¿Cómo puede ser positiva la electricidad si los electrones son negativos?

Question

No entiendo cómo una pila, por ejemplo, puede tener carga positiva cuando los electrones tienen carga negativa. He leído que los protones son positivos pero no se pueden mover así que ¿toda la electricidad es negativa?

Answer 1

En primer lugar, antes de responder a lo que creo que es realmente tu pregunta, tendré que explicarte a golpes cómo es de relativo el voltaje:

Un átomo tiene protones en el núcleo que es orbitado por electrones. Si los números son iguales, las cargas positiva y negativa se anulan y la carga es cero.

Supongamos que empezamos con dos terminales. Cada terminal tiene una carga neta de cero (hay el mismo número de electrones en órbita que de protones en el núcleo en ambos terminales). Esto también significa que ninguno de los terminales es positivo o negativo con respecto al otro.

Si arrancas algunos electrones de los átomos de un terminal y los metes en órbitas alrededor de los átomos del otro terminal, entonces el terminal que perdió electrones se vuelve más positivo y el terminal que ganó electrones se vuelve más negativo entre sí.

Así que la carga positiva se debe a los protones y la negativa a los electrones, PERO lo importante es que entiendas que los protones NO SE MUEVEN, al menos no independientemente del núcleo (eso sería una reacción nuclear). No se produce una carga positiva moviendo protones de un lado a otro

Se producen cargas positivas y negativas moviendo los electrones para alterar el desequilibrio entre electrones y protones. Como resultado, a menudo es más útil pensar en una carga positiva como una deficiencia de electrones que como un exceso de protones, ya que estás manipulando electrones, no protones.

NOTA: Algunas personas han señalado que los iones de hidrógeno, básicamente el núcleo del hidrógeno que es sólo un protón, pueden moverse perfectamente y llevar un positivo a todas partes. Pueden, pero la diferencia aquí es que el protón ya estaba libre. No fue arrancado de un núcleo y luego reubicado con el fin de mover una carga positiva de un lugar a otro. Esa acción de arrancar es una reacción nuclear.

Si tuvieras tres terminales diferentes:

1. Uno con un equilibrio de protones y electrones
2. Uno con menos electrones que protones.
3. Uno con más electrones que protones.

Entonces #2 seguiría siendo más positivo que #1, y #3 seguiría siendo más negativo que #1, a pesar de que #1 no tiene un exceso de nada (carga neta de cero). Todo es relativo.

Eso significa que si tuvieras tres terminales:

A. Uno con un equilibrio de protones y electrones

B. Uno con más electrones que protones

C. Uno con aún más electrones que protones.

Entonces B sería positivo respecto a C, pero negativo respecto a A. Todo es relativo. Que algo sea positivo o negativo depende totalmente de con qué se mida.

La tensión de algo con respecto a sí mismo siempre es cero, porque es como medir el nivel del mar con respecto al nivel del mar. No importa cuál acabe siendo el nivel del mar, siempre es igual a sí mismo, por lo que la medición con respecto a sí mismo siempre es cero.

Ahora, para abordar su pregunta real: No decimos que la electricidad sea positiva. Tampoco decimos que una pila está cargada positivamente. No olvides que una pila tiene un polo positivo Y un polo negativo, y que todo es relativo.

Lo más probable es que la masa/0V de tu circuito se eligiera como punto de referencia para medir el resto de tensiones. Entonces se conectó el terminal negativo de la batería a este punto, y la gente no siempre quiere decir "con respecto a tierra" todo el tiempo, así que se limitan a decir que la batería es positiva. Es completamente posible tener una segunda batería en el circuito donde el terminal positivo está conectado a tierra para proporcionar una fuente de alimentación negativa.

Cuando analizamos la mayoría de los circuitos tendemos a seguir el flujo de corriente como si la electricidad fueran cargas positivas moviéndose cuando en realidad son electrones (que tienen carga negativa) los que fluyen.

Esto se debe a que los primeros científicos supusieron que el portador de carga era positivo y, cuando se dieron cuenta de su error, ya estaba demasiado arraigado y costaría demasiado trabajo corregirlo, así que se quedó así. No importa para la mayoría de los circuitos porque la mayoría de los circuitos tienen electrones que se mueven a través de un mar de nucleui que tienen protones presentes por lo que es matemáticamente equivalente que una carga positiva se mueve en la dirección opuesta de la carga negativa.

Pero importa en algunas cosas donde esta equivalencia matemática no es el caso, como los tubos de vacío y la física de semiconductores, donde realmente importa que una carga negativa se mueva.

Por ejemplo, en un alambre, los núcleos de cobre que contienen protones proporcionan esa carga positiva cuando no hay electrones que la equilibren para producir una carga neta de cero. Así que matemáticamente, los electrones se mueven en la dirección opuesta a la carga positiva producida por la "ausencia del electrón". Es la "ausencia del electrón" la que se mueve en dirección opuesta al electrón (no el protón porque el protón no se mueve.) Pero en un tubo de vacío tienes un vacío. En ese vacío no hay ni núcleos ni protones. Cuando un electrón se aleja, no queda ningún protón que produzca una carga positiva neta. Literalmente tienes un portador de carga negativa (el electrón) moviéndose a través del vacío.

Es una tontería. Lo odio.

