¿Has jugado alguna vez a el rompecabezas del deslizamiento-15 ? Hay quince piezas deslizantes, numeradas del 1 al 15, dispuestas en una cuadrícula de 4x4. Tiene un "agujero" donde no hay ninguna pieza. Puedes mover cualquier pieza adyacente al agujero a ese espacio.
![Sliding-block 15 puzzle]()
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Mientras juegas, lo que se mueve: el piezas numeradas o el agujero ?
Técnicamente hablando, estás moviendo las piezas numeradas. Son los electrones, los objetos físicos que se mueven. Incluso puedes conseguir que se muevan en una trayectoria completa (un circuito cerrado).
Pero si has jugado a este juego durante el tiempo suficiente, te das cuenta rápidamente de lo importante que es el agujero para la estrategia del juego. Un jugador hábil puede mover el agujero a donde quiera, e incluso el agujero puede moverse en un circuito cerrado. El agujero representa la ausencia de electrones, y puede moverse igual que los propios electrones. En la teoría de los semiconductores, incluso los llamamos oficialmente "agujeros" y los tratamos como una partícula, aunque no lo sean.
Se cuente como se cuente, hay algo que se mueve. En electricidad, lo llamamos "carga". Ben Franklin lo llamó "fuego eléctrico" (ver más abajo).
Fíjate en que, hagas el movimiento que hagas, siempre hay 15 piezas numeradas y 1 agujero. Decimos que esto es conservación de la carga y fue descubierto por Franklin (véase más abajo). Mientras contemos o sumemos cosas, tiene sentido que un tipo de carga sea positiva y otro negativo. ¿Cómo asignar cuál es cuál?
El problema es que nunca ha habido -y nunca habrá- un dispositivo que pueda ver electrones o agujeros. Son demasiado pequeños y demasiado rápidos. Como señala además @endolith, hay muchas cosas además de los electrones que pueden fluir para producir corriente eléctrica. No obstante, a los físicos les gusta elegir las convenciones.
Franklin pidió libros a varios de sus colegas ingleses para crear una biblioteca científica en América. A principios de 1747, el naturalista inglés Peter Collinson envió a Franklin un tubo de vidrio junto con un cargamento de libros, con instrucciones sobre su uso en experimentos eléctricos. Al parecer, los físicos pensaron que era muy divertido frotar el tubo y darse descargas. ¡Qué divertido!
El 25 de mayo de 1747, Franklin escribió un carta a Collinson Primero le agradece el regalo, describe algunos de los experimentos que ha realizado con él y luego explica sus conclusiones.
Franklin describió su construcción de un simple electroscopio, electrificándolo con el tubo, y luego deselectrizándolo con una aguja cercana. Franklin llegó a la conclusión de que hay algún tipo de "elemento" que está siendo "extraído o expulsado". También observó un resplandor cuando estos experimentos se realizan en la oscuridad, "como el de una mosca de fuego o una luciérnaga". Por ello, Franklin lo llamó "fuego eléctrico", que ahora llamamos carga. Defendió que se trata de un nuevo elemento químico (que se une a la tierra, el agua, el aire y el fuego).
A continuación, describió varios otros experimentos, pero su interpretación del siguiente experimento es la más importante:
Suponemos que el fuego eléctrico es un elemento común, del que cada una de las tres personas antes mencionadas tiene su parte antes de comenzar cualquier operación con el tubo. A, que está de pie sobre la cera, y frota el tubo, recoge el fuego eléctrico de sí mismo en el vaso; y su comunicación con el stock común se corta por la cera, su cuerpo no se suministra de nuevo inmediatamente. B, que también está sobre la cera, pasando su nudillo cerca del tubo, recibe el fuego recogido por el vaso de A, y su comunicación con la reserva común está igualmente cortada, por lo que retiene la cantidad adicional recibida. Para C, que está en el suelo, ambos parecen estar electrizados, ya que, teniendo sólo la cantidad media de fuego eléctrico, recibe una chispa al acercarse a B, que tiene una cantidad excesiva, pero da una a A, que tiene una cantidad insuficiente.
Si A y B se tocan, la Chispa entre ellos es más fuerte, porque la Diferencia entre ellos es mayor. Después de tal toque, no hay chispa entre ninguno de ellos y C; porque el fuego eléctrico en todos se reduce a la igualdad original. Si se tocan mientras se Electrizan, la Igualdad nunca se destruye, el Fuego sólo circula .
De ahí que hayan surgido algunos nuevos términos entre nosotros. Decimos que B (y otros Cuerpos de igual manera) están electrizados positivamente ; A negativamente : O más bien B se electriza más y A menos. Y nosotros diariamente en nuestros Experimentos electrizamos Cuerpos más o menos según creamos conveniente. Estos Términos podemos usarlos hasta que sus Filósofos nos den algo mejor.
Benjamin Franklin, Carta a Peter Collinson, 25 de mayo de 1747 . Énfasis añadido.
Franklin había descubierto la conservación de la carga. En particular, afirmó que su "fuego eléctrico" sólo distribuido , fue nunca se destruyó y permaneció en igualdad de la cantidad. Como el fuego eléctrico provenía de la varilla de vidrio, le pareció lógico que los objetos obteniendo fuego eléctrico fueron positivamente cargado.
El vidrio es una de las sustancias más positivas desde el punto de vista triboeléctrico; sólo el poliuretano (aún no inventado) y la piel y el cabello humanos lo son más. Si Collinson hubiera enviado a Franklin una barra de azufre -que es triboeléctricamente negativa- es probable que hoy estuviéramos hablando de electrones cargados positivamente. Me parece poético que se pueda hacer "fuego eléctrico" con "azufre".
Franklin tenía algo de razón con lo de "Estos términos los podemos usar hasta su Los filósofos nos dan algo mejor". De hecho, fue un inglés (el físico J. J. Thomson) quien descubrió que las verdaderas partículas que se mueven en un circuito, a las que llamó "electrones", tienen carga negativa. Desgraciadamente, aunque llegó algo "mejor", la convención se mantuvo.
Volviendo a la pregunta original, ¿por qué la convención es "errónea"? El portador de carga más común (el electrón) fluye en una dirección, pero la dirección de la corriente de carga se expresa en la dirección opuesta. Los sentidos opuestos crean confusión entre los alumnos: no es intuitivo, es confuso, los alumnos suelen aplicar el sentido incorrecto (o ignorar el sentido) y frustra a los alumnos. Por lo tanto, cuando se aprende electricidad, es "incorrecto".
Hay veces que es mejor utilizar los electrones y otras veces que hay que utilizar la corriente. Al igual que el puzzle deslizante, hay veces que es mejor mover una pieza numerada, y otras veces que es mejor mover un agujero. Un experto sabe cuál aplicar, y ni siquiera piensa en la diferencia.
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Por lo que yo sé, la cosa es que Franklin pensaba que las cargas se movían en una dirección, cuando en realidad estaba equivocado, era en la otra dirección; los electrones (cargas negativas) en los cables fluían en la dirección opuesta que él había supuesto. Pero resulta que, como hemos etiquetado las cargas matemáticamente como positivas y negativas, el efecto de su error es en realidad equivalente y válido a tener protones (cargas positivas) fluyendo en la dirección que él suponía. (Sí, ya sé que estoy comentando un post de hace una década).