Trayectoria de un electrón a través de un circuito eléctrico.

De hecho, los electrones que llegan al terminal positivo permanecen allí. La diferencia de potencial entre los dos terminales empuja los electrones desde el ánodo negativo hacia el cátodo positivo. Cuando un electrón llega al cátodo, permanece allí para igualar el desequilibrio de carga original entre los dos nodos. Cuando la reacción electroquímica redox que sustenta el movimiento de los electrones se equilibra, el movimiento se detendrá y la batería "morirá".

Como muestra el diagrama, los dos terminales están conectados por un "puente de sal". Pero el puente salino está específicamente diseñado para evitar que los electrones fluyan directamente del ánodo al cátodo. Entonces los electrones solo pueden fluir a través del circuito.

La batería es un electrolito y en ella pueden moverse iones positivos en lugar de electrones. De manera similar a la corriente de los agujeros en los semiconductores, el flujo dirigido de dichos iones complementa el flujo de electrones en el cable.

Aquí, los pares de electrones y cationes se crean en un electrón de la batería y se recombinan en el otro (puede ver que un electrodo se destruye mientras que parte del material se deposita en el otro simplemente pasando una corriente a través del agua salada).

El flujo opuesto de cargas positivas en la batería/semiconductor es exactamente igual a la corriente continua de los electrones en el conductor. Puedes pensar en una carga positiva moviéndose en una dirección como la corriente de cargas negativas moviéndose en dirección opuesta.

Otras respuestas simplemente le dicen que (un pequeño pulso de) la corriente de iones se genera primero en la batería. Crea la diferencia de voltaje entre el ánodo y el cátodo. Esto provoca una corriente de electrones en el cable. Los electrones se detienen en el electrón positivo, reduciendo así el voltaje. La batería restaura el voltaje empujando más iones positivos a ese electrodo. El flujo de estos iones es la corriente que echas de menos.

Samama, has descubierto un concepto erróneo que promueven los libros para niños. Enseñan que las baterías son un tipo extraño de capacitor, con cero corriente en el electrolito. Nos dicen que una placa de la batería suministra electrones y la otra placa es un almacén de electrones "usados".

Eso es un montón de basura completa.

De hecho, el camino para la corriente eléctrica es a través de la batería, a través del electrolito , y luego vuelve a salir. Por cada bit de carga que sale de una terminal de la batería, siempre debe fluir la misma carga a través de la batería, y la misma carga también debe fluir hacia la otra terminal. Una batería es un buen conductor; un cortocircuito La carga total dentro de una batería nunca cambia. (Cuando una batería se "descarga", pierde combustible químico, no carga).

En otras palabras, las baterías son bombas de carga. No son fuentes de carga eléctrica, como tampoco una bomba de agua puede crear agua o almacenar agua.

¿Fluyen electrones a través del electrolito? No necesariamente, y ahora también ha descubierto por qué usamos "amperios" o "corriente convencional". La corriente eléctrica no está hecha de electrones. En cambio, está hecho de iones positivos, iones negativos, protones y, sí, electrones. El tipo de cargas que fluyen depende del tipo de conductor. Para ocultar toda esta complejidad, ignoramos el flujo real de cargas y solo observamos los amperios. Los protones fluyen en la misma dirección que los amperios y los electrones fluyen hacia atrás. Esconde los protones, esconde los electrones... y ahora estás pensando como un ingeniero eléctrico o un físico. Pero si quiere entender las baterías, necesita el punto de vista químico y físico.

En muchas baterías, los electrones fluyen en las partes metálicas, ¡pero solo los protones fluyen en el electrolito! La deriva de protones es una corriente eléctrica perfectamente válida, e incluso puede ser una corriente enorme (por ejemplo, en las baterías de los automóviles, se producen cientos de amperios de flujo de protones).

Aquí hay una vista simplificada: durante una corriente eléctrica en un circuito, los amperios dentro del electrolito de la batería en realidad están hechos de protones que fluyen hacia atrás. En el electrodo negativo, violentas reacciones químicas desgarran el agua en átomos individuales. Se libera gas oxígeno, pero a cada uno de los átomos de hidrógeno se les arranca un electrón, y estos electrones son empujados hacia la superficie del metal, cargándola negativamente. A los átomos de hidrógeno les falta su electrón, por lo que se han convertido en iones de hidrógeno positivos +H. El electrolito es un buen conductor y todos los iones de hidrógeno +H son atraídos hacia la otra placa distante. Fluyen a través del electrolito (muchos amperios). Luego, en la otra placa, los iones de hidrógeno +H se combinan con los electrones de la superficie del metal. Se consume algo de energía y se produce gas hidrógeno neutro. Y en total,

Lo anterior es una descripción de las celdas de combustible y también de las baterías de plomo-ácido. ¡En estos, la corriente eléctrica en el electrolito es un flujo de protones! (Los iones positivos +H tienen otro nombre: PROTON.)

