Quais componentes do cotidiano envolvem fluxos de carga que não são elétrons?

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Eu gosto dessa explicação de por que não há nada errado com a corrente convencional sendo a direção oposta à da corrente de elétrons . Ele menciona baterias e lâmpadas fluorescentes como dois casos em que a corrente não é um fluxo de elétrons. (Assim como o fluxo de íons nos seres humanos e o fluxo de prótons no gelo aquático, embora esses não sejam componentes elétricos.) Quais outros componentes elétricos envolvem fluxos de carga que não são elétrons? Isso acontece no eletrólito de capacitores eletrolíticos?

Do tópico teoria dos elétrons, sabemos que os metais emitem elétrons com facilidade e semicondutores e eletrólitos os emitem com grande dificuldade. Os elétrons no eletrólito não são de fato livres, mas estão ligados a íons . http://www.electronics-tutorials.com/basics/polarization-capacitor.htm

Os buracos nos semicondutores realmente contam, já que não são partículas físicas?

endólito
fonte
@reemrevnivek, pode-se argumentar que os buracos ainda são um fluxo de corrente.
Kortuk
A única maneira de obter cargas positivas para se mover (em vez da ausência de cargas negativas, se for para diferenciar isso) é através do transporte de núcleos de átomos. Em uma estrutura sólida ou cristalina, isso será extremamente lento e possivelmente danoso.
Nick T
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@ Nick: Eu não acho que isso seja necessariamente verdade. As cargas móveis não precisam ser do mesmo material que o sólido. O link descreve o fluxo de prótons no gelo aquático, por exemplo. A maioria dos fluxos de corrente é "extremamente lenta".
endolith 21/03
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@tyblu: Nos tubos fluorescentes, há um fluxo de íons positivos. Eles são operados com corrente alternada porque a corrente contínua causaria a acumulação de todos os íons mercúrio em uma extremidade do tubo.
endolith 21/03
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@reemrevnivek: AFAIk, o fluxo de orifícios nos semicondutores não é realmente o fluxo de cargas positivas - ainda é o fluxo de elétrons, mas não é devido aos elétrons livres (e é por isso que os orifícios geralmente têm menor mobilidade)
Alex

Respostas:

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Agora, isso fica confuso quando se trata da teoria dos semicondutores, e eu entendo o seu problema. Eu posso citar um caso muito importante. Ao trabalhar com bombas de carga no corpo humano . Em muitos lugares da biologia, o fluxo de carga é positivo. Ao fazer uma aula de modelagem biomédica para EE, geralmente tivemos um fluxo de carga positivo.

Podemos ficar mais loucos, e se você tiver câncer? Existem muitas opções, às vezes você escolhe radiação. Existe radiação de fóton, e a radiação de próton ? A quantidade de prótons que estão enviando é medida em Amperes. Por quê? Partículas carregadas positivamente por segundo (aproveite o trocadilho).

A parte importante aqui sua partícula faz questão de. Se os elétrons fossem carregados positivamente, a questão seria varrida para debaixo do tapete pela maioria das pessoas. O fato de serem cobrados negativamente faz as pessoas pensarem sobre o que realmente significa.

Se você realmente se interessa pela física, é apenas uma convenção de sinais e um problema servil. Se você deseja atribuir uma carga positiva a eles, faça isso de maneira consistente, internamente e não publique nada, e ninguém será mais sábio.

O mais importante é que, se os elétrons estivessem carregados positivamente, não teríamos um nome tão grande para o pósitron . Pessoalmente, eu não viveria em um mundo onde o negatron é uma partícula.

Kortuk
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Dou a sua resposta +2 votos anti-negatrônicos.
tyblu
Eu estava realmente perguntando sobre componentes elétricos, no entanto, não sobre o corpo humano. O corpo humano já está coberto no artigo vinculado. Baterias, tubos fluorescentes, ...
endolith 21/03
@ endolith, seus circuitos elétricos que usamos todos os dias usam eletrônicos. Os metais que usamos são fluxo de elétrons. Não há como contornar isso, os prótons fazem parte da rede, os elétrons podem se mover livremente.
21411 Kortuk
Uma bateria é um componente elétrico e parte do circuito. Em uma bateria, a corrente consiste em íons positivos e negativos, não elétrons. Prótons solitários e átomos ionizados certamente são capazes de se mover em circuitos elétricos.
endolith 21/03
@ Endolith, você conhecia o case da bateria e eu pensei que era o primeiro exemplo que seu artigo deu. Eu coloquei alguns outros exemplos de fluxo.
Kortuk
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Neurônios ! A @Kortuk tocou nisso ao mencionar bombas de carga biológica. A carga é transferida em explosões chamadas potenciais de ação , criadas por uma reação química local que aumenta a concentração de íons (Na + ) e viaja pelos neurônios (ok, é um pouco mais complicado que isso, mas acho que todos entendemos a ideia).

