¿De dónde vienen todos estos electrones? [duplicar]

Soy un estudiante de secundaria y estoy bastante familiarizado con la electrónica básica, pero siempre me he preguntado una cosa.

Entonces, la forma en que los generadores generan electricidad a partir del movimiento es mover un imán alrededor o a través de una bobina de cable conductor, lo que hace que los electrones del metal se muevan en la dirección del imán. Pero eso teóricamente podría suceder para siempre. ¿Cuándo se queda sin electrones el alambre de metal? ¿Se están formando electrones? ¿Se está creando materia?

Además, si desea ayudarme un poco más, explique cómo funcionan los transformadores y cómo se relacionan el voltaje y el amperaje.

No, no se crean electrones. Es un circuito eléctrico cerrado. Los electrones dan vueltas y vueltas en los cables en el circuito eléctrico cerrado al igual que el agua (refrigerante) en el motor de su automóvil se bombea en un circuito cerrado o la sangre en su cuerpo se bombea en un circuito cerrado.
Trate de hacer solo una pregunta por pregunta; si hace varias preguntas en una pregunta, generalmente solo se responde una de ellas.
Imagina que tienes una bomba con la manguera de entrada en el océano y la manguera de salida en tu bañera. La bomba hace que el agua se mueva. Esto podría suceder para siempre. Entonces, ahora responda a sus preguntas: ¿cuándo se queda sin agua la manguera? ¿Se está formando agua nueva? ¿Se está creando materia?

Respuestas (2)

Los electrones no se crean ni se destruyen. Los electrones ya existen en el metal.

El metal consta de capas de iones positivos (representados por círculos naranjas en la imagen) en los que los electrones (representados por círculos de color cian en la imagen) están en movimiento continuo. Por lo tanto, la carga sobre el metal es globalmente neutra.

¿De dónde procedían los electrones?

Los electrones escapan del átomo metálico dejando los átomos metálicos cargados positivamente. Los electrones deslocalizados forman un "mar" de electrones en el metal.

¿Qué es la corriente eléctrica?

La corriente eléctrica se define como la cantidad de carga que se mueve a través de una sección transversal de un conductor por unidad de tiempo.

yo = Δ q Δ t

Para tener una corriente en un metal, necesitas tener un movimiento neto de carga.

¿Qué provoca la corriente eléctrica?

ingrese la descripción de la imagen aquí

En la figura uno, el circuito está abierto. Los electrones son libres de moverse al azar (debido a la energía térmica). Los electrones siguen chocando con los átomos y siguen cambiando de dirección. No hay movimiento ordenado de electrones. Por lo tanto, en promedio, hay un movimiento de carga cero neto.

En la segunda figura, el circuito está cerrado, es decir: el conductor metálico ha sido conectado a una fuente de tensión (generador eléctrico o batería). La diferencia de potencial a través del conductor ejerce una fuerza sobre los electrones, lo que hace que los electrones se muevan en orden desde una región de menor potencial a una región de mayor potencial. Por supuesto, los electrones aún chocan con los átomos, pero la diferencia de potencial (técnicamente, el campo eléctrico) intenta que el electrón vuelva al movimiento ordenado. Por lo tanto, hay una carga neta que fluye en una dirección que constituye la corriente.

Por lo tanto, no se crea ni se destruye ninguna carga, sino que simplemente se mueven. Es similar a un agua en una manguera. El agua en una tubería no fluye a menos que haya una diferencia de presión/altura entre los extremos de la tubería. Sin embargo, las moléculas de agua dentro de la tubería están en continuo movimiento.

Un punto importante a tener en cuenta aquí es que los electrones se mueven muy rápido (millones de metros por segundo) pero al mismo tiempo chocan con muchos átomos. Por lo tanto, la velocidad neta promediada en el tiempo es muy pequeña. Llamamos a esta velocidad velocidad de deriva. En cobre, es del orden de milímetros por segundo.

yo = norte mi v d A

dónde norte es el número de electrones por unidad de volumen del conductor, v d es la velocidad de deriva y A es el área de la sección transversal del conductor.

¿Qué hace un generador?

Un generador eléctrico básicamente crea un EMF (diferencia de voltaje/potencial) a través de un conductor que produce una corriente.

¿Cómo funciona un generador?

Un generador eléctrico funciona según el principio de la inducción electromagnética.

La ley establece que si el flujo a través de una bobina de alambre está cambiando, se induce un EMF (voltaje) en la bobina.

El flujo magnético es la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie.

