Fluxo de elétrons em um fio

Eletricidade é "fluxo de elétrons". Meu filho me perguntou se era assim; finalmente, o fio de cobre deveria desaparecer / desaparecer / terminar, porque o assunto está se movendo de um lugar para outro. Eu não sou engenheiro eletricista, o que devo dizer a ele?

current wire electron

— Hamayun Ali Shah
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Possivelmente relevante: amasci.com/miscon/elect.html

— ntoskrnl

Um rio desaparece porque a água está fluindo de um lugar para outro?

Eu acho um pouco curto e um pouco abstrato para uma criança e então você fica mais confuso porque os rios 'desaparecem' - eles acabam no mar, evaporam no ar e caem como chuva em algum lugar. Uma analogia ruim para o fluxo de carga.

— JIm Dearden

Não vejo isso como uma má analogia - o ciclo da água é semelhante ao circuito fechado. Os elétrons vêm de uma bateria, passam pelo fio e retornam à bateria.

— MSalters

Cadeiras musicais. As pessoas (elétrons) e as cadeiras (átomos de cobre) nunca desaparecem, apenas se movem de um lado para o outro. Se ninguém estiver nas cadeiras, o fio será descarregado e, se as pessoas estiverem sentadas em outras pessoas, o fio será carregado (negativamente). Mas o fio nunca desaparece. O movimento dos elétrons envolve apenas alguns dos átomos de cobre, muitos elétrons. É o movimento que pode ser usado como trabalho. Os próprios átomos permanecem no lugar.

— Adam Davis

Respostas:

Em um metal como o cobre, alguns dos elétrons não estão ligados a átomos individuais. Se uma tensão é aplicada através de um fio de cobre, esses elétrons livres fluem de um átomo para o próximo. Esse fluxo de elétrons é uma corrente elétrica, mas os átomos de cobre não se movem para que o fio de cobre não desapareça. Obviamente, a fonte de tensão deve fornecer elétrons adicionais para que o fluxo continue.

Como analogia, pense em uma cachoeira - a corrente elétrica é como as moléculas de água caindo e as moléculas de água estão caindo devido à gravidade (que é análoga à voltagem). A cachoeira deve receber mais moléculas de água para que ela continue a existir, mas o leito do rio sobre o qual as moléculas de água fluem (análoga aos átomos de cobre) não se move ou desaparece.

— Nulo
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+1; na verdade, esta é a resposta correta - você não entra em detalhes desnecessários, deixando pouco espaço para complicações adicionais na explicação, enquanto bate no prego com o martelo; Eu gosto especialmente da analogia da cachoeira, já que a água da cachoeira realmente retorna à fonte ( en.wikipedia.org/wiki/Water_cycle ), tornando essa analogia bastante completa e brilhante.

Para se aprofundar um pouco mais, os próprios elétrons não se movem na velocidade da luz através do material. Sua posição é probabilística, mas no geral eles se movem na velocidade de desvio de elétrons do material, o que é realmente muito lento. Sinais elétricos através de um fio são o campo elétrico que se move através do material.

— Rosa Richter

Para adicionar mais 2 centavos, e um entendimento um pouco mais simplista, geralmente acho mais fácil visualizar o fluxo de corrente através de um fio como um tubo de bolinhas de gude (pequenas bolas de vidro, se isso não traduzir bem).

O fio já possui elétrons, então nosso tubo está cheio de bolinhas de gude. Ao aplicar uma voltagem (uma força eletromotriz ), você pode inserir uma nova bola de gude. Quando você faz isso, uma bola de gude é lançada. Pegue a que saiu e empurre-a na outra extremidade. Em um circuito real, ele não tem extremidades para empurrar elétrons para dentro e para fora, mas flui por toda a volta (para que o nosso tubo seja unido nas duas extremidades).

Na eletrônica, não criamos ou destruímos, adicionamos ou removemos elétrons * - eles já estão lá. Tudo o que fazemos é empurrá-los. Também é importante entender que não é um elétron a ser empurrado, é o fluxo. Você pressiona uma ponta e a outra ponta se move. Empurrar elétrons em uma extremidade não significa que o mesmo elétron empurra na outra extremidade, assim como empurrar bolinhas de gude de outra ponta sai pelo final.

À medida que você avança cada vez mais, pode começar a apreciar buracos, portadores e elétrons subindo e descendo os níveis de energia; mas termos simplistas, basta imaginar empurrando bolinhas de gude em um tubo.

* Sim, provavelmente há exceções, mas elas não são relevantes.

— Oliver
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A resposta mais simples que você pode dar é que, para cada elétron que sai de uma extremidade do fio, outro elétron é "empurrado" na outra extremidade do fio. Portanto, mesmo que haja um "fluxo" de elétrons, o fio não perde elétrons (sem perda líquida)!

— Guill
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