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Los electrones se repelen entre sí para siempre, ¿por qué?

Es decir, la carga se conserva.

¿Cómo? ¿Por qué?



Antecedentes

Vengo aquí solo con mi intuición y el deseo de aprender. Mi intuición "siente" que si un electrón sigue repeliendo a otros electrones, eventualmente perderá la capacidad de hacerlo. Tal vez mi intuición provenga del hecho de que existe entropía. Que la naturaleza no es "perfecta" o "ideal". Que esto implica fuerzas y energía, cosas que generalmente tienen que "venir de algún lugar", "agotarse", "agotarse" o "decaer". Se siente como una actividad o una acción, y en general las actividades y acciones afectan la esencia del actor, ¡en mi intuición! Aquí, no lo hacen.

La combinación de todas estas cosas y más me sorprende cuando descubro que los electrones realmente conservan su carga eternamente. Estoy muy interesado en tener una mejor intuición sobre esto, si alguien pudiera "explicármelo" (alguna matemática y fórmulas son bienvenidas, incluso a nivel de pregrado, pero idealmente una explicación en prosa e intuitiva si es posible).

Muchas gracias y disculpas si esta es una pregunta estúpida. Más antecedentes sobre por qué estoy preguntando en este chat.

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Doodles Puntos 11

No hay mucho que explicar aquí realmente. La conservación de la carga eléctrica es consistente con cada experimento que se haya realizado, por lo que está incorporada básicamente en todos nuestros modelos (para una prueba reciente, consulte este resumen de acceso abierto, o el artículo completo en el arxiv). Es posible construir un modelo que no tenga esta característica, pero si lo haces, entonces encontrarás que no predice con precisión los resultados de los experimentos.

Realmente no se requiere una explicación más profunda que la simple idea de que tu intuición está simplemente equivocada. No necesitas llegar hasta los electrones o la mecánica cuántica para darte cuenta de esto. ¿También te dice tu intuición que se necesita una entrada continua de energía para mantener una caja suspendida sobre el suelo? Porque eso tampoco es cierto, como aprenderías en física 101.

No hay nada malo en tener intuiciones incorrectas. Tu intuición no se desarrolló para hacer física, se desarrolló para trepar árboles, abrir nueces con piedras y todas las demás actividades relacionadas con la supervivencia en las que participaban nuestros ancestros. La razón por la que podrías esperar que mantener una caja sobre el suelo requiere energía es porque el sistema musculoesquelético humano funciona mediante contracciones y extensiones microscópicas de las fibras musculares, y es esta ineficiencia la que requiere energía al sostener una caja. La razón por la que podrías esperar que un electrón eventualmente pierda su carga es porque si cargas un globo (por ejemplo, frotándolo con tu cabello), entonces los electrones que quedan "pegados" a la superficie del globo eventualmente se van, y por lo tanto el globo pierde su carga. Una mala intuición suele nacer de una experiencia genuina.

Por lo tanto, el objetivo no es explicar por qué el mundo no encaja con tu intuición, sino explicar por qué tu intuición no encaja con el mundo. Si las partículas cargadas perdieran gradualmente su carga, entonces los átomos se separarían, las moléculas no existirían, y la química no sería posible. Dado que todavía estamos aquí unos ~ 14 mil millones de años después de que los átomos comenzaran a formarse, parece que esto no sucede, al menos no en la imagen más ingenua. Si puedes proponer un modelo de no conservación de la carga que sea consistente con el experimento y difiera de las teorías actuales de manera mensurable, me interesaría verlo.

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Hritik Puntos 103

La razón por la que puedes sentir que los electrones deberían 'perder' su capacidad de afectar a otros electrones podría ser porque la entropía del universo está aumentando, lo que significa que la cantidad de energía 'inútil' del universo está aumentando. Sin embargo, la fuerza electrostática se modela en función de la carga y la separación de las cargas individuales, lo que no necesita tener en cuenta la entropía.

La fuerza electrostática simplemente depende de la magnitud de las cargas y la distancia entre ellas. Un electrón no puede perder su capacidad de afectar a otro electrón a través de la fuerza en un sentido normal. Si dos electrones están a cierta distancia el uno del otro, tienen una repulsión más fuerte. Con esta repulsión parecen afectarse mutuamente con una fuerza menor (o una capacidad menor). Pero ten en cuenta que no es una pérdida de capacidad. Es simplemente el efecto de la separación incrementada. Recuperarán la fuerza si se vuelven a la separación original. Esto será cierto para cualquier par de electrones en todo el universo (asumiendo que no cambiamos el medio).

La carga es una cantidad invariante. No cambia para un electrón bajo ninguna situación. La magnitud de la fuerza seguramente disminuye, pero eso no se llamará una pérdida de capacidad de afectar porque el rango de la fuerza electrostática va de 0 a infinito. Tienes razón al decir que el actor debe ser afectado porque la simple tercera ley de Newton declara exactamente eso.

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