Electricidad de un átomo

Este era un gran misterio en la física hace un siglo. Según la física clásica, un electrón que orbita alrededor de un núcleo debería irradiar ondas electromagnéticas y (muy rápidamente) girar en espiral hacia el núcleo.

Se puede demostrar matemáticamente que el hamiltoniano de Schrödinger con un atractivo potencial 1/r ($1/r^2$fuerza) está acotado por debajo, por lo que hay un estado de energía más bajo. Esto se debe en parte al principio de incertidumbre, pero también depende de la forma del potencial. Para$1/r^2$El potencial (o más fuerte) del hamiltoniano puede ser ilimitado a continuación para que pueda extraer energía infinita.

John Baez tiene una buena discusión sobre esto.

En realidad, se debe a un ligero ajuste necesario en su primera suposición. La electricidad no es sólo el flujo de electrones. Es el flujo de electrones de un potencial alto a un potencial bajo. Dentro de un átomo, el electrón permanece a un potencial constante, por lo que no se gana trabajo.

Es similar a cómo podemos usar una rueda hidráulica para capturar la energía del agua que fluye desde una gran altura a una altitud más baja, pero no podemos capturar la energía del movimiento browniano de las moléculas de agua en movimiento en un lago. Hay movimiento, simplemente no es de un potencial alto a un potencial bajo (potencial gravitatorio, en este caso), por lo que no podemos generar trabajo a partir de él.

(1) Piense en la conservación de la energía en esta situación: si pudiéramos aprovechar la corriente eléctrica de los electrones orbitales para realizar algún tipo de trabajo, ¿de dónde vendría la energía? Que los electrones estén en "órbitas"* estables implica que han renunciado a cualquier exceso de energía y se encuentran en un estado pacífico de energía más baja. En el mejor de los casos, tal vez podríamos agotar parte de la energía orbital, obligando a los electrones a entrar en un orbital de menor energía a medida que renuncian a su energía, que no es una fuente sostenible de corriente macroscópica.

Y sí, la aleatoriedad de las orientaciones de los átomos dificultaría la producción de una corriente neta, de la misma manera que un montón de moléculas de aire que se mueven (aire en "reposo") no quieren hacer girar espontáneamente las aspas de un ventilador.

(2) Hay una forma de desintegración radiactiva llamada conversión interna por la cual un núcleo excitado expulsa un electrón. De lo contrario, la ionización o interacción con cualquier otro átomo cambiará la "órbita" del electrón de un átomo.

* ("órbita" está entre comillas porque no debería visualizar electrones volando alrededor de un núcleo como los planetas alrededor del sol; hay muchas otras respuestas de SE de física que abordan esto)

Randell Mills fundó una empresa en 1991 afirmando haber descubierto una fuente de energía ilimitada al obligar a los electrones en el hidrógeno a ir a un nivel de energía más bajo que el estado fundamental formando los llamados "hidrinos". Ver Brilliant Light Power, Inc., anteriormente BlackLight Power, Inc. Hasta 2006, esta empresa logró asegurar $60 millones en fondos de inversionistas crédulos y parece estar todavía en funcionamiento con una financiación adecuada similar. Destacados físicos que afirmaron que esto iba en contra de las leyes de la física fueron silenciados por los abogados de la empresa. Por lo tanto, hay personas que piensan que la energía de los átomos se puede aprovechar e incluso se ganan la vida bastante bien con ella.