Pauli en los conductores

[Avicarlos]

Pauli en los conductores

Me pregunto cómo se cumple la exclusión de Pauli, si la aplicamos a una corriente eléctrica a través de un conductor.

Independiente del aislante del conductor, su resistividad característica del material, permite una velocidad determinada de transmisión. Aunque pudiera en teoría llegarse a alcanzar casi la de la luz, los conductores usuales industriales vienen a dar el promedio de 114.000 km/s. Y las resistencias, cero.
A pesar de llamar corriente a la transmisión de energía por medio de electrones, éstos realmente no realizan más viaje que el salto de orbital de un átomo al próximo.

Los átomos se tocan constituyendo el material del conductor, pero de natural, los electrones no se intercambiarían por su propia repulsión, de modo que un agente externo, un Generador, se ocupa de amedrentarlos.
Un empujón, a tenor del grado potencial del Generador, obliga al salto del primer electrón al próximo átomo. El invadido, haciendo caso a Pauli, ni corto ni perezoso, no disponiendo de energía suficiente para repeler al intruso, opta por abandonar su orbital lanzándose con el mismo ímpetu a la orbital de sus vecinos, que repiten el acto transmitiéndolo sucesivamente hasta el receptor final.

Si el camino se intercepta con un dielectro, capaz de resistir la tensión del Generador, cesan ipso facto los saltos de orbítales ya que se mantiene la repulsión y los electrones no disponen de escapatoria.

A lo mejor funciona así. O decidme cómo.

Saludos de Avicarlos.

[Alex]

Independiente del aislante del conductor, su resistividad característica del material, permite una velocidad determinada de transmisión. Aunque pudiera en teoría llegarse a alcanzar casi la de la luz, los conductores usuales industriales vienen a dar el promedio de 114.000 km/s. Y las resistencias, cero.

Aqui me parece que hay un traspies con los ceros... La velocidad media de los electrones libres en un conductor puede calcularse a partir del teorema de equipartición. El resultado es el mismo que el correspondiente a la molecula de un gas ideal en el que la masa del electron sustituye a la masa molecular en la ecuacion: Vmedia=RAIZ(3RT/M) de la teoria cinetica de los gases.

Por ejemplo a una temperatura T=300K, la velocidad media cuadrática será: Vm = RAIZ(3kT/Melectron) = RAIZ CUADRADA[3*(1,38*10^-23)*300/(9,11*10^-31)]=1,17*10^5 m/s que dista mucho de los 114000 km/s que mencionas. Ten en cuenta que los electrones van circulando por un conductor... La velocidad asi calculada puedes considerarla poco mas o menos como la velocidad media de los electrones libres, en cualquier conductor.

Saludos

[Avicarlos]

La velocidad que incluí, era como media porque así la hallé, aunque no dijera en qué consistían los conductores experimentados. Es evidente que entre cero (parados, sin circular) y velocidad c, (inalcanzable por partículas másicas), dispondríamos de la velocidad media de c / 2 y los 114.000 ni siquiera llegan a esta media.
Me hace suponer que tomaron también las velocidades de los superconductores que éstos sí, casi alcanzan c.
Tampoco hablé de temperaturas. La intención del tema es constatar como Pauli está presente también en los conductores eléctricos. La obediencia de los electrones.

Saludos de Avicarlos.

[Alex]

La velocidad que incluí, era como media porque así la hallé, aunque no dijera en qué consistían los conductores experimentados. Es evidente que entre cero (parados, sin circular) y velocidad c, (inalcanzable por partículas másicas), dispondríamos de la velocidad media de c / 2 y los 114.000 ni siquiera llegan a esta media.
Me hace suponer que tomaron también las velocidades de los superconductores que éstos sí, casi alcanzan c.

Da la impresión de que estes comparando la velocidad de los electrones en un conductor con la velocidad de la luz, y esto es incomparable. Como mucho los electrones circulan a 117.000 m/s por un conductor y de ninguna manera es pensable que puedan alcanzar velocidades de 114.000 Km/s. ni en conductores ni en superconductores.

