Domanda:
Come può l'elettricità essere positiva quando gli elettroni sono negativi?
THOMSETHOM
2019-09-06 00:07:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Non capisco come può una batteria, ad esempio, essere caricata positivamente quando gli elettroni sono caricati negativamente?Ho letto che i protoni sono positivi ma non possono muoversi, quindi sono tutti negativi all'elettricità?

cosa intendi per "carica positiva"?.... cosa intendi con "tutta l'elettricità"?... stai parlando di corrente elettrica?
(Mi piace come una semplice domanda possa trasformarsi in accese discussioni.) All'OP: Dovresti comprare una copia, terza edizione o successiva, di "Matter & Interactions" di Bruce Sherwood e Ruth Chabay.Fisica molto ben presentata relativa all'elettronica.
In quanto filosofo, Ben Franklin capiva che la "direzione" non aveva importanza;il pensiero e la sperimentazione procedevano avanti.
@analogsystemsrf Sono contento che non stesse progettando aeroplani o armi da fuoco!
Sei risposte:
DKNguyen
2019-09-06 00:12:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Prima di rispondere a quella che penso sia veramente la tua domanda, dovrò spiegarti come la tensione è relativa:

Un atomo ha protoni nel nucleo che è orbitato da elettroni. Se i numeri sono uguali, gli addebiti positivi e negativi si annullano e l'addebito è zero.

Supponiamo di iniziare con due terminali. Ogni terminale ha una carica netta pari a zero (ci sono lo stesso numero di elettroni orbitanti quanti sono i protoni nel nucleo in entrambi i terminali). Ciò significa anche che nessuno dei due terminali è positivo o negativo l'uno rispetto all'altro.

Se strappi via alcuni elettroni dagli atomi in un terminale e li sposti in orbite attorno agli atomi nell'altro terminale, il terminale che ha perso gli elettroni diventa più positivo e il terminale che ha guadagnato elettroni diventa più negativo l'uno rispetto all'altro.

Quindi la carica positiva è dovuta ai protoni e la carica negativa è dovuta agli elettroni, MA l'importante è che tu capisca che i protoni NON SI MUOVONO, non indipendentemente dal nucleo comunque (sarebbe una reazione nucleare). Non produci una carica positiva spostando i protoni in giro

Produci cariche sia positive che negative spostando gli elettroni per alterare lo squilibrio di elettroni e protoni. Di conseguenza, è spesso più utile pensare a una carica positiva come a una carenza di elettroni piuttosto che a un eccesso di protoni poiché stai manipolando elettroni, non protoni.

NOTE: Alcune persone hanno sottolineato che gli ioni idrogeno, fondamentalmente solo il nucleo dell'idrogeno che è solo un protone, possono muoversi bene e portare un positivo ovunque vadano. Possono, ma la differenza qui è che il protone era già libero. Non è stato strappato da un nucleo e quindi ricollocato per spostare una carica positiva da un luogo all'altro. Quell'azione di strappo è una reazione nucleare.

Se avessi tre terminali diversi:

  1. Uno con un equilibrio di protoni ed elettroni
  2. Uno con meno elettroni rispetto ai protoni.
  3. Uno con più elettroni che protoni.

Quindi il n. 2 sarebbe ancora più positivo del n. 1 e il n. 3 sarebbe ancora più negativo del n. 1, anche se il n. 1 non ha un eccesso di nulla (carica netta pari a zero). È tutto relativo.

Ciò significa che se avessi tre terminali:

A. Uno con un equilibrio di protoni ed elettroni

B. Uno con più elettroni che protoni

C. Uno con ancora più elettroni che protoni.

Allora B sarebbe positivo rispetto a C, ma negativo rispetto ad A. È tutto relativo. Se qualcosa è positivo o negativo dipende interamente da cosa lo stai misurando rispetto a.

La tensione di qualcosa rispetto a se stessa è sempre zero, perché è come misurare il livello del mare rispetto al livello del mare. Non importa quale sia il livello del mare, è sempre uguale a se stesso, quindi la misura relativa a se stesso è sempre zero.

