cátodo. No soy químico, así que aquí termina la parte de la química. Puede que no sea exactamente lo que sucede a nivel químico, pero el punto es que los electrones dejan el cátodo y vuelven a ingresar al ánodo.

2) El ánodo es positivo y el cátodo negativo. En realidad, los electrones van al revés (cátodo a ánodo). Esto se debe a un error hace mucho tiempo, donde se pensó que electrones eran positivos. Más tarde descubrieron que, de hecho, los electrones eran negativos y se movían hacia el otro lado, por lo que es una convención ver la electricidad que fluye del ánodo al cátodo. En la práctica, no nos importa, no cambia nada en el diseño del circuito.

3) Los electrones oscilan, por lo que transfieren energía a lo largo del circuito, pero no se mueven muy rápido. De hecho, se desplazan a una velocidad de unos pocos mm / hora. Eso significa que las partículas físicas de electrones se mueven a lo largo de su circuito a esa velocidad que se llama "velocidad de deriva de electrones". Es bastante complejo, pero puedes imaginar que cuando se extraen electrones del cátodo, generan una especie de carga negativa local en el cátodo, por lo que los electrones se dirigen hacia el ánodo. Dado que tienes muchos electrones para empujar, hay una especie de inercia que causa una velocidad de deriva lenta, pero todavía hay una oscilación a lo largo del cable que causa la corriente continua.