Otras carreras ¿Es posible una corriente o un flujo de carga positiva?Y si lo es,¿de qué se constituye?

[acannion]

[FONT=Helvetica Neue]Mi duda comienza con el estudio del origen de un rayo, se entiende que las pequeñas partículas de hielo que colisionan dentro de una nube forman cargas NEGATIVAS que genera un desequilibrio y satura la nube negativamente(más o menos), luego las cargas negativas de la nube(yo entiendo por electrones) tratan ir a la zona mas cargada positivamente (yo entiendo por la zona con menos electrones es decir la tierra, pararayos, etc). Entonces se genera un haz de electrones(corriente eléctrica negativa) que provienen de la nube PEEEROO a la vez que cae en dirección a la tierra SURGE otra corriente eléctrica POSITIVA que va de la tierra hacia el rayo de carga negativa. [/FONT]

[FONT=Helvetica Neue]-Aquí mi DUDA cómo es posible una corriente eléctrica positiva si lo ÚNICO que se puede desplazar con carga son los electrones ya que los protones son núcleos pesados de carga positiva muuuy difíciles de desplazar y en caso de que lo hagan se rompería la materia. [/FONT]

[FONT=Helvetica Neue]Tengo un video de menos de 2 min que lo explica muy bien lo del rayo: [/FONT]

https://www.youtube.com/watch?v=NLuYw7Q_fUU

[FONT=Helvetica Neue]Mi duda es a partir del minuto 1 aproximadamente. [/FONT]

[FONT=Helvetica Neue]Muchas gracias por atender . [/FONT]

[teclado]

Re: ¿Es posible una corriente o un flujo de carga positiva?Y si lo es,¿de qué se constituye?

La inmensa mayoría de corrientes eléctricas que podamos encontrarnos (salvo las debidas al movimiento de núcleos atómicos o iones) se deben al movimiento de los electrones. Por convenio se dice que hay una corriente en un sentido cuando hay movimiento de electrones en el sentido opuesto. Desde el punto de vista práctico el movimiento de electrones en un sentido es equivalente al de cargas positivas en el otro.

El vídeo no es claro a este respecto y usa mal el término corriente. No existe ni en la cabeza de un loco algo como una "corriente positiva". La corriente siempre va desde las cargas positivas a las negativas. Otra cosa es el movimiento real que da lugar a esa corriente. Los rayos ionizan el aire creando un plasma de iones positivos y electrones. La corriente que circula en ellos se debe tanto al movimiento de los iones en un sentido como al de los electrones en el otro, aunque al ser miles de veces más pesados los iones se mueven considerablemente menos que los electrones y podría decirse que la compensación de las cargas en la nube y en tierra se debe en su mayor parte al movimiento de los electrones.

Contestando a tu pregunta, a lo que se refiere en el vídeo con corriente positiva es a lo siguiente: La nube se carga negativamente y la tierra positivamente debido al movimiento del aire. Cuando la carga es suficiente y se desata un rayo fluye una corriente que va de la carga positiva (el suelo) a la negativa. Aunque visualmente el rayo sale de la nube y va hacia tierra el sentido de la corriente se toma por convenio desde la carga positiva a la negativa. Este primer rayo debe ser que carga el suelo negativamente y la polaridad se invierte, apareciendo un segundo rayo que parte del suelo y llega a la parte de la nube cargada positivamente, estableciéndose una corriente que va desde la nube hasta el suelo. Lo que cambia no es la naturaleza de la corriente, en ambos casos es como te dije en el párrafo anterior, si no la polaridad.

Me temo que no puedo ayudarte más porque desconozco a ciencia cierta el mecanismo de los rayos, pero espero no haberte liado más.

[Julián]

Re: ¿Es posible una corriente o un flujo de carga positiva?Y si lo es,¿de qué se constituye?