Now, per rispondere alla tua vera domanda: Non diciamo che l'elettricità sia positiva. Inoltre, non diciamo che una batteria è caricata positivamente. Non dimenticare che una batteria ha sia un terminale positivo che uno negativo, e tutto è relativo.

Ciò che è più probabile che accada è che la massa / 0 V nel circuito è stata scelta come punto di riferimento rispetto al quale sono state misurate tutte le altre tensioni. Quindi il terminale negativo della batteria è stato collegato a questo punto e le persone non vogliono sempre dire "relativo a terra" per tutto il tempo, quindi dicono solo che la batteria è positiva. È completamente possibile avere una seconda batteria nel circuito in cui il terminale positivo è collegato a terra per fornire un'alimentazione negativa.

Quando si analizzano la maggior parte dei circuiti, tendiamo a seguire il flusso di corrente come se l'elettricità fosse cariche positive che si muovono quando in realtà sono gli elettroni (che hanno una carica negativa) a fluire.

Questo perché i primi scienziati presumevano che il portatore di carica fosse positivo all'inizio e quando hanno capito il loro errore era troppo radicato e avrebbe richiesto troppo lavoro per risolverlo, quindi si è bloccato. Non importa per la maggior parte dei circuiti perché la maggior parte dei circuiti ha elettroni che si muovono attraverso un mare di nucleui che hanno protoni presenti, quindi è matematicamente equivalente che una carica positiva si muova nella direzione opposta della carica negativa.

Ma è importante in alcune cose in cui questa equivalenza matematica non è il caso, come i tubi a vuoto e la fisica dei semiconduttori, in cui è effettivamente importante che una carica negativa si muova.

Ad esempio in un filo, hai quei nuclei di rame contenenti protoni che forniscono quella carica positiva ogni volta che non c'è un elettrone per bilanciarlo per produrre una carica netta pari a zero. Quindi, matematicamente, gli elettroni si muovono nella direzione opposta alla carica positiva prodotta dall '"assenza dell'elettrone". È l '"assenza dell'elettrone" che si muove nella direzione opposta dell'elettrone (non il protone perché il protone non si muove). Ma in un tubo a vuoto si ha il vuoto. Non ci sono o nuclei o protoni in quel vuoto. Quando un elettrone si allontana, non rimane più alcun protone a produrre una carica positiva netta. Hai letteralmente un portatore di carica negativa (l'elettrone) che si muove attraverso il vuoto.

È stupido. Lo odio.

