No, no son electrones que “fluyen” en un cable eléctrico. De hecho, los electrones ni siquiera son el único portador de carga eléctrica. La energía es transportada por una onda electromagnética que se mueve por el cable. La energía se agota, en el sentido de que viaja desde la fuente, y luego se convierte en calor, luz, movimiento mecánico, etc., pero los electrones no son la energía. La energía no se pierde , se convierte. Pero ciertamente no permanece en los cables de transmisión.
La razón por la que los electrones en el cable no están agotados es porque realmente no van a ninguna parte. Más bien, la fuente de energía (supongamos un generador mecánico por simplicidad), está literalmente convirtiendo energía mecánica en energía electromagnética, y esa energía se mueve por el cable.
Piense en ello como ondas en un estanque cuando perturba el agua golpeándola o arrojándole una piedra. Ahora imagine poner un batidor de huevos y girar la manivela en el batidor de huevos. Mientras sigas girando esa manivela, estarás creando ondas en el estanque (también conocido como ondas de energía). Parte de la energía de los músculos en movimiento se transfiere a las ondas en el agua y luego se transporta a través del agua. Cuando deja de moverse, dejarán de generarse nuevas ondas.
Mientras tanto, algunas moléculas de agua se han desplazado, y sí, las moléculas de agua desempeñaron un papel en la propagación de la energía a través de las ondas, pero las moléculas de agua no transportaron la energía al viajar físicamente desde el punto a al punto b.
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O piense en una analogía con las ondas sonoras. Cualquier sonido que escuche es una onda de presión fluctuante / vibrante en el aire, similar a las ondas en el estanque, como resultado de una perturbación. Las ondas sonoras transportan energía. Esta energía, como ejemplo, moverá el diafragma en un micrófono permitiendo que el sonido se amplifique o grabe, aunque ni una sola molécula de aire haya viajado físicamente desde la fuente del sonido hasta el micrófono. Los sonidos débiles son ondas de presión relativamente mansas que nos permiten comunicarnos, escuchar música, escuchar el peligro remoto en nuestro camino, todo para nuestro beneficio. Una bomba, por otro lado, produce ondas de presión (sonido) tan poderosas que esas ondas pueden destruir un edificio.
Los electrones en un circuito de CA se mueven lentamente de un lado a otro sin ir realmente a ningún lado. Los electrones en un circuito de CC derivan, muy lentamente (no más de centímetros por minuto), contra la dirección de la corriente. Esto se debe a que la carga eléctrica se mueve desde el terminal positivo al terminal negativo, pero los electrones, que tienen una carga negativa, son atraídos hacia el terminal positivo, en contra de la dirección de la carga en movimiento.
Lo que realmente se mueve y transporta energía por el cable es un campo EM.
La energía que detecta un probador eléctrico sin contacto no es solo un efecto secundario derrochador de la corriente eléctrica. Es corriente eléctrica. El cargador de su teléfono inteligente inalámbrico es otra prueba de esto, al igual que todos los casos de inducción electromagnética (incluso dentro del transformador fuera de su casa).
Los campos electromagnéticos, como sabemos, son un fenómeno de fotones. La luz, las ondas de radio, la corriente eléctrica, son fundamentalmente lo mismo. La electricidad y el magnetismo son dos manifestaciones de precisamente el mismo fenómeno. No existe un campo eléctrico sin un campo magnético, y no existe un campo magnético sin un campo eléctrico.
Considere un imán (los imanes se usan para toda la generación de energía eléctrica aparte de la solar). Si intentas presionar los extremos positivos de dos imanes, sentirás una fuerte fuerza empujando contra ti, aunque los imanes no se toquen. ¿Qué está haciendo el empuje? Fotones! Sí, exactamente de lo que está hecha la luz. De hecho, literalmente, es la luz la que está separando esos imanes (o uniéndolos si se juntan los polos norte y sur). Los electrones en el material (generalmente un metal) emiten y reabsorben continuamente fotones. Esto produce un campo electromagnético (EM) alrededor del imán.
Los electrones y los fotones tienen una relación íntima. Toda la luz proviene de electrones excitados que expulsan fotones. Si los electrones son extremadamente energéticos (calientes), los fotones expulsados serán rayos gamma, rayos X o luz ultravioleta. Si los electrones son menos energéticos, los fotones serán de color verde o microondas.
La interacción entre fotones y electrones se manifiesta de varias maneras en el universo. Los objetos exhiben color porque los electrones de valencia externa en los átomos absorben fotones, lo que aumenta la energía de los electrones y los fuerza a un orbital más alto (y el átomo se calienta). El electrón quiere volver a su orbital natural, más estable, y hace exactamente eso cuando arroja energía al expulsar un fotón. Cada elemento expulsa fotones a una frecuencia distinta, y ahí lo tienes: color. Estoy evitando intencionalmente hablar sobre el color creado por los efectos de pozo cuántico, aquí.
Lo que nos lleva de vuelta al cable eléctrico. Cuando ese cable conduce corriente eléctrica, los electrones en el cable absorben y reemiten fotones por todo el cable, transmitiendo la energía a lo largo del cable. Ya hemos establecido que este es un comportamiento normal para los electrones. En su mayor parte, los fotones no escapan completamente del cable, por lo que la mayor parte de su energía se retiene a lo largo del cable. El poder es transmitido por la luz.
Los electrones en sí mismos, si bien son un portador de carga particularmente eficaz relacionado con su movilidad dentro de la estructura cristalina del metal, no están bajando el cable a casi la velocidad de la luz. ¿Son los electrones móviles y se desplazan dentro de la red cristalina del metal? Ellos si. Pero es el campo electromagnético creado por los fotones que se mueve a una velocidad cercana a la luz por el cable y empuja toda esa energía.