Cómo el movimiento de electrones produce corriente, en lugar de tener una velocidad de deriva lenta

Solo necesito una aclaración aquí, cómo se produce la corriente debido al movimiento de electrones, en un circuito externo, que tiene una velocidad de deriva muy lenta.

Normalmente en una batería hay terminal de alto potencial y bajo potencial. Con estos dos terminales se cierra el circuito externo. Ahora, dentro de la batería, la dirección del flujo de corriente y el flujo de electrones es opuesta a la del circuito externo. Si considero que la corriente positiva fluye desde el terminal positivo al terminal negativo de la batería a través del circuito externo, entonces podemos decir que el terminal positivo tiene un potencial más alto que el terminal negativo de la batería.

Ahora cuando estamos cerrando el interruptor de un circuito externo, en ese caso los electrones se están moviendo del terminal negativo al terminal positivo de la batería, a través del circuito externo. Pero también sabemos que la velocidad de deriva es muy lenta del electrón. Pero cuando encendemos algunos de los dispositivos eléctricos, en una fracción de segundo el dispositivo comienza a funcionar. Si la velocidad de deriva del electrón es baja, entonces, ¿cómo funciona el dispositivo tan rápido (casi a la velocidad de la luz, supongo), ya que sabemos que la corriente fluye debido al flujo de los electrones? Entonces, ¿cómo es posible? ¿A pesar de que los electrones tienen una velocidad de deriva tan baja?

Por favor ayúdenme chicos!!!!!

Si bien los electrones en sí mismos tienen una velocidad de deriva baja, comienzan a moverse por todas partes simultáneamente en el momento en que se establece una diferencia de potencial.
Normalmente, lo que he entendido, el cable tiene muchos electrones (desde su contexto de estructura atómica). Entonces, el terminal negativo de la batería tiene electrones que tienen alta energía (en términos de carga negativa). Pero el resto de los electrones no tienen la alta energía. Entonces, solo necesito aclarar si estos electrones de alta energía están repeliendo al resto de los electrones en los átomos a través de todo el cable. Entonces, su velocidad de deriva puede ser lenta, pero se mueven rápido debido al campo eléctrico producido por la terminal negativa de la batería. Estoy en lo correcto ?
El campo eléctrico es realmente instantáneo, pero todos los electrones tienen la misma carga. q = 1.6 ∗ 10 − 19  C , y también la misma energía. Los electrones se mueven debido a una diferencia de potencial establecida por la batería.
Ahora, a lo largo del cable, existe una gran cantidad de electrones, y también en el dispositivo eléctrico. Pero los electrones en el terminal negativo de la batería tienen mucha energía. AFAIK, cualquier dispositivo eléctrico es un sistema de transformación de energía. Entonces, cuando el interruptor está encendido, en ese momento los electrones de alta energía no llegan a ese dispositivo eléctrico. Pero el dispositivo está produciendo una salida, entonces, ¿de dónde proviene la energía? Entonces, ¿se puede decir así que la energía se propaga de un electrón a otro? Los electrones que están confinados dentro del dispositivo eléctrico, ¿cómo obtienen energía?
El dispositivo es alimentado por la corriente producida por la carga en movimiento. Los electrones en el terminal negativo tienen mayor energía potencial, dada por tu = q V . Esto no significa que 'mágicamente' tengan más energía en el sentido de que harán que (por ejemplo, una bombilla) brille más intensamente. Esto se debe a que han perdido esa energía potencial cuando llegan al dispositivo eléctrico. La potencia del dispositivo eléctrico proviene del voltaje multiplicado por la corriente. PAG = V I , los cuales se establecen inmediatamente una vez que se cierra el circuito.
publicación cruzada en electrónica SE electronics.stackexchange.com/q/100008/97373

Respuestas (5)

¿Tengo razón en que puede reformular su pregunta a 'los electrones se mueven tan lentamente, cómo es que cuando enciendo el interruptor de la luz, la luz se enciende básicamente al instante?'

Es cierto que los electrones viajan muy lentamente. Pero estos electrones no tienen que viajar a través del cable para encender la bombilla.

En electromagnetismo, tenemos la ecuación de continuidad. ∇ j = 0 . Dice que la corriente no puede "acumularse" en algún lugar del cable. Entonces, cuando presionas el interruptor, todos los electrones en el cable comienzan a moverse simultáneamente.

Es similar a una bicicleta: cuando comienzas a pedalear, toda la cadena comienza a moverse en lugar de los eslabones más cercanos a los pedales.

