Divulgación Velocidad de los Electrones

[natanael]

Hola a todos,

Está super aceptado que la corriente electrica es el fenomeno que se produce cuando los electrones se "mueven" en un cable conductor.

Me he estado preguntando desde hace tiempo si existe algun metodo o formula para calcular la velocidad de los electrones en una corriente electrica, no la velocidad de cuantos coulombs de carga electrica pasan por cada segundo, sinó el desplazamiento real de los electrones con respecto el tiempo.

Lo unico con lo que cuento, es con un comentario del profesor de un amigo mío, el cual dijo algo como ésto: "eso de definir la corriente electrica como el dezplazamiento de los electrones, sigue siendo una teoría, y que no se ha comprobado aun que realmente se desplazen los electrones, sinó mas bien es la energía (me imagino yo que se refirió a la energía cinética) que se transfiere de uno en uno". Mencionó que según la descripcion o teoría del desplazamiento de los electrones, la velocidad de los electrones no es muy alta.

Realmente no sé si sea cierto lo que mencionó, dudo mucho de eso, por eso pregunto para ver que saben ustedes hacerca de este asunto.


Gracias.

[arreldepi]

Re: Velocidad de los Electrones

Hola, el año pasado hicimos un problema en el que nos preguntaban cuánto tardaba un electrón en recorrer un hilo conductor de sección circular con un diametro de 1mm y una longitud de 1 metro y una resistencia de 10 ohms si el hilo estaba conectado a una fuente de 1V. (la densidad de electrones de conducción es de1029 m-3).

El resultado es 35h. Con lo cual la velocidad aproximadamente es de $8\times10^{-6}$ m/s. A primeras soprende, verdad? . Lo que sucede es que los electrones, cuando tú le das a la luz, por ejemplo, no tienen que salir des del interruptor y viajar por el cable hasta la bombilla. Los electrones están """"amontonados""" a lo largo del cable, lo único que hacen es irse empujando unos a otros. Imagina una escalera de 20 km llena de gente, por mucho que la velocidad de cada persona al bajar sea muy lenta, en cuanto abran la puerta de abajo, empezara a pasar gente, pues es algo parecido

Saludos!

[GNzcuber]

Re: Velocidad de los Electrones

Hola hidromagnetismo,

La velocidad de los electrones en una red metálica es muy alta, piensa que los electrones es un conjunto de partículas que se repelen y su energía potencial es despreciable respecto su energía cinética. Pues sus velocidades, si bien recuerdo son relativistas. Ésto no contradice lo que dijo $\dst \sqrt{\pi}$, ya que la intensidade eléctrica se mide a partir de la velocidad de deriva, los electrones están contínuamente chocando y perdiendo su energía cinética (calentando la red metálica de cationes), todo aleatóriamente. Pero cuando aplicamos una diferencia de potencial, aparece un campo que les hace moverse en sentido opuesto a éste, pero no por ello pierden sus componentes en direcciones diferentes a la del campo, si tiras una pelota hacia arriba y hay viento, la pelota alcanzará la misma altura que si no hubiese (despreciando el rozamiento) pero tendrá una componente adicional por el movimiento del aire.

La intensidad de la corriente es $\dst I=\frac{Q}{\Delta t}$, pero $\dst Q$ es la carga neta, es decir la carga que ha pasado por una sección en un tiempo determinado. Llamemos $\dst n$ a la densidad de electrones por unidad de volumen (esta densidad dependerá del material, ya que es la densidad de electrones libres que hay en la red), y sabiendo que el volumen de un segmento de cable es $\dst V=S\cdot l$, tendremos:

$$\dst I=\frac{Q}{\Delta t}=q\frac{n\cdot S\cdot l}{\Delta t}=q\cdot n\cdot S\cdot v_{d}$$

Siendo $\dst q$ la carga de cada electrón. Se llama velocidad de deriva a $\dst v_{d}$, si divides la expresión anterior por la sección ($\dst S$) tendrás la densidad de carga:

$$\dst \vec{J}=q\cdot n\cdot \vec{v}_d$$

¡Saludos!

[natanael]

Re: Velocidad de los Electrones

Gracias, con el hecho de que arreldepi calculó esa velocidad y la buena explicacon de GNZcuber, creo que es más que suficiente para elevar mi duda hacerca de lo que dijo ese profesor sobre el desplazamiento de los electrones.

Gracias.

35 horas! Eso si que es lento!