Stai seriamente confondendo la densità dei portatori di carica con la loro energia (voltaggio).Nel tuo esempio "a tre terminali", i terminali positivo e negativo sono neutrali rispetto alla carica ma il ** livello di energia ** dei portatori di carica è diverso.I protoni e altri nuclei atomici caricati positivamente possono effettivamente muoversi.Ad esempio, particelle alfa che hanno causato sconvolgimenti nelle prime DRAM.O celle a combustibile.
La carica ** non ** è un valore relativo come la tensione.La carica è una quantità assoluta e si misura in coulomb.La quantità di carica rappresentata da un coulomb è equivalente a un numero specifico ed esatto di elettroni.
@ElliotAlderson Sto cercando di mantenerlo in un modo che l'OP comprende.Questa è già probabilmente una discarica di informazioni per lui così com'è.
Ma stai descrivendo cose completamente false.Penso che tu abbia solo peggiorato le cose.
@ElliotAlderson Sentitevi liberi di modificare il messaggio e sostituire la parola carica con qualcosa che lega insieme elettroni, buchi, corrente e tensione che saranno ancora comprensibili all'OP.
@ElliotAlderson Ho rimosso alcuni riferimenti diretti alla carica relativa, ma probabilmente non ti soddisferà poiché la carica è ancora usata moltissimo per riferirsi alla tensione prodotta quando i singoli elettroni vengono spostati.
"i protoni NON SI MUOVONO, non indipendentemente dal nucleo comunque (sarebbe una reazione nucleare)".<- i protoni, sotto forma di ioni H +, si muovono continuamente nei sistemi biologici e nelle dinamiche acido-base.:-)
@R .. Heh, beh questo è un caso di singolarità in cui il nucleo è il protone e nient'altro: P
Votato per l'ultimo paragrafo.
Sembra che tu ignori il fatto che puoi sparare ioni H + molto felicemente;e produrrebbe comunque una corrente elettrica poiché c'è carica in movimento.Penso che circa metà di questa risposta sia sbagliata o fuorviante.
@UKMonkey Tranne che uno ione H + conta è sia un protone che un nucleo a sé stante.Non è solo un protone che si muove indipendentemente dal suo nucleo.Non provi (almeno convenzionalmente comunque) a produrre una corrente strappando i protoni dal nucleo di un atomo e spostandolo da qualche altra parte.Né hai un trasferimento di fulmini di protoni che si muovono quando si verifica un fulmine.C'è un posto in cui hai flussi di protoni che si muovono?Forse in qualcosa come un acceleratore di particelle o eventi stellari?La chiameremmo elettricità?Forse, ma non credo che lo faremmo.
@DKNguyen vorrebbe sapere come lo chiameresti altrimenti, dato che è un movimento di carica.Per quanto riguarda i tuoi "forse", sono "certamente".Ci sono anche decadimenti radioattivi.Certo, non sarai in grado di avere una tensione o corrente significativa (rispetto agli elettroni) solo a causa delle loro dimensioni;ma capire che è il movimento della carica è ciò che conta.
@UKMonkey È questo ciò che è importante?Perché mi sembra che nel contesto della domanda dell'OP, lo confonderai con quelli che sono essenzialmente casi limite per quanto lo riguarda.Sarei esitante a riferirmi al movimento dei protoni come corrente o elettricità poiché il 99,9% delle volte sarà dedotto come elettroni medi.Certo, è un movimento di carica, ma il movimento dei protoni è molto più raro e diverso nella pratica che è un dettaglio importante su cui non richiamare l'attenzione.Lo chiamerei flusso di protoni o ioni in movimento o qualcosa del genere, o anche radiazione per particelle alfa
hacktastical
2019-09-06 02:34:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Il flusso di corrente da "positivo" a "negativo" è una convenzione che precede la teoria delle particelle cariche. Incolpa Ben Franklin, per esempio: https://whyy.org/articles/does-our-confusing-electrical-nomenclature-start-with-ben-franklins-theory/

Circa 150 anni dopo Franklin, quando è nata la teoria degli elettroni (JJ Thomson e altri), questo ha reso le cose confuse, poiché è stato dimostrato che il meccanismo di trasferimento di carica è il movimento degli elettroni. Anche in seguito, con la teoria dei semiconduttori abbiamo inventato concetti come "flusso di buchi" per correggere questo problema.

Tuttavia, è singolarmente insoddisfacente dover passare dal pensiero al flusso di elettroni al flusso di corrente. L'analisi della funzione di batterie, tubi a vuoto, celle solari, reazioni elettrochimiche, semiconduttori e generatori di alta tensione si basa sulla comprensione del flusso di elettroni. Tuttavia, il concetto di flusso di corrente convenzionale da carica positiva a carica negativa persiste.

Non temere. Finché sei coerente e hai i segni giusti, la matematica funziona.

