Corriente en circuitos y conductividad

Estoy realmente desconcertado con un problema durante bastante tiempo y realmente parece que no puedo resolverlo en absoluto. Tiene que ver con los electrones que se mueven en un circuito.

Sabemos que una batería acumula una cantidad excesiva de electrones en su ánodo, y que al conectar un cable entre el ánodo y el cátodo, los electrones viajarán del ánodo al cátodo, por lo que habrá una corriente en nuestro circuito sencillo. Entonces, en este escenario, la batería proporciona a nuestro circuito los electrones, y viajan a través del cable desde el ánodo hasta el cátodo.

Sepa, se nos dice que los materiales conductores son materiales que tienen una estructura química específica, que les permite tener electrones libres, pudiendo deambular libremente en el material. Se nos dice que si aplicamos un campo eléctrico (voltaje) sobre dichos materiales, el movimiento aleatorio de los electrones libres dentro del conductor adquirirá una velocidad resultante, y que su dirección dependerá del campo eléctrico que apliquemos.

También se nos dice que las pilas alimentan con tensión constante un circuito. Entonces, ¿de quién provienen los electrones que se mueven en un circuito? Los electrones que se mueven a través de un cable conductor en un circuito son los que se originan solo en la batería (y no tienen nada que ver con los electrones libres del cable), o son los electrones del cable, que se mueven en un bucle a través de la batería ( con la batería suministrando solo el voltaje necesario y nada más)? ¿O ambos?

En cada respuesta necesito una explicación física detallada de lo que realmente está sucediendo. Un pensamiento que tuve fue que la batería está suministrando sus electrones en el circuito, y cuando estos electrones entran en el cable chocan con los electrones libres del material conductor, y simplemente intercambian posiciones (los electrones de la batería) con los electrones del material, pero en este proceso tenemos electrones del cable en movimiento (algo así como el movimiento de carga dentro de la unión de un diodo). Entonces, los electrones de la batería en realidad chocan con los electrones del cable, luego los electrones en movimiento del cable chocan con otros electrones libres del cable, y la corriente que se crea en el circuito se crea a partir de los electrones que se originan en la batería y los electrones libres del alambre.

Gracias de antemano.

Respuestas (2)

Tomemos un alambre hecho de cobre. El cobre tiene 29 electrones, 29 protones y 35 neutrones. Los electrones están dispuestos en niveles con 2, 8, 18 y 1 electrones.

átomo de cobre

Shell 1 tiene 2 electrones sostenidos por 29 protones. Pueden salir del átomo si pueden vencer la fuerza de atracción de 29 protones.

Shell 2 tiene 8, sostenido por 27 protones. Para salir, los electrones solo requerirían una energía de atracción de 27 protones. Menos energía que Shell 1.

Shell 3, 18, sostenido por 19 protones. Nuevamente menos energía que Shell 1 o 2.

Concha 4. Concha de valencia. 1 electrón sostenido por 1 protón. Este electrón está lejos del núcleo (en términos atómicos) y puede convertirse en un electrón libre si vence la fuerza de atracción de 1 protón.

El calor, la luz, la fuerza física y la fem (fuerza electromotriz) pueden hacer que este electrón abandone el átomo de cobre. El electrón se convierte en un electrón libre y el átomo de cobre se convierte en un ion positivo. C tu + . Todos los átomos quieren estar equilibrados (el mismo número de electrones y protones).

Sin fem, el movimiento de los electrones es aleatorio. Chocan con átomos de Cu completos y son atraídos por C tu + iones, convirtiéndose en átomos de Cu completos. Esto se muestra en la siguiente animación.

Alambre de cobre - Sin EMF

Pero con una fem, tenemos dos cosas: una fuente de electrones y una fuerza para generar electrones libres. La carga negativa en el polo negativo repele los electrones libres y llena C tu + iones

Alambre de cobre - CEM

Simplificado, fem crea electrones libres y los iones atraen electrones libres. La sección transversal de cualquier cable tiene una gran cantidad de átomos, por lo que los electrones reales se mueven distancias cortas, pero el flujo neto de electrones puede fluir largas distancias.

1A de corriente es 1 C/s, lo que equivale a un caudal de 6.25 × 10 18 electrones/s. La escala de la realidad es mucho más grande que esta explicación.

Los mejores conductores (Plata [2, 8, 18, 18, 1], Cobre, Oro [2,8,18,32,18,1]) tienen 1 electrón de valencia.

Entonces, la conducción o la corriente es simplemente el flujo de electrones.

Si la corriente se detiene, la mayoría de los electrones libres serán atraídos hacia C tu + iones, por lo que habrá pocos electrones libres (aparte de los liberados por el calor, etc.). Cualquier electrón libre pasaría tiempo rebotando en átomos completos o aisladores.

Es simple que, como sabe, la batería acumula una cantidad excesiva de electrones en el lado del ánodo, por lo tanto

  • el lado del ánodo tiene más electrones que el cátodo, esto crea una diferencia de potencial
  • este pot.diff hace que el electrón en el cable se mueva en una dirección particular
  • ahora, cuando estos electrones se mueven, generan pot.diff. dentro del alambre que induce al electrón del ánodo a tomar el lugar del electrón movido
  • este ciclo continúa hasta el momento en que el electrón se acumula en el ánodo

Espero que puedas visualizarlo.

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