¿Cómo sabemos que la electricidad es el flujo de electrones?

Esta es una pregunta muy común. ¿Qué es realmente la corriente eléctrica? En términos simples, la corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica a través de un material. Eso es todo. Muchos libros de texto comienzan diciendo que son los electrones los que realmente se mueven en el cable y causan la corriente eléctrica. Sin embargo, esa no es toda la historia. No puede usarse como base para concluir que

Corriente eléctrica = flujo de electrones.

La carga positiva importa. Sí, importan .

El caso de los sólidos es bastante simple. Los electrones tienen carga negativa y pueden moverse libremente alrededor del conductor sólido debido a que su posición es la capa de valencia y la energía relativamente baja requerida para expulsarlos de estas órbitas. Entonces, a temperatura ambiente, se forma un mar de electrones en el metal que en realidad son libres de moverse al azar. Los protones mantienen la carga positiva (ahora también pueden verse como iones, ya que todo el átomo o molécula ha perdido un electrón). Pero en un sólido, están apretados y no pueden moverse. Entonces, cuando se aplica un voltaje a través de este sólido, lo único que puede moverse es el mar de electrones. Se mueven hacia el terminal positivo para aparearse con el positivo. Por lo tanto, el flujo de electricidad (físicamente) puede considerarse como el flujo de electrones en ese sólido.

Sin embargo, hay otros estados de la materia, líquido y gas, donde la electricidad puede fluir. Tu cuerpo es uno de esos ejemplos. La descarga eléctrica que recibimos cuando sujetamos un cable con corriente se debe a la corriente que fluye a través de nuestros cuerpos hacia el suelo. Pero no hay flujo de electrones en nuestro cuerpo como en los metales. Su flujo de iones. Iones cargados positivos y negativos. Igual es el caso de la conducción nerviosa en nuestro cuerpo y el flujo electrolítico de corriente en las baterías. Incluso en las luces de su tubo hay un flujo de iones que completa el circuito cuando la luz está encendida.

Entonces, realmente no podemos justificar eso

Corriente eléctrica = flujo de electrones.

Realmente debe ser

Corriente eléctrica = flujo de carga positiva y negativa

Donde los portadores de carga pueden ser electrones, protones e iones.

El flujo de electricidad no siempre se debe a los electrones. Tal vez esté pensando en el flujo de corriente en metales (cables) que se debe a los electrones.

El flujo de corriente se debe al flujo de partículas cargadas. Esto podría ser protones en una solución, iones o agujeros en un semiconductor.

Min un semiconductor uno puede diferenciar el tipo de portador (electrones, agujeros) de la polaridad potencial del efecto Hall.

En los tubos de vacío, la corriente es transportada por electrones en el vacío. Los electrones son emitidos por el cátodo por emisión therionoc y recogidos por la placa positiva.

En el agua, la corriente es transportada por protones e iones OH y cualquier otro ión introducido.

El flujo de Currenr en conductores y semiconductores requiere una teoría del estado sólido para comprender. Puede volverse bastante complejo si desea poder calcular la resistividad a partir de ecuaciones físicas básicas.

Bueno, no lo es, necesariamente. Es el flujo de cargas, que son electrones en los metales. En los semiconductores, los portadores de carga pueden ser electrones, agujeros o ambos. En una batería de iones de litio, son iones de litio. (¡Duh!) En el CERN LHC, son protones.

Bien … entonces, ¿cómo sabemos que son electrones en metales? Del experimento del efecto Hall. Efecto Hall – Wikipedia

Hay muchas líneas de evidencia, pero hay varias claves

  • Sabemos que la electricidad es normalmente el flujo de algo cargado negativamente debido a la señal del efecto Hall.
  • Es fácil desalojar electrones (reconocibles por su relación de carga a masa) de los conductores (a través del efecto fotoeléctrico o de otro modo), por lo que presumiblemente los conductores contienen electrones.
  • Los experimentos de dispersión muestran que la mayor parte de la masa en la materia se concentra en pequeños puntos (núcleos) que tienen carga positiva, vea el modelo de Rutherford. Por lo tanto, es inverosímil que los núcleos fluyan y los electrones de luz estén estacionarios.