¿Por qué es errónea la convención de nomenclatura de cargos?

Question

Hace poco me enteré de la cuestión de la corriente convencional frente al flujo de electrones.
Buscando un poco encontré que la razón de esto es que Benjamin Franklin se equivocó al nombrar las cargas positivas y negativas.
Hay incluso este pequeño cómic sobre eso http://xkcd.com/567/

Mi pregunta es, ¿cómo puede ser errónea una convención de nombres?
Quizás no entiendo cuál es el error real aquí, no lo sé. Pero no veo cómo una convención de nomenclatura puede estar mal o bien. No hay nada correcto o incorrecto al respecto. Podría haber sido cualquier otro nombre, como carga A y carga B.

Agradeceré a quien pueda ayudarme a entender qué es lo que falla en todo esto.

Answer 1

No es un error, y la corriente convencional no es errónea ni retrógrada.

Corriente eléctrica a menudo se piensa que es un flujo de electrones, pero esto es erróneo. La corriente eléctrica es un flujo de eléctrico carga . La carga puede ser positiva (protones) o negativa (electrones), y ambos tipos de partículas cargadas pueden fluir y fluyen en los circuitos eléctricos:

• En los hilos metálicos, las resistencias de carbono y los tubos de vacío, la corriente eléctrica consiste en un flujo de electrones.
• En baterías , condensadores electrolíticos En el caso de las lámparas de neón, la corriente consiste en un flujo de iones, ya sea positivo, negativo o ambos (que fluyen en direcciones opuestas).
• En las pilas de combustible de hidrógeno y hielo de agua La corriente se compone de un flujo de protones .
• En los semiconductores, la corriente puede consistir en agujeros que son no es lo mismo que la ausencia de electrones .

(El Efecto Hall puede utilizarse para mostrar si un portador de carga está cargado positivamente y fluye en una dirección, o cargado negativamente y fluye en la otra).

Cuando una batería de iones de litio se descarga en una carga, por ejemplo, no hay flujo de electrones en la batería, pero sigue habiendo flujo de corriente:

(Fuente: Centro de Nanotecnología Sostenible )

Si sólo consideraras el flujo de electrones, tus cálculos serían erróneos. Tienes que considerar el flujo neto de carga, sin importar los portadores de carga. La corriente convencional hace abstracción de los diferentes portadores de carga y representa todos estos flujos diferentes como un flujo neto de carga (positiva), simplificando el análisis del circuito.

La corriente convencional es no lo contrario de la corriente de electrones Por lo tanto, si se definieran para fluir en la misma dirección, sería aún más fácil confundirlas y pasar por la vida sin entender lo que es la corriente. La corriente de electrones es una subconjunto de la corriente convencional. La corriente convencional combina los efectos de los flujos de electrones, iones, protones y agujeros en un solo número.

Wikipedia está de acuerdo :

En otros medios, cualquier flujo de objetos cargados puede constituir una corriente eléctrica. Proporcionar una definición de corriente que sea independiente del tipo de portadores de carga que fluyen, corriente convencional se define para fluir en la misma dirección que las cargas positivas.

El etiquetado de una polaridad de carga como "positiva" y la otra como "negativa" es totalmente arbitrario. Podría hacerse de cualquier manera y todo seguiría funcionando igual. Franklin no eligió mal; simplemente eligió. Etiquetar los protones como negativos y los electrones como positivos no cambiaría nada. De hecho, podría hacer que las cosas más confuso, como se describe en ¿Ben Franklin debería haber dicho que los electrones son positivos? No es así.

Si Franklin hubiera elegido en cambio que los electrones fueran positivos, quizá nunca nos enfrentaríamos al verdadero problema. Si los electrones no fueran negativos, ignoraríamos fácilmente nuestros conceptos erróneos y acabaríamos teniendo sólo una ilusión de comprensión. Pero también tendríamos todo tipo de preguntas sin respuesta causadas por los conceptos erróneos. Afortunadamente, los electrones negativos nos restriegan el problema, haciendo que nuestras preguntas se conviertan en algo mucho más que "molestas".

Answer 2

(Alguien resucitó este oldie en la cola, así que sólo para ser una voz contraria...)