Galvanoplastia ! Nós, entusiastas da eletrônica, sabemos muito sobre isso devido ao revestimento de placas de circuito impresso (níquel, ouro, misturas etc.), mas é usado em todos os setores da indústria e das artes: galvanização, revestimento de ouro e outras deposições metálicas são feitas para impermeabilização e proteção contra ferrugem , fator de fantasia, coloração, anodização, condutividade, como uma etapa intermediária antes da deposição de outros materiais, como polímeros, e alterações da reatividade química (exceto a proteção contra a ferrugem). Novamente, este é o movimento dos íons. Também há muitos elétrons envolvidos.

Fluxo de corrente devido à transferência de íons nas tubulações : por exemplo, em nossa cidade, os canos de água potável apresentam uma concentração de íons (cloro, flúor , etc.). À medida que flui através dos tubos, é eletricidade, o movimento da carga, e muitas vezes cria problemas para sensores magnéticos sensíveis.

Os fótons criam diferenciais de carga . Do rádio aos raios gama, usamos todo o espectro eletromagnético , transformando energia elétrica em fótons, depois voltamos a elétrica * na antena do receptor. Os fótons excitam elétrons de valência (são absorvidos) com energia suficiente para atingir a banda de condução, criando um par de elétrons-orifícios. Existem outros mecanismos, mas vou estragar tudo se tentar explicá-los.

Muitas teclas doobó e bobinas de coisa têm uma carga não-neutra, e seu movimento em relação a um objeto com carga diferencial cria um campo eletromagnético. A descrição canalizada do grupo desse efeito é eletricidade. Os elétrons estão em toda parte e são realmente leves - eles são fáceis -, por isso somos abusados ​​ao fazer o trabalho elétrico pesado na maioria das vezes.

* Há trabalho em andamento para criar circuitos totalmente baseados em fotônica, mas eu realmente não sou a pessoa certa para introduzi-lo.

tyblu
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De onde vem o fluxo atual em tubulações de água? O cloro e o flúor na água são discutidos com mais frequência, porque essa é a parte "ativa" dos aditivos, mas esses íons negativos geralmente se ligam a alguns positivos para torná-lo neutro; sódio, potássio, hidrônio (ácido), etc.
Nick T
Não tenho certeza se contaria fótons, mas sempre esqueço a galvanoplastia. +1 para encontrar uma maneira de adicionar espectro eletromagnético à sua postagem.
21411 Kortuk
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@ Nickick, a cobrança do grupo de fato tende a se neutralizar com o tempo, mas geralmente não é neutra em tubulações de água - pelo menos localmente. A experiência pessoal foi um projeto de graduação para mapear o campo magnético ao longo de um ~ km ^ 2 para ter uma idéia de que tipo de blindagem e realocação de tubos era necessária para alguns novos equipamentos sofisticados de nanotecnologia da NINT .
21411 tyblu
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Sim, também gosto das maneiras como William Beaty explica "De que maneira a" eletricidade "realmente flui?" e a distinção entre o fluxo de partículas carregadas (quase sempre muito lento) e o fluxo de energia elétrica (quase sempre muito rápido).

(Infelizmente, isso não é realmente uma resposta à sua pergunta, mas uma resposta a algumas das respostas a ela).

A única maneira de obter cargas positivas para se mover (em vez da ausência de cargas negativas, se for para diferenciar isso) é através do transporte de núcleos de átomos.

Sim, é exatamente assim que a carga positiva se move. Em um condutor de prótons como o gelo, você pode pensar nas cargas positivas em movimento como núcleos de hidrogênio.

"Em uma estrutura sólida ou cristalina, o fluxo de cargas positivas será extremamente lento e possivelmente danoso"

Sim. Além disso, o fluxo de elétrons também é surpreendentemente lento e frequentemente prejudicial. As partículas carregadas que se movem através dos sólidos geralmente são muito pequenas - elétrons em um metal, prótons em um condutor de prótons.

Por outro lado, partículas carregadas muito grandes - positivas e negativas - fluem através do eletrólito da bateria (líquido) e durante a descarga do brilho elétrico (gás).

lâmpadas fluorescentes

Algumas pessoas afirmam que a corrente nas lâmpadas fluorescentes é de fato o fluxo de elétrons .

Sim, durante a breve fração de segundo quando se aplica energia a um tubo "frio", os elétrons são as únicas partículas carregadas disponíveis.

Ao iniciar pela primeira vez um tubo "frio", o cátodo (por ser de metal) possui muitos elétrons "livres" móveis disponíveis, e ainda assim o tubo tem uma resistência muito alta.

