¿Cómo supieron los físicos que solo se mueven las cargas negativas?

El efecto Hall muestra que la carga negativa se está moviendo.

En el efecto Hall, se hace pasar una corriente a través de una ancha tira de metal expuesta a un campo magnético perpendicular. Si las cargas positivas se movieran, esperaríamos que las cargas positivas viajaran en la misma dirección que$\vec{I}$, y la fuerza magnética$q\vec{v}\times\vec{B}$estaría a la derecha. Por lo tanto, esperaríamos una acumulación de cargas positivas a la derecha de la tira.

Sin embargo, si las cargas negativas se mueven, esperamos que se muevan en la dirección opuesta de$\vec{I}$, y la fuerza magnética$q\vec{v}\times\vec{B}$volvería a estar a la derecha. Esta vez, esperamos una acumulación de cargas negativas en el lado derecho de la tira.

Si realmente haces el experimento, encontrarás que el lado derecho de la tira está cargado negativamente, como se muestra en la imagen. ¡Así que las cargas negativas están haciendo el movimiento!

Fuente de la imagen: https://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/MagParticle/Physics/Measuring.htm

Los físicos no saben que solo se mueven las partículas cargadas negativamente. Podemos crear corrientes de iones bajo demanda en muchos entornos. Sabemos que la corriente que fluye en un alambre de metal son partículas en movimiento cargadas negativamente.

En cuanto a cómo determinar eso, haces una medición de efecto Hall .

La medición funciona sometiendo una corriente en una barra relativamente ancha a un campo magnético perpendicular tanto a la corriente como al ancho de la barra y luego midiendo la diferencia de potencial a lo largo del ancho. En esta era de mediciones de voltaje de precisión listas para usar, es bastante fácil de hacer en un laboratorio de escuela secundaria si los estudiantes pueden seguir los argumentos subyacentes.

Inicialmente, cuando se frotaban sistemáticamente las primeras varillas de vidrio, se observaba el fenómeno de "carga". Se planteó la hipótesis de que las cargas eléctricas eran positivas y negativas, y el pionero (¿Franklin? olvidó el nombre...) decidió arbitrariamente llamar a una positiva y a la otra negativa. Otros experimentos lo ayudaron a deducir que dos cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen.

En ese punto, no se dice nada sobre qué carga es la que se mueve. La suposición original era que las cargas positivas se movían y el formalismo matemático lo reflejaba.

Más tarde vino el experimento que deduce qué carga es la portadora de corriente, positiva o negativa. El experimento se llama Efecto Hall. Esencialmente, aplica un campo magnético dirigido de tal manera que su campo sea perpendicular a una corriente que fluye en un conductor. Las reglas del electromagnetismo son tales que, en esta situación, las cargas negativas se acumulan en un lado del conductor y las positivas en el otro. Al organizar su configuración, puede decir que si el lado izquierdo es negativo, entonces esa debe ser la carga en movimiento. (O viceversa.)

Esto, por supuesto, aún no termina la imagen. Los descubrimientos atómicos establecieron que los protones están atrapados en el núcleo, pero el efecto hall puede demostrar claramente que hay carga positiva en movimiento. ¿Lo que da?

La explicación es la de un desequilibrio de cargas, donde los portadores de carga positiva son huecos, ausencia de electrones en un material que se revuelve. Todavía son los electrones los que se mueven, pero el movimiento neto es el de un hueco de electrones cuando un material es del tipo portador de carga positiva.