¿Por qué los electrones fluyen en un circuito?

Los electrones no tienen otra opción. Al igual que los polos sur y norte de un imán se atraen entre sí, los electrones son como misiles que buscan calor y buscan cargas positivas para erradicar. De hecho, se impulsan debido a las propiedades magnéticas de las cargas negativas y positivas. Para fluir, tiene que haber un potencial positivo y negativo (EMF o voltaje) para que se pueda sentir una diferencia. Cuando abres un circuito, ¿qué pasa? … ¿Ves? cuando un electrón ve una publicación positiva de batería, sabe que tiene que estar allí y se moverá allí, sin importar lo que haga falta. El objetivo es cancelar la carga positiva (falta de electrones). Además, los electrones se mueven desde el poste negativo de la batería (coloque los electrones apilados debido a las reacciones químicas en la batería), en previsión de cumplir con la neutralización de la porción positiva de la batería o circuito. Eso es en pocas palabras.

La corriente (carga móvil) fluye a través de un circuito como el agua fluye cuesta abajo. Cuanto más empinada es la caída de elevación, más contundente y enérgico es el flujo del agua. Sin embargo, para la corriente en lugar de la gravedad que tira, tenemos un campo eléctrico. En lugar de fluir hacia una elevación más baja, tenemos un flujo hacia una energía potencial más baja. En lugar de una diferencia de elevación entre la cima de la colina y el fondo, tenemos lo que llamamos un voltaje entre un extremo del circuito y el otro.

Sin embargo, en el caso de los electrones individuales, “flujo” no es realmente la palabra correcta. Los electrones “derivan” a través de materiales conductores como cables. La distinción es importante aquí porque los electrones en sí mismos generalmente no viajan tan lejos o tan rápido. La corriente (o cuando se cambia a veces llamada señal) es la que fluye a través del circuito. Este artículo de Wikipedia ofrece un ejemplo de una corriente alterna donde los electrones solo se desplazan menos de 0.2 μm entre ciclos. Esa es una distancia aproximadamente mil veces más corta que el ancho de un cabello humano.

Hágase esta pregunta: ¿por qué fluye un río? Una respuesta simple es que encuentra pendiente. ¿Por qué no fluye cuesta arriba? Es posible que haya escuchado sobre la energía potencial. Está dado por E = mgh, donde – h es la altitud. Entonces, el agua tiene una mayor energía potencial en la parte superior y ve una diferencia en la energía potencial entre su posición y abajo. Esto hace que el agua fluya cuesta abajo.

También puede aplicar esta analogía al flujo de electrones, pero con la diferencia de que los electrones fluyen de un potencial eléctrico más bajo a un potencial eléctrico más alto. Entonces, cuando aplica una diferencia de potencial en un circuito, la corriente comienza a fluir.

¡Espero que esta analogía ayude!

Todo tiene que ver con la creación de una diferencia potencial. El flujo real de electrones en un conductor es constante pero aleatorio, pero puede hacerlo de manera ordenada.

Si establece un voltaje mayor que cero en un extremo del circuito y un voltaje menor o cero en el otro extremo, y se asegura de que haya una ruta conductiva entre los dos extremos, lo que sucederá es que a través de los conductores habrá un fuerza. De hecho, es una fuerza electromotriz (EMF) y se mide en voltios.

Puedes pensar en el EMF como un sargento de instrucción que ordena soldados alrededor de un patio de armas, y los soldados como los electrones. En lugar de dar vueltas al azar, todos los soldados se mueven en una dirección a la misma velocidad. Si marchan en tres columnas y pasan una publicación amarilla, cada archivo de tres hombres pasará esa publicación amarilla en un intervalo de tiempo determinado.

Ahora imagine a los soldados haciendo una rueda izquierda permanente (donde marchan en círculo). Es habitual hacer esto para dar vuelta en las esquinas, pero imaginemos que marchan en un círculo perfecto en la parte superior del cual está el poste amarillo y el fondo del cual es un poste rojo.

Ahora, hay dos formas de pensar sobre el flujo de corriente. Convencionalmente en DC, pensamos en la corriente que fluye de positiva a negativa. Es un retroceso histórico y está mal, ya que es al revés. A eso lo llamamos flujo de electrones. No importa en qué dirección pienses, siempre y cuando seas constante en todo momento. Voy a usar convencional.

