“Lo bueno de los estándares es que hay muchos de ellos para elegir”. —Andrew S. Tanenbaum, profesor de informática
Carga de electrones positiva y negativa
Cuando Benjamin Franklin hizo su conjetura sobre la dirección del flujo de carga (desde la cera lisa hasta la lana rugosa), estableció 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 forma gratuita, y que se desplazan de la lana a la cera, no de la cera a la lana, cuando esas dos sustancias se frotan. Esta es la razón por la cual se dice que los electrones tienen una carga negativa : porque Franklin asumió que la carga eléctrica se movía en la dirección opuesta a la que realmente tiene, por lo que los objetos que llamó “negativos” (que representan una deficiencia de carga) realmente tienen Un exceso de electrones.
Para 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 los electrones se consideraron “positivos” tendría más sentido al referirse a la carga “en exceso”. Usted ve, 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 tan 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” (suponiendo la misma conjetura incorrecta de la posición de 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 carga de electrones parece estar al revés. Debido a esto, muchos ingenieros decidieron retener el viejo concepto de electricidad con “positivo” que se refiere 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 conoce como notación flujo de electrones :
En la notación de flujo convencional, mostramos el movimiento de carga de acuerdo con las etiquetas (técnicamente incorrectas) de + y -. De esta manera, 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 imaginaria de corriente (flujo convencional) o 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 vs 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 físicos de 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 ciertas maneras. 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 en la operación. Las lámparas incandescentes (del tipo que utiliza un filamento de metal delgado que brilla al rojo vivo con suficiente corriente), por ejemplo, producen luz con la misma eficiencia independientemente de la dirección de la corriente. Incluso funcionan bien en corriente alterna (CA), donde la dirección cambia rápidamente con el tiempo. Los conductores y los interruptores también operan independientemente de la dirección actual. 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 componentes no polarizados . Por el contrario, cualquier dispositivo que funcione de manera diferente en corrientes de diferente dirección se llamaría un dispositivo polarizado .
Hay muchos dispositivos polarizados de este tipo utilizados en circuitos eléctricos. La mayoría de ellos están hechos de las sustancias llamadas semiconductores , y como tales no se examinan en detalle hasta el tercer volumen de esta serie de libros. Al igual que los interruptores, lámparas y baterías, cada uno de estos dispositivos se representa en un diagrama esquemático con un símbolo único. Como se 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 las notaciones competitivas del flujo de electrones y convencional realmente importan. Debido a que los ingenieros de hace mucho tiempo se han asentado en el flujo convencional como la notación estándar de su “cultura”, y porque los ingenieros son las mismas personas que inventan los dispositivos eléctricos y los símbolos que los representan, todas las flechas utilizadas en los símbolos de estos dispositivos apuntan 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 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:
Ubicado dentro de un circuito de batería / lámpara, su funcionamiento es el siguiente:
Cuando el diodo está orientado en la dirección adecuada 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 se encenderá.
Si etiquetamos la corriente del circuito usando la notación de flujo convencional, el símbolo de flecha del diodo tiene mucho 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 la dirección verdadera del recorrido de electrones alrededor del circuito, la simbología de flecha del diodo parece hacia atrás:
Solo por esta razón, muchas personas optan por hacer del flujo convencional su notación de elección al dibujar la dirección del movimiento de carga en un circuito. Si no por otra razón, los símbolos asociados con componentes semiconductores como los 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, “solo recuerden que los electrones en realidad se mueven hacia el otro lado” cada vez que la verdadera dirección del movimiento de los electrones se convierte en un problema.
¿Debería usar flujo de corriente convencional o flujo de electrones?
Ambos modelos producirán resultados precisos si se usan de manera consistente, 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 cualquiera 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 mayor a menor voltaje “.
HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS: