Flujo de electrones convencional versus flujo de electrones

“Lo bueno de los estándares es que existen muchos de ellos para elegir ". —Andrew S. Tanenbaum, profesor de informática

Carga de electrones positiva y negativa

Cuando Benjamin Franklin hizo su conjetura con respecto a la dirección del flujo de carga (de la cera suave a la lana rugosa), sentó un precedente para la notación eléctrica que existe hasta el día de hoy, a pesar de que sabemos que los electrones son las unidades constituyentes de la carga, y que se desplazan de la lana a la cera, no de la cera a la lana, cuando esas dos sustancias se frotan juntas. Por eso se dice que los electrones tienen un negativo carga:porque Franklin asumió que la carga eléctrica se movía en la dirección opuesta a la que realmente lo hace, por lo que los objetos que llamó "negativos" (que representan una deficiencia de carga) en realidad tienen un excedente de electrones.

Cuando se descubrió la verdadera dirección del flujo de electrones, la nomenclatura de "positivo" y "negativo" ya estaba tan bien establecida en la comunidad científica que no se hizo ningún esfuerzo para cambiarla, aunque llamar a los electrones "positivos" haría más sentido al referirse al cargo "en exceso". Verá, los términos "positivo" y "negativo" son invenciones humanas y, como tales, no tienen un significado absoluto más allá de nuestras propias convenciones de lenguaje y descripción científica. Franklin podría haberse referido fácilmente a un exceso de carga como "negro" y una deficiencia como "blanco", en cuyo caso los científicos hablarían de electrones que tienen una carga "blanca" (asumiendo la misma conjetura incorrecta de la posición de la carga entre cera y lana).

Notación de flujo convencional

Sin embargo, debido a que tendemos a asociar la palabra "positivo" con "excedente" y "negativo" con "deficiencia", la etiqueta estándar para la carga de electrones parece al revés. Debido a esto, muchos ingenieros decidieron mantener el antiguo concepto de electricidad con "positivo" refiriéndose a un exceso de carga y etiquetar el flujo de carga (corriente) en consecuencia. Esto se conoció como flujo convencional notación:

Notación de flujo de electrones

Otros optaron por designar el flujo de carga de acuerdo con el movimiento real de los electrones en un circuito. Esta forma de simbología se conoció como flujo de electrones notación:

En la notación de flujo convencional, mostramos el movimiento de la carga de acuerdo con las etiquetas (técnicamente incorrectas) de + y -. De esta forma las etiquetas tienen sentido, pero la dirección del flujo de carga es incorrecta. En la notación de flujo de electrones, seguimos el movimiento real de los electrones en el circuito, pero las etiquetas + y - parecen estar al revés. ¿Importa, realmente, cómo designamos el flujo de carga en un circuito? En realidad, no, siempre y cuando seamos consistentes en el uso de nuestros símbolos. Puede seguir una dirección imaginada de la corriente (flujo convencional) o la real (flujo de electrones) con el mismo éxito en lo que respecta al análisis de circuitos. Los conceptos de voltaje, corriente, resistencia, continuidad e incluso tratamientos matemáticos como la Ley de Ohm (capítulo 2) y las Leyes de Kirchhoff (capítulo 6) siguen siendo igualmente válidos con cualquier estilo de notación.

Notación de flujo convencional frente a notación de flujo de electrones

Encontrará la notación de flujo convencional seguida por la mayoría de los ingenieros eléctricos e ilustrada en la mayoría de los libros de texto de ingeniería. El flujo de electrones se ve con mayor frecuencia en los libros de texto introductorios (sin embargo, este se está alejando de él) y en los escritos de científicos profesionales, especialmente los físicos del estado sólido que se preocupan por el movimiento real de los electrones en las sustancias. Estas preferencias son culturales, en el sentido de que ciertos grupos de personas han encontrado ventajoso visualizar el movimiento de la corriente eléctrica de determinadas formas. Dado que la mayoría de los análisis de circuitos eléctricos no dependen de una descripción técnicamente precisa del flujo de carga, la elección entre la notación de flujo convencional y la notación de flujo de electrones es arbitraria. . . casi.