La magnitud de la EMF inducida está dada por la ley de Faraday,

mi . METRO . F = ∫ mi → . d yo → = d ϕ B d t

dónde ϕ B es el flujo magnético a través de la bobina.

La EMF inducida es tal que la corriente inducida produce un flujo magnético propio que se opone al flujo magnético cambiante. Esto se conoce como la ley de Lenz.

Puede profundizar aún más para explicar por qué un flujo magnético cambiante induce una corriente eléctrica. Un flujo magnético cambiante produce un campo eléctrico.

Este campo eléctrico impulsa la corriente inducida.

Si es nuevo en el magnetismo, consulte esta respuesta que brinda una manera fácil de comprender la magnetostática si es bueno con la electrostática.

¿Cómo se relacionan el voltaje y la corriente?

En circuitos simples de CC, están relacionados por la ley de Ohm,

V = yo R

donde R es la resistencia del conductor.

Es posible que desee especificar que la corriente es la relación entre la variación de la carga en el tiempo transcurrido observado, a saber i = Δ q / Δ t .
Debería enfatizar más que los electrones no se producen, sino que simplemente se mueven, de manera similar al agua en una manguera; y que ese movimiento se detiene rápidamente cuando no hay un circuito cerrado, como en un capacitor. También encuentro sus cifras engañosas: cuando un circuito está cerrado, la densidad electrónica es la misma en todas partes; se mueven en círculo y las fuerzas de campo son iguales a la "fricción". No hay fila sin electrones como en la fig.2; esa figura en realidad simboliza un circuito abierto donde el campo conduce a un desequilibrio de electrones (sin embargo , los electrones estarían parados).
@ PeterA.Schneider Bueno, puedo repasar la teoría microscópica en la respuesta, pero dudo que el autor lo entienda. De todos modos editará la respuesta y hará los cambios necesarios. Mencioné que los electrones aún chocan con los átomos, pero el diagrama no muestra eso. es engañoso lo haré cambiar.
La que queda por responder es "¿Cuándo se queda sin electrones el alambre de metal?". Entonces, todos los electrones en tu imagen alcanzan "+" y todavía tienen carga positiva. ¿Ahora que?
El '+' indica el terminal positivo de la batería. Para responder a esa pregunta, tendré que hablar sobre EMF que mueve las cargas en la dirección opuesta dentro de una batería. ¿Es necesario? El autor no conocía la ley de Ohm, así que dudo que entienda lo que sucede dentro de una batería.
No use una batería, use el principio del generador mencionado por el OP: la fuerza de Lorentz sobre las cargas que se mueven a través de un campo magnético. Luego se reduce a un cable de bucle cerrado. (La teoría detrás de esto puede ignorarse; simplemente podemos postularla).
Dudo que el autor sea siquiera consciente de los campos eléctricos. De todos modos, voy a agregar algunos bits de información sobre la inducción electromagnética.
No subestimes a tu audiencia.
@YashasSamaga Una pregunta: ¿Tengo razón al pensar que el segundo diagrama sobre el movimiento de electrones es una mentira útil (TM)? Que en realidad NO todos los electrones se mueven suavemente en paralelo en la dirección de la corriente ... ¿todavía tienen un movimiento aleatorio (¿Browniano?) Solo con un sesgo en la dirección de la corriente que conduce a un movimiento PROMEDIO en una dirección? De la misma manera, que cuando el viento sopla en una dirección, eso no significa que cada molécula de gas se esté moviendo en esa dirección, ¿solo que la gran mayoría lo está haciendo? ¿Lo he entendido bien?
Sí, ya había mencionado que los electrones todavía chocan en el párrafo. También mencioné sobre la velocidad de deriva. Todavía no he encontrado un buen diagrama. Estoy de acuerdo en que el diagrama es engañoso y prometí cambiarlo (en algún comentario). Si encuentras un diagrama mejor, házmelo saber.

La respuesta de Yasha proporciona una excelente descripción física de cómo funciona el proceso.

Pero al leer su pregunta, parece comprender qué es la corriente eléctrica y cómo surge. Lo que parece que te estás perdiendo es que un generador no genera electrones, es un nombre un poco inapropiado si lo piensas de esa manera. Genera una fuerza electromotriz (un voltaje)

El generador (o batería) no es una fuente de electrones, es una bomba para mover electrones que ya están en un cable. Esta es la razón por la cual un circuito debe ser un circuito cerrado para funcionar.

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Vea esta animación aquí .

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