Los átomos se tocan constituyendo el material del conductor, pero de natural, los electrones no se intercambiarían por su propia repulsión, de modo que un agente externo, un Generador, se ocupa de amedrentarlos.

Esto habria que matizarlo mucho porque en un conductor, los electrones libres se mueven de forma totalmente aleatoria, (casi de forma natural) debido tan solo a la energía térmica,(en mi anterior post, te decia que con tan solo 300 K, circulan a 117.000 m/s) es decir, no hace falta ningun generador para que estos electrones vayan de atomo en atomo circulando placidamente, eso si, lo hacen de forma aleatoria por lo tanto iran en todas direcciones y el resultado neto es que no se han movido!! ya que no se ha transportado carga neta, de un punto a otro del conductor, al circular cada electron a su libre albedrio. El generador, lo que hace es poner un cierto orden en la circulación y que todos los electrones circulen en la misma dirección.

Un empujón, a tenor del grado potencial del Generador, obliga al salto del primer electrón al próximo átomo. El invadido, haciendo caso a Pauli, ni corto ni perezoso, no disponiendo de energía suficiente para repeler al intruso, opta por abandonar su orbital lanzándose con el mismo ímpetu a la orbital de sus vecinos, que repiten el acto transmitiéndolo sucesivamente hasta el receptor final.

Mas que empujarlo ya hemos visto que lo que hace es dirigir el sentido de la circulación para que puedan transportar carga neta de un punto a otro del conductor. Seria muy dificil arrancar un electron de una capa interna del atomo, se necesitaria tanta energia o mas que la produciria la propia corriente electrica. Los electrones responsables de la corriente electrica son electrones libres, que por decirlo de alguna manera no podrian identificarse con un atomo en concreto. Por lo que en esta situacion el principio de Pauli no tiene mucho sentido.

Saludos

[Avicarlos]

Esto habria que matizarlo mucho porque en un conductor, los electrones libres se mueven de forma totalmente aleatoria, (casi de forma natural) debido tan solo a la energía térmica,(en mi anterior post, te decia que con tan solo 300 K, circulan a 117.000 m/s) es decir, no hace falta ningun generador para que estos electrones vayan de atomo en atomo circulando placidamente, eso si, lo hacen de forma aleatoria por lo tanto iran en todas direcciones y el resultado neto es que no se han movido!! ya que no se ha transportado carga neta, de un punto a otro del conductor, al circular cada electron a su libre albedrio. El generador, lo que hace es poner un cierto orden en la circulación y que todos los electrones circulen en la misma dirección.

Mas que empujarlo ya hemos visto que lo que hace es dirigir el sentido de la circulación para que puedan transportar carga neta de un punto a otro del conductor. Seria muy dificil arrancar un electron de una capa interna del atomo, se necesitaria tanta energia o mas que la produciria la propia corriente electrica. Los electrones responsables de la corriente electrica son electrones libres, que por decirlo de alguna manera no podrian identificarse con un atomo en concreto. Por lo que en esta situacion el principio de Pauli no tiene mucho sentido.

Saludos

De tu explicación me surgen dos dudas más, aceptándo que el artículo que me dió la velocidad de 114, a saber si se refería por errata a m / s o, a km / hora.

-Conforme en que arrancar electrones de capas orbitales inferiores, ofrece gran dificultad por la energía que se precisa, pero las externas, se hallan próximas a saltar libres. Tú mismo indicas que con poca temperatura se logra y además el efecto fotoeléctrico, también lo tenemos presente, no siendo energías desmesuradas las que lo logran.

-Si el Generador, lo único que hace es de guardia de la circulación, casi que se corresponde la velocidad de giro con la mayor cantidad de electrones que se ven obligados a saltar por centrifugación.

Saludos de Avicarlos.