Claro que es posible una corriente eléctrica de cargas positivas (reales). Sucede en los semiconductores en donde hay cargas negativas libres denominadas electrones libres y cargas positivas, las cuales son vacantes de los electrones de valencia. Pero aunque sean vacantes dichas tienen características de partículas cuánticas ya que tienen masa y carga. Al aplicarse una diferencia de potencial el campo eléctrico mueve los electrones desde el menor potencial al mayor (según la convención) y a los huecos o lagunas desde el mayor potencial al menor.

En realidad no está completamente determinado el mecanismo de un rayo. Pero se sabe que se produce una acumulación de cargas en la nube. Al haber una densidad de carga espacial diferente de cero existe por lo tanto energía potencial eléctrica, que no es más que el trabajo que realizará el campo eléctrico en llevar las cargas desde esa configuración hasta una en que se encuentren separadas por una distancia teóricamente infinita (eso significa lo más alejadas posibles). Por lo tanto tomando esa energía potencial sobre la unidad de carga obtenemos el potencial eléctrico en la nube. Y por supuesto el punto de referencia de ese potencial es la tierra misma porque en la tierra no hay esa densidad de carga espacial, además como la tierra tiene conductividad apresiable las cargas se pueden desplazar de manera de disminuir ese potencial.
El punto principal es que entre la nube y la tierra hay aire, el cual es un dieléctrico con muy pero muy baja conductividad por lo tanto el sistema nube tierra no es más que un capacitor. La descarga comienza cuando el campo eléctrico, que no es más que el gradiente de la diferencia de potencial supera la rigides dieléctrica del aire, en ese punto el aire se convierte en conductor por la ionización del mismo. Así que tenemos los iones que se desplazan en el sentido del campo eléctrico y los electrones que se desplazan en el sentido contrario. Cargas positivas que se desplazan y negativas.

No existe ni en la cabeza de un loco algo como una "corriente positiva". La corriente siempre va desde las cargas positivas a las negativas.

En realidad nadie ha visto a las cargas moverse y que a los electrones se le diga que tienen carga negativa y a los protones positivas es por convención. Lo que sabemos es que cargas iguales se repelen y cargas de signo opuesto se atraen, por así decirlo. Tranquilamente puedes tomar en un circuito eléctrico que la corriente sea de cargas negativas (que valla desde un potencia bajo a uno alto) pero si tomas esa convención propia deberás mantenerla en todo el cálculo. De esta manera lo único que te cambiará son los signos en las ecuaciones. Por ejemplo en el teorema de mallas el sentido de la corriente lo puedes tomar en el sentido que te de la gana pero deberás mantener ese sentido en todo el circuito.
Igualmente, en los materiales semiconductores tenemos corrientes de ambas cargas

[acannion]

Re: ¿Es posible una corriente o un flujo de carga positiva?Y si lo es,¿de qué se constituye?

Me ha parecido más interesante la respuesta de "julian403", ya que "teclado" no me convenció lo de que se invierte la polaridad debido a que el rayo todavía no ha llegado a la tierra, aún así muchísimas gracias.

En mi opinión lo argumentado por "julian403" cobra bastante sentido, aunque lo de que salen iones positivos me desconcierta ya que ¿no se descompondría el pararrayos al perder elementos?

Yo no quiero tampoco saber el mecanismo total de un rayo me vale con los arcos eléctricos, sino en realidad lo que me inquieta es si puede haber un flujo de cargas positivas dentro de un material conductor, esta duda me surgió al ver el típico problema de un avión que pasa por un campo magnético, en el que el profesor te pedía el DESPLAZAMIENTO de las CARGAS POSITIVAS o el simple hecho de estudiar la jaula de Faraday o el generador de Van der Graaf. Los profesores usualmente dicen:"Las cargas positivas se desplazan a tal sitio.....", lo que me confunde es eso (el desplazamiento de las cargas eléctricas positivas), yo creo que eso en realidad esta mal expresado solo se pueden desplazar las cargas negativas (electrones), excepto de si estamos trabajando con cargas puntuales que ahí si valen las dos debido a que son de masa mucho menor y no forman parte de un elemento.