Polarización y no polarización

Muchos dispositivos eléctricos toleran corrientes reales de cualquier dirección sin diferencia de funcionamiento. Las lámparas incandescentes (del tipo que utiliza un filamento de metal delgado que se ilumina al rojo vivo con suficiente corriente), por ejemplo, producen luz con la misma eficiencia independientemente de la dirección de la corriente. Incluso funcionan bien con corriente alterna (CA), donde la dirección cambia rápidamente con el tiempo. Los conductores e interruptores también operan independientemente de la dirección de la corriente. El término técnico para esta irrelevancia del flujo de carga es no polarización . Podríamos decir entonces que las lámparas incandescentes, los interruptores y los cables son no polarizados componentes. Por el contrario, cualquier dispositivo que funcione de manera diferente en corrientes de diferente dirección se llamaría polarizado dispositivo.

Hay muchos dispositivos polarizados de este tipo que se utilizan en circuitos eléctricos. La mayoría de ellos están hechos de los llamados semiconductores sustancias, y como tales no se examinan en detalle hasta el tercer volumen de esta serie de libros. Al igual que los interruptores, las lámparas y las baterías, cada uno de estos dispositivos se representa en un diagrama esquemático con un símbolo único. Como uno podría adivinar, los símbolos de dispositivos polarizados generalmente contienen una flecha dentro de ellos, en algún lugar, para designar una dirección de corriente preferida o exclusiva. Aquí es donde realmente importan las notaciones en competencia de flujo convencional y de electrones. Debido a que los ingenieros de hace mucho tiempo se han decidido por el flujo convencional como la notación estándar de su "cultura", y debido a que los ingenieros son las mismas personas que inventan los dispositivos eléctricos y los símbolos que los representan, las flechas utilizadas en los símbolos de estos dispositivos apuntan en el dirección del flujo convencional, no flujo de electrones . Es decir, todos los símbolos de estos dispositivos tienen marcas de flecha que apuntan contra el flujo real de electrones a través de ellos.

Quizás el mejor ejemplo de un dispositivo polarizado es el diodo . Un diodo es una "válvula" unidireccional para corriente eléctrica, análoga a una válvula de retención para aquellos familiarizados con los sistemas hidráulicos y de plomería. Idealmente, un diodo proporciona un flujo sin obstáculos para la corriente en una dirección (poca o ninguna resistencia), pero evita el flujo en la otra dirección (resistencia infinita). Su símbolo esquemático se ve así:

Colocado dentro de un circuito de batería / lámpara, su funcionamiento es como tal:

Cuando el diodo está orientado en la dirección correcta para permitir la corriente, la lámpara se ilumina. De lo contrario, el diodo bloquea el flujo de corriente como una interrupción en el circuito y la lámpara no brillará.

Si etiquetamos la corriente del circuito usando la notación de flujo convencional, el símbolo de flecha del diodo tiene perfecto sentido:la punta de flecha triangular apunta en la dirección del flujo de carga, de positivo a negativo:

Por otro lado, si usamos la notación de flujo de electrones para mostrar el verdadero dirección del viaje de los electrones alrededor del circuito, la simbología de la flecha del diodo parece al revés:

Solo por esta razón, muchas personas optan por hacer que el flujo convencional sea su notación preferida al dibujar la dirección del movimiento de carga en un circuito. Si no es por otra razón, los símbolos asociados con componentes semiconductores como diodos tienen más sentido de esta manera. Sin embargo, otros eligen mostrar la verdadera dirección del viaje de los electrones para evitar tener que decirse a sí mismos, "recuerde que los electrones son en realidad moviéndose en sentido contrario ”siempre que la verdadera dirección del movimiento de los electrones se convierta en un problema.

¿Debería utilizar flujo de corriente convencional o flujo de electrones?

Ambos modelos producirán resultados precisos si se utilizan de forma coherente, y son igualmente "correctos" en la medida en que son herramientas que nos ayudan a comprender y analizar los circuitos eléctricos. Sin embargo, en el contexto de la ingeniería eléctrica, la corriente convencional es mucho más común. Este libro de texto utiliza corriente convencional, y cualquier persona que tenga la intención de estudiar electrónica en un entorno académico o profesional debe aprender a pensar naturalmente en la corriente eléctrica como algo que fluye de un voltaje más alto a uno más bajo ”.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de flujo de electrones versus flujo convencional