BONUS: xkcd (grazie @JonRB)

enter image description here

XKCD obbligatorio https://xkcd.com/567/
Penso che questo non risponda davvero alla domanda.Se la carica elettrica degli elettroni fosse stata definita positiva, l'OP potrebbe ancora chiedersi "Come può l'elettricità essere * negativa * quando gli elettroni sono * positivi *?".Inoltre: i buchi non sono un'invenzione per aggiustare quella sfortunata definizione storica.Sono necessari soprattutto per spiegare la fisica dei semiconduttori.E c'è anche una diversa definizione del segno della carica elementare che non aiuta ad evitare il concetto di buchi (che non è affatto un concetto cattivo o sfortunato).
@Curd "OP potrebbe ancora chiedere" Come può l'elettricità essere negativa quando gli elettroni sono positivi? ".: Bene, solo se l'elettricità fosse ancora comunemente interpretata come un flusso nella direzione opposta degli elettroni ... cosa che in qualche modo dubito sarebbe il casose gli elettroni fossero definiti come aventi una carica positiva. Anche se ciò rovinerebbe altre cose dal momento che i dispositivi semiconduttori di tipo N più efficienti (quindi comuni) ora non avrebbero più il loro pin sorgente lo stesso del nodo di riferimento in molti circuiti.renderebbe l'interruttore high-side ideale sia per semplicità che per efficienza un NMOS.
@DKNguyen: Voglio dire che anche se la carica elementare (degli elettroni) fosse definita positiva e la corrente elettrica comune fosse definita nella stessa direzione del flusso degli elettroni, ci sarebbero comunque terminali positivi e negativi alle batterie.I corpi fermi potrebbero essere caricati in modo positivo o negativo e ancora OP potrebbe chiedere ...
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2019-09-06 01:51:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La potenza generata è -ve polarità, indipendentemente dalla polarità della tensione CC o CA.

La potenza di carico è + ve potenza dissipata per definizione.

Il flusso di corrente va da V + a V- per convenzione IEEE, indipendentemente dal fatto che il flusso di elettroni sia nella direzione opposta.Questo serve per un'analisi più logica con KVL, KCL e quindi tutti i misuratori indicano questa polarità di corrente.I motivi dettagliati non contano.

Ehi, non lasciare che Ben Franklin esca dai guai per questo problema "corrente convenzionale contro flusso di elettroni".Sono a 'Murica e gli do la colpa ogni volta che ne ho la possibilità.:)
@ElliotAlderson Pensavo fosse tornato a Volta e alle prime batterie - una possibilità del 50/50 ed era il modo sbagliato ... ma poiché usiamo tutti lo stesso sistema, funziona ...
Crowley
2019-09-06 19:56:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink
  • La batteria di solito non è caricata positivamente. È carica (c'è una differenza di tensione tra i suoi terminali) o scarica (nessuna tensione tra i terminali). Se è caricato positivamente, significa che collegarlo a terra utilizzando un conduttore provoca un breve flusso di corrente attraverso il conduttore. Qualsiasi oggetto può farlo.
  • I protoni possono muoversi. I protoni (particelle che costruiscono nuclei di atomi, nuclei) non possono muoversi solo nei solidi, nei liquidi, nei gas e nei plasmi sono liberi di muoversi.
  • La maggior parte degli elettroni sono legati ai nuclei e nemmeno nei solidi possono muoversi. Solo una piccola parte di essi è libera di muoversi.
  • L'elettricità non è né positiva né negativa. Elettricità è una parola comune che copre "cose ​​che hanno qualcosa a che fare con gli elettroni". È come il magnetismo, la genetica, l'universo ...

Atomo / molecola è elettricamente neutro. Ciò significa che nel suo volume il numero netto di protoni è uguale al numero di elettroni. Lo ione / ione molecolare viene caricato. Ciò significa che i conteggi netti di protoni ed elettroni non corrispondono. Il catione è uno ione con un numero di protoni superiore al numero di elettroni, l'anione ha un numero di protoni inferiore a quello di elettroni.

In altre parole, puoi considerare la carica positiva come una mancanza di elettroni e la carica negativa come un surplus di elettroni.

Che cosa è responsabile del flusso corrente
Nei metalli le particelle che trasportano la carica sono elettroni liberi di muoversi mentre tutti i protoni e la maggior parte degli elettroni sono bloccati nella loro posizione da un legame metallico.