Normalmente, lo que he entendido, el cable tiene muchos electrones (desde su contexto de estructura atómica). Entonces, el terminal negativo de la batería tiene electrones que tienen alta energía (en términos de carga negativa). Pero el resto de los electrones no tienen la alta energía. Entonces, solo necesito aclarar si estos electrones de alta energía están repeliendo al resto de los electrones en los átomos a través de todo el cable. Entonces, su velocidad de deriva puede ser lenta, pero se mueven rápido debido al campo eléctrico producido por la terminal negativa de la batería. Estoy en lo correcto ?
No se están moviendo rápido; están empujando y tirando ('repeliendo' como usted dice) los electrones frente a ellos. Es comparable a la cadena de una bicicleta.
OK, ahora a lo largo del cable, existe una gran cantidad de electrones, y también en el dispositivo eléctrico. Pero los electrones en el terminal negativo de la batería tienen mucha energía. AFAIK cualquier dispositivo eléctrico es un sistema de transformación de energía. Entonces, cuando el interruptor está encendido, en ese momento los electrones de alta energía no llegan a ese dispositivo eléctrico. Pero el dispositivo está produciendo una salida, entonces, ¿de dónde proviene la energía? Entonces, ¿se puede decir así que la energía se propaga de un electrón a otro? Los electrones que están confinados dentro del dispositivo eléctrico, ¿cómo obtienen energía?
Cuando andas en bicicleta giras los pedales, el engranaje comienza a girar y esto ejerce una fuerza sobre los eslabones de la cadena actualmente enganchados en el engranaje. En el instante en que haces esto, el engranaje opuesto también comienza a girar. ¿De dónde viene esa energía y cómo se transfiere al otro equipo?
"¿Se puede decir así que la energía se propaga de un electrón a otro?", Sí, y lo hace más rápido que la velocidad de deriva de los electrones.
Buena analogía...
Creo que otro buen ejemplo es la cuna de Newton. Si comienzas a empujar una pelota en un extremo, los otros comienzan a moverse instantáneamente. Independientemente de la velocidad que apliques en un extremo, el otro se moverá a la misma velocidad a la vez. Es la información que "necesitan para moverse" la que viaja rápido (sobre la velocidad de la luz), no las partículas en sí.
@ luk32: correcto, y en el caso de la cuna de Newton, supongo que la bola en el otro extremo comienza a moverse no del todo instantáneamente, sino después de un retraso de aproximadamente la velocidad del sonido en el acero a lo largo de la fila. No es aproximadamente la velocidad de la pelota entrante a lo largo de la fila :-)
@SteveJessop ¿Por qué sonido, no luz? Mi intuición es que el "toque" es transferido principalmente por fuerzas electromagnéticas. Sé que también hay fuerzas de van der Waals, pero creo que también están relacionadas con el intercambio de fotones. (Por supuesto, esto todavía está en orden de magnitud lejos del "movimiento observable", por lo que el punto original se mantiene con la misma firmeza).
@SteveJessop, porque la velocidad del sonido (en un material) es la velocidad a la que las vibraciones (¡sonido!) Viajan a través del material.
@luk32: Lo que dice Kvothe. La velocidad del sonido en el material es la velocidad a la que lo atraviesa una onda de choque física. En otras palabras, si golpeas un extremo, es el tiempo requerido antes de que el otro extremo se mueva. Es cierto que todo esto tiene que ver con la fuerza electromagnética; me temo que no puedo explicar por qué la velocidad del sonido en un material conductor puede ser menor que la velocidad de propagación de una diferencia de potencial eléctrico...
@SteveJessop Pero las vibraciones son internas al sistema, estoy hablando de una situación en la que todas las bolas se tocan y empujas una. Desde esta perspectiva, no tienes vibraciones y el sistema se mueve como un todo. No estoy seguro de si la noción de "toque" debería estar relacionada con la vibración interna, tal vez no estoy seguro.
@luk32: Repito, si golpeas un extremo, es el tiempo requerido antes de que el otro extremo se mueva :-) No hay mucha diferencia si el movimiento es una vibración (es decir, es seguido de cerca por un movimiento en la dirección opuesta) o no, aunque me atrevo a decir que hace una diferencia en algunas circunstancias. En cámara súper lenta y con suficiente aumento, se podía ver una onda de compresión que viajaba a lo largo de la fila de bolas en el momento del impacto.
(podría ver en principio, quiero decir. Creo que en realidad la distorsión sería minúscula para un impacto a baja velocidad).
@SteveJessop Creo que la principal diferencia vendría de la diferencia de "bash" y "ya tocando". No trabajo con la mecánica lo suficiente como para estar seguro. Aunque puedo preguntar por ahí. Puedo obtener una respuesta científica adecuada si esto es de algún interés. Además, el "golpe" puede viajar a la velocidad del sonido, PERO todo el sistema (al menos las bolas intermedias) está estacionario con respecto al marco de referencia del "mundo exterior" si solo golpeas una bola contra la otra, eso es algo diferente. cuando mueves todo el sistema.
@ luk32: pero si tiene un riel de acero, "ya está tocando" todo el camino. Sin embargo, el sonido y otras ondas de choque viajan en él a aproximadamente 6000 m/s, nada parecido a la velocidad de la luz. Parece que estás diciendo que un impulso viajará más rápido que eso a través de una fila de bolas. Sin embargo, me interesaría saber cuál es la conexión entre la velocidad de las ondas longitudinales y transversales, pero creo que todo esto está básicamente fuera de tema, ya que es solo una analogía de la pregunta real.
@SteveJessop Sound, sí, por supuesto, creo que la disputa, o más bien mi problema, es si la naturaleza del fenómeno del que estamos hablando está moviendo todo el sistema o simplemente introduciéndole una emoción fonónica. Tal vez sea lo mismo. De hecho, creo que este es un asunto para otra pregunta ATM. Es interesante para mí, y todavía no muy relevante para el que está aquí.