En resumen cuando alguien expresa que tales cargas positivas de una plancha metálica CONDUCTORA se desplazan en tal sentido en realidad es que las cargas negativas han abandonado esa zona ¿no?

[visitante20160513]

Re: ¿Es posible una corriente o un flujo de carga positiva?Y si lo es,¿de qué se constituye?

Esa es la explicación mas razonable, los materiales conductores se cargan positivamente porque desplazan sus electrones.

Salu2

[Julián]

Re: ¿Es posible una corriente o un flujo de carga positiva?Y si lo es,¿de qué se constituye?

En resumen cuando alguien expresa que tales cargas positivas de una plancha metálica CONDUCTORA se desplazan en tal sentido en realidad es que las cargas negativas han abandonado esa zona ¿no?

En realidad no. Me acuerdo que está fue una duda que al principio yo tuve. Lo que en verdad sucede es que cuando hay una corriente eléctrica nosotros vemos sus efectos, es decir, observamos que en un conductor hay calor, lo que luego se denominó efecto joule y entre otras cosas también observamos que que hay un campo magnético concatenado, el cual lo podemos medir. En los comienzos de la electricidad se pensó que había algo que estaba en exceso por lo que era positivo y se desplaza a un lugar donde había menor concentración, negativo. Es por esto que las cargas en un conductor se las denominó positivas. Luego se describió más en perfección el átomo y se denominó positivo al núcleo y negativo a los electrones y por último se descubrió que los electrones eran las cargas que se desplazaban en un conductor. Pero se siguió considerando positivas a las cargas en los conductores porque ya se había considerado así y seguro ya había varios libros (me imagino). Si total lo único que cambia es el signo de la carga y el de las diferencias de potencial. Los efectos siguen siendo los mismos. Por ejemplo la potencia nos sigue dando lo mismo ${I}^{2} R$ . Y esto se debe a que son magnitudes escalares. Cae dentro de lo que se denomina teoría de circuitos.

Ahora hablando físicamente son las cargas negativas las que se desplazan. Como en un metal los electrones de valencia están en un nivel energético alto estos no quedan atrapados en el pozo de potencial del nucleo y se mueven libremente por así decirlo. La neutralidad eléctrica en su conjunto se mantiene pero microscópicamente quedan los núcleos con cargas positiva fijos en la red. Cuando se aplica un campo eléctrico estos electrones se mueven en la dirección opuesta al campo eléctrico

$\vec{E} \sigma = - {\vec{J}}_{e}$ fijate que ahora estamos usando magnitudes vectoriales y no escalares.

En cambio los nucleo quedan fijos en la red. La neutralidad eléctrica, por más que se muevan los electrones se mantiene porque los electrones se mueven, hay una cantidad que sale del material pero en el otro extremo hay la misma cantidad de la que entra.

En un semiconductor hay electrones libres pero no 1 (por lo menos) por cada átomo sino que hay algunos átomos y hay otros átomos que no ceden esos electrones de valencia (eso depende de la temperatura o de la radiación electromagnética que incide en el semiconductor). Los que perdieron un electrón quedan con una vacante, pero como el atomo vecino no cedió un electrón puede pasar un electrón de valencia (no libre) de este al otro y de esta manera la vacante también se mueve. Así que hay electrones libres y vacantes que se desplazan en un semiconductor a diferencia de los metales en donde solamente hay electrones que se desplazan. Al aplicarse un campo eléctrico los electrones se mueven para un lado y las vacantes para el otro.

$\vec{E} \sigma = {\vec{J}}_{v}$ y $\vec{E} \sigma = - {\vec{J}}_{e}$

Volviendo a la teoría de circuitos, la corriente total es $I = (\left\vert{} {\vec{J}}_{e}\right\vert{} + \left\vert{} {\vec{J}}_{v}\right\vert{})A$ un simple numero escalar que cuantifica cuanta carga se desplaza y no el sentido de circulación de la misma.