Ben Franklin hizo se equivoca. Acababa de desarrollar una nueva y extraordinaria teoría de la electricidad en la que el positivo (+) y el negativo (-) tenían significados específicos y precisos, y no fue capaz de aplicar las dos etiquetas de la forma que pretendía.

En la época de Franklin se pensaba que la electricidad estaba compuesta por dos fluidos, "vítreos" y "resinosos" que se aniquilaron mutuamente al entrar en contacto. La inteligente idea de Franklin fue darse cuenta de que la teoría de los dos fluidos era redundante, y que un solo fluido que fluyera a través de los metales sería suficiente. Esto le llevó directamente a una analogía con la presión del agua o del aire, en la que un solo fluido fluye desde el extremo de una tubería que tiene presión positiva (+), y hacia el extremo con presión negativa (-) o de vacío.

El problema era que Franklin no tenía forma de separar el fluido del metal para saber en qué dirección se movía. Podía hacer chispas, claro, pero el fluido (la electricidad) se movía tan increíblemente rápido que no se podía discernir nada preciso observándolas.

Sólo con la invención, décadas más tarde, del Tubo de Crookes que se hizo posible saber la dirección del flujo de este misterioso fluido eléctrico, concretamente observando las sombras que proyectaba en el interior de un tubo vacío. Sólo entonces se comprendió que el fluido que Franklin postulaba se movía del lado de la presión "negativa" (-) al lado de la presión "positiva", (+). Pero ya era demasiado tarde. Ya se habían escrito décadas de artículos y libros de texto que utilizaban la teoría y las convenciones de Franklin, y habría sido una pesadilla intentar invertir la convención en ese momento.

Ahora llamamos a estas partículas de fluido eléctrico "electrones", y efectivamente se comportan como el fluido más rápido y ágil imaginable. En la forma más común de transportar este fluido, a través de los metales, es el terminal negativo de una batería el que crea una presión positiva (o voltaje) para empujar el fluido hacia fuera, y es el terminal positivo el que crea una presión negativa para tirar de los electrones hacia dentro.

(Esta similitud también explica por qué el uso de analogías con la presión del agua para explicar los voltajes y el flujo eléctrico puede ser mucho más perspicaz de lo que uno podría esperar. Ambos realmente son ejemplos de fluidos bajo presión, aunque la terminología es diferente y la analogía es incompleta debido a que los electrones tienen la capacidad de hacer cosas que los fluidos materiales no pueden hacer).

Así que, en resumen: Franklin claramente habría calificado su propia elección como un error si hubiera tenido acceso a mejores datos, así que creo que nosotros también podemos hacerlo.

Answer 3

En el centro de esta discusión se encuentra una idea errónea común y extendida: la idea equivocada de que la corriente eléctrica es un flujo de electrones, y que los flujos de carga positiva son imposibles.

No y no.

Sólo en los metales la corriente eléctrica es un flujo de electrones. Los protones pueden fluir, así como los iones de ambas polaridades. El tipo de portador de carga depende del tipo de conductor: metales, electrolitos, gases ionizados. Por lo tanto, Franklin puede haber estado "al revés" sobre la forma en que los metales conducen un flujo de carga. Pero no se equivocó sobre los conductores de protones y los PEM utilizados en las pilas de combustible de electrolitos sólidos. Franklin también se equivocó sobre el ácido de las baterías y los carteles de neón, donde las cargas en movimiento tienen polaridades opuestas y fluyen en direcciones opuestas. En términos de Franklin, los electrolitos contienen dos (o más) tipos de "fluido eléctrico", no sólo uno.

De hecho, cuando recibes una descarga eléctrica de alta tensión, no fluyen electrones por tu cuerpo. El voltaje que se imprime a través de su carne produce un flujo de iones que se encuentran comúnmente en sus tejidos: iones positivos de sodio y potasio, y cloruros negativos, cada polaridad de iones fluyendo en direcciones opuestas. ¿Cómo podemos entonces describir los amperios que te están electrocutando? Fácil. Sólo hay que utilizar la corriente convencional. Para eso sirve. (Sugerencia: los amperímetros miden la corriente convencional. No informan de los porcentajes de positivos y negativos que derivan en sentido contrario dentro del circuito).