La información sobre el comienzo del flujo de corriente se transmite a través de la propagación de ondas electromagnéticas y no con la velocidad de deriva de los electrones. Por lo tanto, cualquier aparato eléctrico se enciende casi instantáneamente, cuando se cierra el interruptor.


Aunque la velocidad del electrón es muy baja, lo que se propaga casi instantáneamente es el campo eléctrico . Esto provoca el efecto de que todos los electrones en el cable comienzan a moverse simultáneamente (casi).

Ahora, a lo largo del cable, existe una gran cantidad de electrones, y también en el dispositivo eléctrico. Pero los electrones en el terminal negativo de la batería tienen mucha energía. AFAIK, cualquier dispositivo eléctrico es un sistema de transformación de energía. Entonces, cuando el interruptor está encendido, en ese momento los electrones de alta energía no llegan a ese dispositivo eléctrico. Pero el dispositivo está produciendo una salida, entonces, ¿de dónde proviene la energía? Entonces, ¿se puede decir así que la energía se propaga de un electrón a otro? Los electrones que están confinados dentro del dispositivo eléctrico, ¿cómo obtienen energía?
El campo eléctrico es un campo de fuerza , que se establece casi instantáneamente. Este campo es responsable del movimiento de los electrones. Esto incluye todos los electrones , en el cable, en el dispositivo... Entonces la energía proviene del trabajo aplicado por el campo eléctrico sobre los electrones.

La fuerza electromagnética no se propaga por electrones, se propaga por fotones. Por definición estos viajan a la velocidad de la luz (en el material). La impedancia y la capacitancia juegan un papel en la rapidez con la que el sistema responde cuando lo enciende o conecta una batería, pero generalmente son muy pequeñas en un cable simple.

Los electrones se mueven por electromagnetismo (en este caso específicamente por diferencia de potencial eléctrico), y el campo electromagnético es causado por el movimiento de electrones. La velocidad a la que se mueven y se mueven no tiene nada que ver con la velocidad de propagación del campo electromagnético que los mueve.

También podría decir: "Estaba caminando a casa a 4 mph cuando llamé a mi amigo y lo invité a reunirse conmigo en mi casa. Condujo hasta allí a 30 mph. Dado que nos movemos a esas velocidades, ¿cómo puede viajar más rápido el mensaje telefónico? ". La analogía no es perfecta, ya que caminar no genera inherentemente llamadas telefónicas, y la energía para mover el vehículo no proviene de la llamada telefónica. La similitud es que la señal fue causada (indirectamente) por tu movimiento a casa y provocó que tu amigo se moviera. A pesar de esta causalidad, la señal no fue propagada por ninguno de esos movimientos, y tampoco lo fue la energía.

Esto es para aclarar la respuesta de Martin Petrei. Los electrones tienen un campo eléctrico y este campo ya está establecido entre cada electrón en el conductor por acoplamiento de campo a campo. Es como una larga fila de vagones de ferrocarril donde sus acopladores ya están comprimidos para empujar o ya están en tensión para tirar. Empujas o tiras de un electrón y este acoplamiento de campo a campo empuja o tira de cada electrón de tal manera que hay una acción casi simultánea en el otro extremo del conductor.

¡Hola Frank y bienvenido a Physics Stack Exchange! Generalmente, si ya hay una respuesta, responda solo si tiene un nuevo punto de vista.
Cómo el movimiento de electrones produce corriente, en lugar de tener una velocidad de deriva lenta
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v