Si, por el contrario, desea evitar esta deriva de carga hacia atrás, con todas las cargas canceladas y la división del agua, simplemente mire las baterías alcalinas. En estos, los iones móviles son iones -OH, no protones positivos. Podemos verlos como electrones que viajan en un trozo de molécula de agua. En ese caso, todo el circuito eléctrico es un flujo de carga negativa, incluida la corriente en el agua entre las placas. (Pero esa no es una regla universal, y otras baterías tienen flujos de protones en su lugar. O, si haces una batería simple usando agua salada, entonces tienes dos flujos opuestos en el electrolito, los iones +Na positivos pasan por el -Cl iones, ambos al mismo tiempo).

Pero, ¿por qué deberían fluir las cargas?

En otras palabras, ¿por qué las baterías tienen voltaje? Ah, esa explicación viene de la química. Ocurre porque la reacción en la placa negativa es violenta, enérgica, exotérmica y espontánea. ¡Mete un poco de metal en el agua y el agua ataca! Esta reacción es la fuente de energía de la batería.

Las baterías son algo así como el fuego: están "quemando" algunos combustibles químicos, bombeando una corriente eléctrica que puede impulsar un dispositivo externo y dejando atrás algunos productos de desecho. ¡Cada batería es como una pequeña planta de energía, completa con llamas y una caldera y algunos imanes giratorios con bobinas! Bueno no exactamente. En cambio, las baterías son más como pequeñas máquinas VandeGraaff, son bombas de carga mecánicas impulsadas por química exotérmica espontánea. En el terminal negativo, las reacciones que producen energía obligan a las cargas eléctricas a moverse a través de la región de contacto metal/agua. (En lugar de ser exotérmica, la mayor parte de la energía de las reacciones químicas termina como electromagnetismo, como energía almacenada en campos electrónicos).

Es casi mágico, porque si se rompe el circuito externo, ¡las violentas reacciones espontáneas se detienen! Es como tener una planta de energía donde, si rompes las conexiones eléctricas, todo se detiene instantáneamente y el combustible deja de quemarse. Aún más mágico: si obligamos a las cargas a fluir hacia atrás a través de la planta de energía, ¡los productos químicos de desecho se vuelven a convertir en combustible! (Por ejemplo, en una celda de combustible, el agua no se quema y forma hidrógeno y oxígeno).

Si desea adentrarse en la ciencia de las baterías, algunas palabras clave a seguir son: "Helmholtz Double Layer". Ahí es donde sucede toda la magia, en una capa delgada como una molécula donde el agua toca el electrodo negativo de la batería. También busque "Mecanismo de Grotthuss", ese es el fenómeno poco discutido donde los protones fluyen a través del agua como una corriente eléctrica. (¡Je, todos los libros de texto de la escuela primaria en la tierra deberían enseñarnos sobre el efecto Grotthuss! En cambio, pretenden que el agua salada dentro de las baterías es un aislante).

En un caso ideal de celda electroquímica, debería permanecer en el terminal positivo. El puente salino solo debe permitir que fluyan los iones.

Sin embargo, las baterías prácticas tienen otros fenómenos físicos que restringen el flujo de corriente y, por lo tanto, introducen esta "resistencia interna". Puede haber una gran variedad de razones dependiendo del tipo de celda utilizada. Creo que una de las razones más comunes es la polarización. Pero eso tampoco debería causar que los electrones fluyan a través de la celda.

Para citar una buena explicación de la página de preguntas y respuestas del Departamento de Física de la Universidad de Illinois :

Quizás se pregunte por qué los electrones no regresan a través de la batería, hasta que la carga cambia lo suficiente como para que el voltaje sea cero. La razón es que un electrón no puede moverse de un lado a otro dentro de la batería sin que ocurra una reacción química. En otras palabras, dentro de la batería, los electrones simples no pueden viajar porque se necesita demasiada energía para poner un electrón simple en solución. Los electrones solo pueden viajar dentro de la batería a través de químicos cargados, iones, que pueden disolverse en los electrodos. La reacción química es lo que empuja los electrones del interior hacia el extremo negativo, porque los electrodos en los dos extremos están hechos de diferentes materiales, que tienen diferentes estabilidades químicas. Entonces, en general, los electrones fluyen ALREDEDOR del circuito, hacia el extremo negativo dentro de la batería, empujados por la reacción química,

La corriente eléctrica también puede fluir de otra manera en la batería, si la batería está conectada a algo con una diferencia de voltaje mayor (un cargador de batería, por ejemplo).

EDITAR: En cuanto a por qué hay un flujo de corriente dentro de la batería: los electrones no son necesarios para que fluya la corriente. El flujo de iones ocurre dentro de la batería.