Answer 2

El flujo de corriente de "positivo" a "negativo" es una convención anterior a la teoría de las partículas cargadas. La culpa es de Ben Franklin, por ejemplo: https://whyy.org/articles/does-our-confusing-electrical-nomenclature-start-with-ben-franklins-theory/

Unos 150 años después de Franklin, cuando surgió la teoría de los electrones (JJ Thomson y otros), las cosas se volvieron confusas, ya que se demostró claramente que el mecanismo de transferencia de carga era el movimiento de los electrones. Incluso más tarde, con la teoría de los semiconductores, inventamos conceptos como "flujo de agujeros" para arreglar esto.

Aun así, es muy poco satisfactorio tener que pensar en el flujo de electrones y en el flujo de corriente. El análisis del funcionamiento de las pilas, los tubos de vacío, las células solares, las reacciones electroquímicas, los semiconductores y los generadores de alta tensión se basa en la comprensión del flujo de electrones. Sin embargo, la noción de corriente convencional persiste el flujo de carga positiva a carga negativa.

No tema. Mientras seas constante y tengas las señales correctas, las cuentas salen.

BONO: xkcd (gracias @JonRB )

Answer 3

La potencia generada es de polaridad -ve, independientemente de la polaridad de la tensión CC o CA.

La potencia de carga es potencia disipada +ve por definición.

El flujo de corriente es de V+ a V- según la convención IEEE, independientemente de que el flujo de electrones sea en dirección opuesta. Esto sirve para un análisis más lógico con KVL, KCL y por lo tanto todos los medidores indican esta polaridad de corriente. Las razones detalladas no importan.

Answer 4

• La batería no suele tener carga positiva. Está cargada (hay una diferencia de tensión entre sus bornes) o descargada (no hay tensión entre los bornes). Si está cargada positivamente, eso significa que al conectarla a tierra mediante un conductor se produce un flujo de corriente corto a través del conductor. Cualquier objeto puede hacer eso.
• Los protones pueden moverse. Los protones (partículas que forman los núcleos de los átomos, los núcleos) no pueden moverse sólo en los sólidos, en los líquidos, gases y plasmas son libres de moverse.
• La mayoría de los electrones están unidos a los núcleos y en los sólidos tampoco pueden moverse. Sólo una pequeña parte de ellos puede moverse libremente.
• La electricidad no es ni positiva ni negativa. Electricidad es una palabra común que engloba "cosas que tienen algo que ver con los electrones". Es como magnetismo, genética, universo...

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El átomo/molécula es eléctricamente neutro. Esto significa que en su volumen el número neto de protones es igual al número de electrones. El ion/molécula está cargado. Esto significa que las cuentas netas de protones y electrones no coinciden. Un catión es un ion con un número de protones superior al de electrones, mientras que un anión tiene un número de protones inferior al de electrones.

En otras palabras, se puede considerar la carga positiva como una falta de electrones y la carga negativa como un excedente de electrones.

Qué es responsable del flujo de corriente
En los metales las partículas que llevan la carga son electrones que son libres de moverse mientras que todos los protones y la mayoría de los electrones están bloqueados en su posición por enlace metálico.

En los semiconductores, las partículas que transportan la carga son electrones libres (forma dominante en los semiconductores de tipo n) y electrones que se trasladan de la nube de un átomo al "agujero" en la del otro (forma dominante en los semiconductores de tipo p). Cuando se observan desde lejos, en los semiconductores de tipo n parece que se mueven los electrones libres cargados negativamente, mientras que en los semiconductores de tipo p parece que se mueven los "huecos" cargados positivamente.

En los aislantes ideales no se mueve ninguna carga.

En los líquidos -soluciones salinas acuosas o sales fundidas para ser más precisos- ambas partículas cargadas, cationes y aniones, son libres de moverse, por lo que ambas contribuyen a la corriente global. Parte del flujo de partículas tiene la misma dirección que la corriente, la otra parte fluye en oposición directa. El agua pura (desmineralizada, desionizada) no es conductora.

Los gases se consideran aislantes.

Los gases ionizados, que pueden conducir, se denominan plasma y tanto los electrones libres como los iones contribuyen a la corriente neta en dicho medio.

Carga de la batería
La batería que se considera cargada no lo está en absoluto. Aquí, el vocabulario limitado juega sucio a mucha gente.

Ya he mencionado un significado al principio: la carga (neta) es una diferencia entre el recuento de protones y el recuento de electrones dentro de un volumen determinado, en este caso la pila.

El otro significado de estar cargado es que cuando dos terminales están conectados, la corriente fluye de uno a otro. Como la primera unidad de metro se definió como "este tronco mide un metro", se definió que (en aquel entonces abstracto) la carga positiva fluye del terminal etiquetado como + al terminal etiquetado como -.

Una batería cargada significa que su carga neta es cero, mientras que una parte es rica en electrones y la otra es escasa en electrones. Por tanto, ambas partes evaluadas individualmente están cargadas. La estructura interna de la batería impide que la carga se iguale internamente, por lo que la única manera de igualar la carga - descarga - es a través del circuito exterior.

Answer 5

Es cierto que los electrones son negativos y los protones positivos. También es cierto que sólo los electrones pueden fluir a través de un conductor, mientras que los protones no. Entonces, ¿qué ocurre cuando todos los electrones se alejan de una región, dejando atrás a los protones?

Así funcionan las pilas químicas. Una reacción interna a la pila extrae electrones del borne positivo, concentrándolos en el negativo. Así, el borne positivo acaba teniendo más protones que electrones, mientras que el negativo tiene más electrones que protones.