[Alex]

-Si el Generador, lo único que hace es de guardia de la circulación, casi que se corresponde la velocidad de giro con la mayor cantidad de electrones que se ven obligados a saltar por centrifugación.

Bueno en realidad el generador lo que hace es mantener un diferencial de potencial entre dos puntos de un circuito y esta diferencia de potencial ejerce una fuerza sobre las cargas del conductor.
Si imaginamos un trozo de cable de cobre de 10 metros de longitud por ejemplo, los electrones de la última capa del cobre estan circulando libremente por todo el cable, pero como ya vimos en el post anterior, lo hacen al azar por lo que no se produce una corriente electrica o lo que es lo mismo un flujo de electrones que transportan carga neta de un extremo a otro del cable (la velocidad vectorial media es nula). Estos electrones se desprenden de sus átomos por el simple efecto de la temperatura ambiente y conforme mas temperatura adquiera el cable mas rapidos se moveran.

Si ahora aplicamos un campo electrico, por ejemplo conectando el cable a una bateria, o a un generador, que originan una diferencia de potencial a lo largo del cable, los electrones libres experimentarán una aceleración instantanea debido a la fuerza -eE del campo, adquiriendo una cierta velocidad (pequeña) en sentido opuesto al del campo. Esta energía cinética que adquieren, se verá disipada por los choques con los iones "fijos" del cable. Los electrones serán nuevamente acelerados y chocarán con mas iones,... y nuevamente vueltos a acelerar. Entonces, el resultado neto de esta aceleracion y disipacion de energia cinetica, es que los electrones poseen una pequeña "velocidad de desplazamiento" (la velocidad vectorial ya no es cero) que se superpone a su velocidad grande, pero aleatoria de origen térmico que ya hemos aludido.

Este movimiento es muy similar a las moleculas de un gas, por ejemplo el aire. Cuando el aire esta en calma, las moleculas se mueven con gran velocidad instantanea entre choques, pero la velocidad vectorial media del aire es cero. Si ahora se levanta una ligera brisa, las moleculas del aire tienen una pequeña VELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO en la dirección de la brisa, superponiendose a la a las velocidades instantaneas que son mucho mayores.

Saludos

[Avicarlos]

A por otra: Al deambular eleatoriamente los electrones libres, ¿no lo hacen esquivándose, o jugando al gato y el ratón?.

Saludos de Avicarlos.

[Alex]

Al deambular eleatoriamente los electrones libres, ¿no lo hacen esquivándose, o jugando al gato y el ratón?.

Por supuesto que se moveran siguiendo el comportamiento previsto de la atraccion/repulsion de cargas, o sea, trataran de evitarse entre ellos y se sentiran atraidos por los iones del material conductor. Por eso el movimiento propio de cada uno de estos electrones es caotico, lo mismo iran para un lado que para el contario, para arriba que para abajo... y el macroresultado, será que no se han desplazado aunque este constantemente moviendose y ademas con velocidades nada despreciables.
Saludos.

[Avicarlos]

Al fin tenemos un concepto compartido plenamente. Ahora Alex, ¿sabrías explicar en términos campechanos como usé yo, el motivo de las explosiones de los transformadores?.

Fallos de cálculos de su construcción, o de su uso.

Saludos de Avicarlos.

[Alex]

¿sabrías explicar en términos campechanos como usé yo, el motivo de las explosiones de los transformadores?.

Pues la verdad es que no, aunque lo más probable es que sea por un uso inadecuado... pero no sabría decirte. El caso es que son artilugios muy simples y seguros, sobre todo los que se construyen para transportar la corriente eléctrica desde las centrales a las ciudades y de las ciudades a las viviendas. Seguramente los transformadores domésticos, tanto de alta como de baja, sean mas proclives a quemarse por un mal uso o por deterioro del nucleo de hierro, o las bobinas... no lo se. A ver si alguien nos lo aclara.

Saludos