¿Qué sucede realmente cuando los electrones 'chocan' con otros electrones en un conductor para producir calor en un circuito eléctrico?

Los libros de texto describen la resistencia como la colisión de electrones con otros iones en los metales, lo que resulta en un efecto de calentamiento, aunque ¿cómo se logra esto exactamente? Aunque no estoy obligado a aprender el proceso en detalle (por qué sucede esto), ¡siento que necesito una explicación/comprensión firme!

Este es mi intento de comprensión hasta ahora, utilizando el conocimiento limitado que tengo. Cuando un electrón se acerca a otro electrón, la fuerza de repulsión electrostática podría ser suficiente para excitar a ese electrón a un nivel de energía superior como consecuencia de la energía cinética obtenida, donde posteriormente volvería a un estado de menor energía o entraría en otro ion, perdiendo la energía potencial transferida en forma de emisión de fotones (¿IR cuando se refiere al calor?). ¿Qué sucede con el electrón inicial que chocó? ¿Cómo es que la energía restante no es absorbida por el otro electrón utilizado? ¿Este electrón simplemente se 'desvía'?

Sin embargo, los electrones del nivel de energía más alto están deslocalizados, lo que contradice mi explicación original, ya que los electrones no están unidos a un ion en particular. ¿Qué resultaría en la emisión EM?

Me disculpo porque esta es una comprensión realmente superficial, aunque simplemente quería saber el razonamiento aproximado detrás de la emisión térmica más allá del conocimiento de la escuela secundaria/(¡no conozco el equivalente estadounidense!). ¡Gracias!

Si bien su título se refiere a las colisiones de iones de electrones, el cuerpo de su pregunta se centra en las interacciones de electrones. ¿En cual estas interesado?
Hola, gracias por la respuesta. Este es el problema que estoy teniendo. No sé qué significa colisión electrón-ión; supuse que este término se refiere a las colisiones entre los electrones que están UNIDOS al ión y un electrón entrante. No entiendo la diferencia. Me gustaría centrarme en las 'colisiones' electrón-electrón. ¡Gracias!
Técnicamente, los electrones se acoplan a los fonones (vibraciones reticulares cuantificadas) a través de imperfecciones en la estructura cristalina y los estados de cuasipartículas creados por los fonones y los electrones se acoplan a los fotones en el vacío alrededor del metal a través de fluctuaciones de carga que pueden describirse mediante QED, pero en cierto sentido esto es una exageración para sus propósitos. Rara vez es necesario ir más allá de la imagen semiclásica de la radiación del cuerpo negro para "grockear" lo que sucede entre un metal y el vacío.
@CuriousOne ¡Eso es agotador! :D

Respuestas (1)

Echa un vistazo al modelo Drude . Ofrece una forma bastante intuitiva de ver la conductividad en sólidos. Aunque más tarde se demostró que era ligeramente incorrecto debido a la ignorancia de los efectos cuánticos, hace el trabajo de una explicación clásica.

Se puede razonar cómo se genera el calor en el conductor de manera clásica a partir del modelo de Drude. A medida que los electrones se mueven a través del conductor, unos pocos electrones golpean los átomos o moléculas constituyentes. Dado que los átomos/moléculas adquieren energía cinética, la temperatura del conductor en su conjunto aumenta. Cualquier objeto que tenga un área de superficie A con temperatura T emite radiación electromagnética con potencia

PAG = A ϵ σ T 4
de acuerdo con la ley de Stefan-Boltzmann , donde ϵ y σ son constantes.

Gracias por la respuesta, aunque mi pregunta puede no estar redactada claramente. Quería saber cómo las colisiones electrón-electrón y electrón-ion dan como resultado la emisión de calor, como qué fuerzas se ejercen sobre los electrones para que emitan radiación EM de longitudes de onda que nuestro cuerpo interpreta como calor. ¿Quizás esta pregunta no pueda responderse sin profundizar en conceptos más avanzados? Gracias una vez más.
@ZDust Eche un vistazo a la respuesta editada.
¿Qué sucede realmente cuando los electrones 'chocan' con otros electrones en un conductor para producir calor en un circuito eléctrico?
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