¿Por qué la carga es transferida por electrones y no por protones?

Question

Las cargas son transferidas por electrones, lo cual todos sabemos. Pero, ¿por qué no puede ser transferida por protones? Bueno, busqué en Google donde encontré preguntas similares ya hechas en muchos sitios. Sin embargo, no encontré respuestas. Estaban diciendo que los electrones son móviles y de manera similar los protones están ocupados siendo nucleones. También, alguien estaba diciendo, "Por el simple mecanismo de separar dos cosas, los electrones son sacados de sus niveles de energía de Fermi e introducidos en una banda de conducción para efectuar la transferencia de carga y la creación de una carga estática", lo cual no entendí para nada.

Answer 1

Se puede transferir completamente carga usando protones. O usando Na+ o cualquier tipo de partícula cargada. Sucede todo el tiempo - si observas cómo funciona una batería de celda húmeda, encontrarás que mientras la carga a través del cable es transportada por electrones, la corriente fluye a lo largo del puente salino a través de iones cargados (teóricamente los protones podrían estar entre ellos). Apuesto a que si de alguna manera pudieras hacer un superfluido con He+ o algo así podrías usar eso para transportar carga como un cable superconductor.

Creo que nuestra intuición de que los electrones siempre son los portadores de carga proviene del hecho de que:

1.) los electrones son muy ligeros en comparación con los protones, por lo que si imaginas poner un protón en un campo eléctrico y un electrón en el mismo campo eléctrico, el electrón será acelerado 1000 veces más (misma carga, 1/1000ava parte de la masa). Esto significa que cuando hay un desequilibrio de carga y tanto el flujo de protones como de electrones podrían aliviarlo, los electrones fluirán mucho antes de que los protones sean impulsados a moverse.

2.) los electrones son las partículas cargadas móviles en un sólido - todos los protones están unidos en núcleos. Dado que casi toda nuestra intuición sobre el flujo de corriente proviene de cables u otros conductores sólidos, estamos casi exclusivamente preocupados por el flujo de electrones.

Answer 2

Los protones interactúan de formas que los electrones no lo hacen. Quedan atrapados dentro de los núcleos debido a los efectos de la fuerza nuclear fuerte. Los electrones no son afectados por la fuerza fuerte, por lo que solo quedan atrapados por la atracción eléctrica al núcleo que es mucho más débil en los átomos ionizados. Por lo tanto, es más fácil para los electrones moverse de un átomo a otro, transfiriendo carga.

Answer 3

Permíteme ser más pragmático.

¿Dónde observamos corrientes? En sólidos, líquidos y gases.

¿De qué están hechos los sólidos/líquidos/átomos? De electrones unidos electromagnéticamente en capas orbitando núcleos fuertemente unidos que están compuestos por protones y neutrones. Los átomos son neutros.

¿Cómo podemos hacer que un átomo se cargue?

Este átomo de helio muestra cómo los dos electrones rodean el núcleo. La razón es el fuerte campo electromagnético entre las dos cargas de los electrones y las dos cargas positivas de los protones en el núcleo. Los protones y neutrones están unidos entre sí con la fuerza fuerte. Existe al menos un factor de cien entre la fuerza necesaria para separar un electrón del campo electromagnético y separar un nucleón del campo fuerte. Además, los protones enlazados positivamente están blindados electromagnéticamente por los electrones, primero hay que eliminar los electrones para llegar a un protón.

Por lo tanto, es más fácil encontrar la energía de kev para eliminar un electrón alrededor del átomo que la energía de MeV para liberar un protón. Así que en la gran mayoría de los materiales son los electrones los que llevan la carga negativa, y las cargas positivas son obtenidas de los iones restantes, que son grandes y por lo tanto tienen una menor movilidad (mayor sección transversal para las interacciones).

La excepción es el átomo de hidrógeno, y obtenemos protones para formar una corriente fuerte en los aceleradores de partículas. Los protones solitarios en la materia no pueden ser suficientes en número para llevar las corrientes a la manera de los electrones. Se unirán con un electrón y encontrarán una pareja para formar una molécula de H2.

Answer 4

Cuando las cargas fluyen a través de una superficie, pueden ser positivas, negativas, o ambas. La dirección de la corriente convencional es la dirección en la que fluyen las cargas positivas. En un conductor común como el cobre, la corriente se debe al movimiento de electrones cargados negativamente, por lo que la dirección de la corriente es opuesta a la dirección del movimiento de los electrones. Por otro lado, para un haz de protones cargados positivamente en un acelerador, la corriente va en la misma dirección que el movimiento de los protones. En algunos casos, como en gases y electrolitos, por ejemplo, la corriente es el resultado de flujos tanto de cargas positivas como negativas. Las cargas en movimiento, ya sean positivas o negativas, se denominan portadores de carga. En un metal, por ejemplo, los portadores de carga son electrones.

Answer 5

Porque los electrones se pueden quitar fácilmente mientras que los protones están unidos a los neutrones, por lo que se convertirá en una bomba atómica si quieres quitar los protones.