Mais tarde, depois de acionar um "arco" elétrico ( descarga elétrica de brilho ), durante a operação normal de uma lâmpada fluorescente ou luz de neon, há muitos íons carregados disponíveis. Como o tubo possui uma resistência muito menor naquele momento, (a) os tubos fluorescentes requerem lastro e (b) somos levados a concluir que a maior parte da corrente envolve íons carregados, e não elétrons.

Quando uma lâmpada fluorescente "opera a partir de corrente contínua, o interruptor de partida geralmente é arranjado para reverter a polaridade do suprimento à lâmpada cada vez que é iniciada; caso contrário, o mercúrio se acumula em uma extremidade do tubo". - Wikipedia

Isso é evidência de que os íons de mercúrio carregados se movem fisicamente em uma lâmpada fluorescente.

davidcary
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nossos prótons se movem muito rápido, embora danifiquem as estruturas cristalinas, qualquer coisa que seja eletrônica não funciona tão bem.
Kortuk
Um tópico atual contemporâneo é: fluxos de prótons em células a combustível "eletrólito sólido" e "ácido sólido". Estes são sólidos condutor de prótons, projetados para grandes correntes de prótons sem a necessidade de avarias prejudiciais. O ácido da bateria de carro é principalmente um condutor de prótons, uma vez que os íons H + do ácido têm mobilidade muito maior do que o número igual de íons sulfato negativos também presentes. Mas os eletrólitos das células de combustível ácidos, se sólidos, não têm mobilidade iônica negativa, pois os íons negativos muito maiores ficam presos na estrutura sólida.
Wbeaty
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No plasma (usado em vários processos tecnológicos para depositar filmes finos e materiais de gravação), os elétrons e os íons fazem a condução. Pistolas de íons, como o próprio nome indica, usam íons acelerados no vácuo usando um campo elétrico de cordas (de maneira semelhante à maneira como os tubos de raios catódicos funcionam) para gravar o material ou implantar os íons em uma escala muito pequena (escala de nano a micrômetro) .

Buracos em semicondutores são apenas elétrons. É que existem tantos elétrons imóveis no semicondutor dopado com p, que os buracos se destacam e vamos fazer a teoria. Na realidade, os elétrons (deixando buracos vazios para trás) ainda são as partes móveis.

jpc
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Dependendo da definição de 'fluxo de carga':

Suas tomadas de parede e qualquer outra coisa que envolva tensão CA. A velocidade de desvio do elétron é zero no nível macro, no nível micro os elétrons oscilam para frente e para trás e, portanto, têm uma velocidade de desvio diferente de zero em um determinado ponto no tempo. A energia é transferida através de ondas EM em circuitos CA. Na prática, há sempre um pequeno deslocamento DC, então há um desvio de elétrons em 'macro escala' nos fios. No entanto, não é o mecanismo principal do fluxo de corrente e é muito lento, como uma polegada por dia, dependendo do deslocamento. Você pode, corretamente, argumentar que os elétrons ainda são os portadores de carga aqui, mas acho que não descreveria isso como um fluxo de carga.

Mesmo pensar em corrente puramente como fluxo de elétrons sob tensão DC não é uma maneira boa ou precisa de pensar nisso. A velocidade de desvio do elétron é muito lenta, dependendo da tensão e, claro, do material que pode ser polegadas por hora . É claro que sabemos que a 'eletricidade' se move muito mais rápido do que isso, porque a corrente é o resultado de um tipo de carga da carga ao longo do condutor, em vez de exigir que um elétron específico 'flua' por todo o condutor.

Nos capacitores eletrolíticos, os principais portadores de carga são os íons.

Marca
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Capacitor eletrolítico.

O dielétrico tem correntes "fluindo" nele ...

Tim Williscroft
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Você pode elaborar sobre isso? "O eletrólito é geralmente ácido bórico ou borato de sódio em solução aquosa". Os condutores de metal tocam o eletrólito e o eletrólito toca a camada de óxido? Os íons são negativos ou positivos? Quando eles fluem?
endolith 23/03
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Alumínio

No processo mais comum de conversão de alumínio de ocorrência natural (AL2O3 totalmente oxidado) em alumínio metálico mais útil, os trabalhadores depositam óxido de alumínio em criolita derretida, que produz os íons Al3 + e O2- livres. Em seguida, uma tensão através de dois eletrodos de carbono atrai os íons Al3 + para o eletrodo negativo (cátodo), onde se torna Al puro líquido não carregado e afunda no fundo, onde é retirado.

(O alumínio é o átomo metálico mais abundante na crosta terrestre. O alumínio metálico agora é um material doméstico comum, usado em muitos componentes elétricos, e o processo de fabricação do alumínio usa uma fração significativa de toda a energia elétrica produzida todos os dias. isso realmente se qualifica como um "componente cotidiano"?)

davidcary
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