Nei semiconduttori, le particelle che trasportano la carica sono elettroni liberi (modo dominante nei semiconduttori di tipo n) ed elettroni che si trasferiscono dalla nuvola di un atomo al "buco" dell'altro (modo dominante nei semiconduttori di tipo p). Se osservato dalla distanza, nei semiconduttori di tipo n sembra che gli elettroni liberi caricati negativamente si muovano, nei semiconduttori di tipo p sembra che i "buchi" caricati positivamente si muovano.

Negli isolatori ideali, nessuna carica si muove.

Nei liquidi - soluzioni saline acquose o sali fusi per essere più precisi - sia le particelle cariche, i cationi e gli anioni, sono liberi di muoversi in modo che entrambi contribuiscono alla corrente complessiva. Una parte del flusso di particelle ha la stessa direzione della corrente, l'altra parte scorre in diretta opposizione. L'acqua pura (demineralizzata, deionizzata) non conduce.

I gas sono considerati isolanti.

I gas ionizzati, che possono condurre, sono chiamati plasma e sia gli elettroni liberi che gli ioni contribuiscono alla corrente netta in tale mezzo.

Battery charge
La batteria considerata carica non viene caricata affatto. Qui, il vocabolario limitato gioca un gioco di parole sporco a molte persone.

Ho menzionato un significato all'inizio: la carica (netta) è una differenza tra il conteggio dei protoni e il conteggio degli elettroni entro un dato volume - qui la batteria.

L'altro significato di essere caricati è che quando due terminali sono collegati, la corrente scorre dall'uno all'altro. Poiché la prima unità di metro è stata definita come "questo registro è lungo un metro", è stato definito che la carica positiva (all'epoca astratta) fluisce dal terminale etichettato + al terminale etichettato -.

La batteria in carica significa che la sua carica netta è zero mentre una parte è ricca di elettroni e l'altra è scarsa di elettroni. Entrambe le parti valutate individualmente vengono quindi addebitate. La struttura interna della batteria impedisce che la carica si equalizzi internamente, quindi l'unico modo per equalizzare la carica - scarica - è attraverso il circuito esterno.

user230364
2019-09-06 03:33:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

È storico.Il pensiero era che in una batteria qualcosa doveva fluire dal metallo più prezioso e prezioso al metallo meno prezioso.Ovviamente questo non spiega esattamente perché sia il metallo meno prezioso a corrodersi.

Si scopre che in larga misura non importa se la carica viene trasportata da particelle positive o negative o immaginarie per quanto riguarda la progettazione del circuito.Per i tubi a vuoto, tuttavia, questo diventa molto importante per la progettazione degli interni (è necessario riscaldare il catodo per lasciarlo emettere facilmente elettroni).I semiconduttori sono già più ambivalenti (è possibile in una certa misura scambiare p e n sebbene i buchi elettronici tendano ad avere una mobilità maggiore degli elettroni).Per resistori e persino condensatori e solenoidi, non è poi così rilevante.La chimica dei condensatori elettrolitici deve essere eseguita correttamente, ovviamente.

HiddenWindshield
2019-09-06 20:52:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hai ragione che gli elettroni sono negativi e i protoni sono positivi.Hai anche ragione sul fatto che solo gli elettroni possono fluire attraverso un conduttore, mentre i protoni no.Allora, cosa succede quando tutti gli elettroni fluiscono via da una regione, lasciandosi dietro i protoni?

È così che funzionano le batterie chimiche.Una reazione interna alla batteria strappa gli elettroni dal terminale positivo, concentrandoli su quello negativo.Pertanto, il terminale positivo finisce con più protoni che elettroni, mentre il terminale negativo ha più elettroni che protoni.

l'elettricità include il flusso di ioni, che può certamente essere positivo.C'è molto di più nella corrente di ciò che accade in un filo di rame
Gli ioni possono fluire quando sono in un gas o in un liquido, ma in un filo di rame solido, gli ioni non possono fluire in alcun modo significativo.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
Loading...