¿Qué causa que los átomos de un filamento se exciten? ¿Es eso causado por los electrones de la corriente o por el campo eléctrico de la corriente?

No hay un “campo eléctrico de la corriente”. Hay un campo eléctrico que hace que los electrones “quieran” moverse, y el movimiento de los electrones crea un campo magnético, pero no hay un “campo eléctrico de la corriente”.

En un conductor absolutamente perfecto, que existe, llamado “superconductor”, los electrones pueden moverse sin resistencia. Esto es posible en una variedad de materiales (incluso plomo) si la temperatura es lo suficientemente baja, las impurezas son lo suficientemente bajas y si la corriente es bastante pequeña. En todos los demás materiales, el flujo de la electricidad (los electrones en movimiento) encuentra resistencia.

La resistencia eléctrica puede provenir de muchas cosas. Aquí hay unos ejemplos:

Imagine que es un electrón y que se está moviendo como un auto de choque en un área de manejo limpia y abierta, pero luego descubre un gran poste en su camino. Luego rebota en ese objeto, el objeto también se sacude, luego rebota en otras cosas y tiene que ser empujado nuevamente (usar energía) para volver a la velocidad. Esto es exactamente lo que sucede cuando un electrón en movimiento encuentra una impureza o un “punto malo” en un cristal metálico alrededor de una impureza. Las vibraciones que su auto chocador pone en el poste grande es un fonón, una vibración pequeña y cuantificada. Todo lo demás con lo que te encuentras también obtiene algunos fonones de tu energía cinética inicial. Estos fonones, estas vibraciones, se convierten en calor.

Ahora imagine que está conduciendo, pero en lugar de un área de conducción vacía, el área de conducción tiene un conjunto de pilares agradables, ampliamente espaciados y uniformemente espaciados. Juras un poco mientras conduces; un poco a la izquierda, luego un poco a la derecha y hacia atrás, pero no hay problema, simplemente sigue adelante, sin preocupaciones. Este es un mejor modelo para un electrón que viaja a través de un metal. Esta es en realidad una aproximación muy cercana a la función Bloch que estudian los estudiantes de física. Ahora imagine que cada uno de esos pilares ya se mueve un poco. Si apenas se mueven, no hay problema, así es como es la baja temperatura. Ahora calienta el metal, cada pilar, que representa cada átomo, se mueve mucho más. Ahora, mientras conduces, eventualmente te toparás con uno de esos pilares y rebotarás. Cuando golpeas el pilar, vibrará aún más que antes, agregando aún más fonones (y, por lo tanto, aún más energía térmica, “calor”) al metal.

Entonces, cuanto más corriente lo atravieses, más se calienta y, a su vez, más resistencia proporciona.

Entonces los electrones “chocan contra las cosas” causan el calor. Las “cosas” pueden ser impurezas en el metal o átomos que “saltan frente a ti” debido a su energía térmica.

Si tiene oxidación o semiconductores u otras cosas, se puede producir calor a medida que los electrones saltan entre los niveles de energía. Supuse que estabas hablando de filamentos de bombilla incandescentes bien construidos.

La respuesta de Jeremy es excelente, pero no llegó a explicar cómo el filamento (de una bombilla incandescente) emite luz. Este es el fenómeno de la radiación del cuerpo negro, que no se remonta a transiciones específicas entre diferentes niveles de energía de los átomos; Es un espectro suave y continuo y siempre es el mismo para cualquier emisor a la misma temperatura, independientemente de qué tipo de átomos esté hecho. La explicación de este espectro es (en mi humilde opinión) una de las más peculiares e indirectas en toda la física, porque se basa completamente en argumentos sobre el equilibrio térmico y los posibles modos de ondas EM en una “caja” cerrada, incluso cuando la superficie emisora ​​no está encerrado en absoluto. Un logro notable!

En una lámpara fluorescente, una lámpara de vapor de sodio u otra lámpara de descarga de gas, los electrones que chocan con los átomos excitan a los electrones en los átomos, que luego emiten luz a medida que se relajan de nuevo a sus estados de tierra (no excitados). Este es un proceso conjeturado en la pregunta. En cambio, en una lámpara incandescente, la luz se emite solo porque el filamento está caliente, como explican otras respuestas. La incandescencia es solo alrededor de una quinta parte tan eficiente como la descarga de gas.

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