De vuelta a los soldados. El sargento dice “¡a la izquierda, marcha rápida!” Y los que están en o en el poste rojo (positivo) en la dirección de desplazamiento se mueven hacia el amarillo (negativo), mientras que los que están en el amarillo o el pasado se mueven hacia el rojo. Están formando un flujo de corriente.

¿Qué hay de AC? Si el sargento espera hasta que los tres soldados que estaban en el poste rojo al principio vuelvan a llegar allí, luego ordena dar la vuelta en la marcha, los soldados girarán 180 grados y marcharán en círculo hacia el otro lado.

Entonces, los electrones llevan la carga. Se les dice a dónde ir por el camino conductor. Se les dice cuándo ir por el voltaje. Para obtener un voltaje, necesita un voltaje más alto en un extremo de la ruta que en el otro y la ruta debe ser continua desde el punto alto hasta el punto bajo. Si apaga o apaga la batería, no se obtiene voltaje en ambos extremos, se iguala y no hay corriente.

La ley de Ohm dice V = IR (voltios = resistencia X actual) y al transponer obtienes I = V / R. Enchufe 1.5V y una resistencia de 10 ohmios y obtendrá 1.5 / 10 que le da la corriente en amperios: 0.15A. Aumenta el voltaje a 3V y obtienes 3/10 que te da 0.3A

Cuanto más voltaje, más rápido el sargento de perforación está haciendo que los hombres marchen es otra analogía que parece adecuada.

Si quieres una analogía para la resistencia, imagina que el patio de armas está a la altura de las rodillas. Eso retrasará un poco a los soldados.

¡Sin embargo, no encontrarás ninguna de estas analogías en muchos libros de texto!

Absolutamente los electrones fluyen en el circuito, pero debido a la gran cantidad de electrones en el cable siempre conduce a una colisión entre ellos debido a esto viaja con la velocidad promedio que se llama velocidad de deriva …

Este es un caso excepcional en física, aunque el campo eléctrico está presente allí y aplica fuerza sobre el electrón, pero la elección no se acelera … Se mueve con la velocidad AVG

Un voltaje representa la diferencia en el potencial eléctrico entre dos lugares. Similar a dos fuentes de agua, una más alta que la otra, excepto en este caso el extremo negativo tiene más electrones que el extremo positivo.

Los electrones en el extremo negativo “quieren” llegar al extremo positivo para crear un equilibrio y cancelar la diferencia de potencial. Entonces, si hay un camino de baja resistencia (no infinito), los electrones fluirán a través del camino (un circuito).

Esto es como tener una presa liberando agua a un valle más bajo. Si la presa abre un agujero que permite que el agua caiga, continuará cayendo hasta que los niveles de agua en ambos lados estén en el mismo nivel.

“Voltaje”! Para los electrones, la regla siempre es “ir cuesta abajo”. Y para electrones cargados negativamente, eso es en la dirección más positiva.

Los electrones fluyen en materia conductora, metal en el caso de un circuito. La materia conductora está compuesta por una red de átomos (o moléculas) que comparten los electrones de valencia en los orbitales deslocalizados (Electrones deslocalizados – Wikipedia), es decir, los orbitales que no permanecen en la vecindad de los átomos pero son mucho más grandes, llenando potencialmente el material conductor.

Por ejemplo, un cable submarino tiene orbitales deslocalizados (muchos de ellos) que pueden tener cientos de kilómetros de largo.

Por lo tanto, los electrones son libres de moverse de un átomo a otro, a través de todo el conductor.

Una vez que se comprende esta libertad de movimiento de electrones (esto es física desarrollada alrededor de 1940), entonces siguen las reglas de desplazamiento. Se mueven porque son empujados por una fuerza o, a la inversa, hay una energía que puede transformarse en trabajo, es decir, desplazamiento.

Cómo se hace esto depende de muchos factores. Un circuito normalmente está compuesto por conductores y componentes: componentes pasivos (resistencias, condensadores, inductores) o componentes activos (transistores, válvulas de vacío, amplificadores).

Por lo tanto, hay una fuente de energía (fuente de alimentación o batería) que se distribuye entre los conductores a través de las complejas interacciones de los componentes que puede estudiar, por ejemplo, con programas como especias o derivados.

Pero una vez que esta energía se pone a disposición de los conductores, los electrones son empujados por la fuerza consiguiente y fluyen a través del circuito.

Porque les gusta el camino de menor resistencia.

Sí, solo si tiene una diferencia potencial entre las terminales.

Por fuerzas electromotrices.

Sí, en la dirección opp de los flujos de corriente.