Es realmente sorprendente la cantidad de autores que parecen creer en la desacreditada teoría de la electricidad de un solo fluido de Franklin, o que creen que las corrientes eléctricas están de alguna manera "hechas de electrones".

Ejemplos de conductores:

Metales - sí, electrones

Semiconductores: electrones en dos bandas de energía (la banda inferior son vacantes o "huecos")

Plasma: electrones, iones positivos, iones negativos (si se trata de un plasma de hidrógeno, los protones desnudos H+ forman parte de la corriente).

Agua destilada - protones (iones H+) e iones OH-, sin electrones

Ácido de batería - protones (iones H+) e iones SO4-, sin electrones

Océanos - iones Na+, iones Cl-, algunos H+ y OH-, sin electrones

Carne humana - iones Na+, iones K+, iones Cl-, muchos iones diversos, sin electrones

Sospecho que los manuales de entrenamiento militar de la Segunda Guerra Mundial tienen parte de la culpa de esta situación. Para instruir a los técnicos, sus autores se concentraron en los cables metálicos y los tubos de vacío, y basaron sus conceptos en la idea excesivamente simplificada (y errónea) de que "la electricidad es igual a los electrones", y que todas las cargas positivas eran en realidad un caso de ausencia de electrones.

Answer 4

Esta es una pregunta común y la respuesta está relacionada con el hecho de que eléctrico La corriente se define simplemente como el flujo de electricidad carga . Por lo tanto, es una corriente abstracta ya que la carga eléctrica es un propiedad no un entidad . La carga eléctrica debe ser "transportada" ser algo.

Se considera que la dirección del flujo de carga positiva es la dirección de la corriente eléctrica. Por lo tanto, un flujo de carga negativa contribuye a una corriente eléctrica en la dirección opuesta.

Electrón La corriente es el flujo de electrones y, dado que los electrones tienen la propiedad de la carga eléctrica negativa, una corriente de electrones es necesariamente un flujo de carga, es decir, una corriente eléctrica (en la dirección opuesta a la eléctrico actual).

Pero, a menudo, la corriente eléctrica se debe al flujo de otras entidades cargadas además de los electrones. Por ejemplo, en el electrolito de una batería o en un plasma, el flujo de iones cargados contribuye a la corriente eléctrica.

Answer 5

Las convenciones de los signos no son "erróneas", pero pueden ser engañosas.

Por ejemplo, nosotros podría redefinir el trabajo realizado en un campo gravitatorio para que escapar del pozo gravitatorio de la Tierra requiera un trabajo negativo. Eso es una convención igualmente válida Pero asociamos el trabajo positivo con el esfuerzo, por lo que invertir la convención obstaculizaría nuestra intuición física sin ningún beneficio discernible.

¿Hay casos en los que la intuición puede ser engañosa? Claro; en la mecánica orbital, el trabajo negativo puede hacerte ir más rápido . Pero eso no significa que debamos revertir la convención sólo porque algunas personas tengan la idea equivocada " el trabajo positivo te hace ir más rápido ".

Para los cambios de estado de oxidación, la convención de signos existente sobre la carga es "errónea" en el sentido de que induce a error. Cuando un átomo gana electrones, se dice que está "reducido" porque su estado de oxidación ha bajado .

Se trata de una terminología engañosa basada en una convención errónea. Hay que admitir que la terminología no es engañosa para la "reducción" que implica pérdida de un protón pero para la mayoría de las interacciones atómicas va en contra de la intuición física. Por ejemplo, los iones generalmente aumentar en el radio efectivo cuando reducido .

Los estudiantes encuentran esto tan poco intuitivo que intentan recordarlo por mnemotecnia tonta como "OIL RIG" ("la oxidación es pérdida, la reducción es ganancia").

Lo mismo para la corriente: "CCD" es un mnemónico para " la corriente catódica sale ", aunque la mayor parte del tiempo los portadores de carga responsables de la corriente no están saliendo físicamente del cátodo.

Sin embargo, esos mismos estudiantes no necesitan una mnemotecnia para recordar el signo del trabajo realizado contra el campo gravitatorio de la Tierra, ni el del trabajo realizado sobre cargas del mismo signo.