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Dónde van los electrones en un circuito
El modelo de Bohr del átomo, desarrollado a principios del siglo XX, fue un intento de explicar los patrones en la forma en que los átomos y los electrones absorben, retienen y liberan energía. El modelo suponía que la estructura del átomo se asemejaba al sistema solar, con el núcleo atómico en el centro y los electrones moviéndose en órbitas circulares similares a las del planeta en torno al Sol. El modelo de Bohr representó un avance en la comprensión de la estructura atómica y contribuyó al desarrollo de la mecánica cuántica.
Arriba se muestra un átomo de Bohr. Haz clic en los anillos grises para mover el electrón de orbital en orbital. Cambia el número de estados de excitación que tiene el electrón con el deslizador de la parte inferior izquierda y haz clic en los botones de ocultación, visibilidad y comentario para activar y desactivar la información sobre el átomo.
Es esencial entender que las imágenes de tipo planetario son sólo una representación. El modelo planetario no es coherente con nuestros conocimientos actuales sobre la estructura del átomo. Sin embargo, el átomo de Bohr sigue siendo una herramienta de enseñanza muy popular porque ilustra la relación entre la energía, la posición de los electrones y la emisión de energía electromagnética..
A qué velocidad se mueven los electrones
Para responder a esta pregunta tenemos que analizar la materia en sí misma a un nivel muy básico. La materia está formada por pequeñas unidades llamadas átomos. En este nivel atómico, la materia posee dos características básicas. La materia tiene masa y puede tener una carga eléctrica, ya sea positiva, negativa, o puede ser neutra sin carga. Cada átomo contiene tres tipos de partículas con características diferentes: protones positivos, neutrones neutros y electrones negativos.
La corriente eléctrica (electricidad) es un flujo o movimiento de carga eléctrica. La electricidad que se conduce a través de los cables de cobre de su casa está formada por electrones en movimiento. Los protones y neutrones de los átomos de cobre no se mueven. La progresión real de los electrones individuales en una dirección determinada a través del cable es bastante lenta. Los electrones tienen que abrirse camino a través de los miles de millones de átomos del cable y esto lleva un tiempo considerable. En el caso de un cable de cobre de calibre 12 que transporta 10 amperios de corriente (típico del cableado doméstico), los electrones individuales sólo se mueven unos 0,02 cm por segundo o 1,2 pulgadas por minuto (en la ciencia esto se llama la velocidad de deriva de los electrones). Si esta es la situación en la naturaleza, ¿por qué se encienden las luces tan rápidamente? A esta velocidad, los electrones tardarían horas en llegar a las luces.
Por qué los electrones no caen en el núcleo
En los libros se dice que un circuito es un camino cerrado y que, por tanto, los electrones vuelven al origen. Si esto es así, ¿qué pasaría si hubiera un fallo a tierra en un circuito? ¿Cómo volverían los electrones a su fuente?
Lo importante es lo siguiente: los portadores de carga (los electrones son uno de ellos) pueden utilizarse para transmitir una fuerza electromotriz (normalmente llamada simplemente tensión). En realidad, se trata de un concepto bastante ordinario. Puedes empujar un extremo de una varilla y transmitir una fuerza mecánica al otro extremo de la varilla. ¿Se mueve la varilla al hacer esto? Bueno, tal vez, pero hay dos cosas que suceden aquí:
Entonces, tu pregunta era: ¿Fluyen realmente los electrones cuando se aplica un voltaje? Estrictamente hablando, la respuesta es tal vez, y depende de lo que usted entiende por el flujo. Es similar a la pregunta, ¿se mueve una cuerda cuando se tira de ella? Bueno, si está atada a un globo, puede que se mueva mucho. Si está atada a una pared de ladrillos, puede que no se mueva en absoluto.
El movimiento de los portadores de carga (como los electrones) es la corriente. Si tenemos una corriente, entonces hay un movimiento neto de portadores de carga. En realidad, están pululando por todas partes, igual que las moléculas de agua individuales pululan por una tubería, aunque no haya un flujo neto. La corriente describe el movimiento medio. En el caso de la corriente continua, el movimiento medio es circular.
¿Qué puede hacer que los electrones se muevan?
Los electrones son una de las tres partículas subatómicas. Tienen carga negativa y aproximadamente 1/2000 de la masa de un protón. Son atraídos por los protones cargados positivamente en el centro atómico, pero se repelen entre sí. Es imposible definir de forma absoluta la posición (momento y ubicación) de un electrón en el espacio y el tiempo. En su lugar, los electrones se describen como si tuvieran diferentes probabilidades de distribución alrededor del centro atómico. Estos volúmenes de espacio (donde un electrón se encuentra con mayor frecuencia) se denominan orbitales atómicos
Los orbitales atómicos tienen diferentes formas. Todos los s son esféricos. Los electrones de los orbitales s tienen la misma probabilidad de encontrarse en cualquier dirección y a una distancia determinada del centro atómico. Los electrones de un orbital s pueden incluso encontrarse justo en el centro atómico.
En todos los demás tipos de orbitales los electrones ocupantes no tienen ninguna probabilidad de encontrarse en el centro. Todos los orbitales p tienen una forma parecida a la de una mancuerna, con la región delgada y apretada de probabilidad cero situada justo sobre el centro. Independientemente de su forma, un orbital sólo puede contener un máximo de dos electrones en cualquier momento.