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Solución:
Los electrones que alcanzan el terminal positivo, de hecho, permanecen allí. La diferencia de potencial entre los dos terminales empuja los electrones desde el ánodo negativo hacia el cátodo positivo. Cuando un electrón llega al cátodo, permanece allí para igualar el desequilibrio de carga original entre los dos nodos. Cuando la reacción electroquímica redox que sostiene el movimiento de los electrones se equilibra, el movimiento se detendrá y la batería “morirá”.
Como muestra el diagrama, los dos terminales están conectados por un “puente de sal”. Pero el puente de sal está diseñado específicamente para evitar que los electrones fluyan directamente del ánodo al cátodo. Entonces, los electrones solo pueden fluir a través del circuito.
La batería es un electrolito y los iones positivos pueden moverse en ella en lugar de los electrones. De manera similar a la corriente de huecos en semiconductores, el flujo dirigido de tales iones complementa el flujo de electrones en el alambre.
Aquí, los pares electrón-catión se crean en un electrón de la batería y se recombinan en el otro (puede ver que un electrodo se destruye mientras que algo de material se deposita en el otro simplemente pasando una corriente a través del agua salada).
El flujo opuesto de cargas positivas en la batería / semiconductor es exactamente igual a la corriente continua de los electrones en el conductor. Puede pensar en la carga positiva que se mueve en una dirección como la corriente de cargas negativas que se mueve en la dirección opuesta.
Otras respuestas simplemente le dicen que (un pequeño pulso de) corriente de iones se produce primero en la batería. Crea la diferencia de voltaje entre el ánodo y el cátodo. Esto provoca una corriente de electrones en el cable. Los electrones se detienen en el electrón positivo, reduciendo así el voltaje. La batería restaura el voltaje empujando más iones positivos a ese electrodo. El flujo de estos iones es la corriente que se pierde.
Samama, has descubierto un concepto erróneo que promueven los libros para niños. Enseñan que las baterías son un tipo extraño de condensador, con cero corriente en el electrolito. Nos dicen que una placa de la batería está suministrando electrones y la otra placa es un almacén de electrones “usados”.
Eso es un montón de basura.
De hecho, la ruta de la corriente eléctrica pasa por la batería, a través del electrolito, luego vuelva a salir. Por cada bit de carga que sale de un terminal de la batería, la misma carga siempre debe fluir a través de la batería, y la misma carga también debe fluir hacia el otro terminal. Una batería es un buen conductor; un cortocircuito. La carga total dentro de una batería nunca cambia. (Cuando una batería se “descarga”, pierde combustible químico, no se carga).
En otras palabras, las baterías son bombas de carga. No son fuentes de carga eléctrica, como tampoco una bomba de agua puede generar agua o almacenar agua.
¿Los electrones fluyen a través del electrolito? No necesariamente, y ahora también ha descubierto por qué usamos “amperios” o “corriente convencional”. La corriente eléctrica no está hecha de electrones. En cambio, está hecho de iones positivos, iones negativos, protones y sí, electrones. El tipo de cargas que fluyen depende del tipo de conductor. Para ocultar toda esta complejidad, ignoramos el flujo real de cargas y solo observamos los amperios. Los protones fluyen en la misma dirección que los amperios y los electrones fluyen hacia atrás. Esconde los protones, esconde los electrones … y ahora estás pensando como un ingeniero eléctrico o un físico. Pero si quiere entender las baterías, necesita el punto de vista químico y físico.
En muchas baterías, los electrones fluyen en las partes metálicas, ¡pero solo los protones fluyen en el electrolito! La deriva de protones es una corriente eléctrica perfectamente válida, e incluso puede ser una corriente enorme (por ejemplo, en las baterías de los automóviles, se producen allí cientos de amperios de flujo de protones).
Aquí hay una vista simplificada: durante una corriente eléctrica en un circuito, los amperios dentro del electrolito de la batería están hechos de protones que fluyen hacia atrás. En el electrodo negativo, violentas reacciones químicas desgarran el agua en átomos individuales. Se libera oxígeno, pero los átomos de hidrógeno tienen cada uno un electrón arrancado, y estos electrones son empujados hacia la superficie del metal, cargándola negativamente. A los átomos de hidrógeno les falta su electrón, por lo que se han convertido en iones de hidrógeno positivos + H. El electrolito es un buen conductor y todos los iones de hidrógeno + H son atraídos por la otra placa distante. Fluyen a través del electrolito (muchos amperios). Luego, en la otra placa, los iones de hidrógeno + H se combinan con los electrones de la superficie del metal. Se gasta algo de energía y se produce gas hidrógeno neutro. Y en total, si hay un amperio en los alambres metálicos, debe haber un amperio de flujo de iones en el electrolito.
Lo anterior es una descripción de las pilas de combustible y también de las baterías de plomo-ácido. En estos, la corriente eléctrica en el electrolito es un flujo de protones. (Los iones positivos + H tienen otro nombre: PROTÓN).
Si, en cambio, desea evitar esta deriva de carga hacia atrás, con todas las cargas canceladas y la división del agua, solo mire las baterías alcalinas. En estos, los iones móviles son iones -OH, no protones positivos. Podemos verlos como electrones que se montan en un trozo de una molécula de agua. En ese caso, todo el circuito eléctrico es un flujo de carga negativa, incluida la corriente en el agua entre las placas. (Pero esa no es una regla universal, y otras baterías tienen flujos de protones en su lugar. O, si hace una batería simple con agua salada, entonces tiene dos flujos opuestos en el electrolito, los iones positivos + Na que pasan por el -Cl iones, ambos al mismo tiempo).
Pero, ¿por qué deberían fluir las cargas?
En otras palabras, ¿por qué las baterías tienen voltaje? Ah, esa explicación viene de la química. Ocurre porque la reacción en la placa negativa es violenta, enérgica, exotérmica y espontánea. ¡Pon un poco de metal en el agua y el agua ataca! Esta reacción es la fuente de energía de la batería.
Las baterías son algo así como el fuego: están “quemando” algunos combustibles químicos, bombeando una corriente eléctrica que puede impulsar un dispositivo externo y dejando algunos productos de desecho. ¡Cada batería es como una pequeña planta de energía, completa con llamas y una caldera y algunos imanes giratorios con bobinas! Bueno no exactamente. En cambio, las baterías se parecen más a pequeñas máquinas VandeGraaff, son bombas de carga mecánicas impulsadas por una química exotérmica espontánea. En el terminal negativo, las reacciones que producen energía están obligando a que las cargas eléctricas se muevan a través de la región de contacto metal / agua. (En lugar de ser exotérmica, la mayor parte de la energía de las reacciones químicas termina como electromagnetismo, como energía almacenada en campos electrónicos).
Es casi mágico, porque si el circuito externo se rompe, ¡¡¡Las violentas reacciones espontáneas cesan !!! Es como tener una planta de energía donde, si rompes las conexiones eléctricas, todo se detiene instantáneamente y el combustible deja de quemarse. Aún más mágico: si forzamos a las cargas a fluir hacia atrás a través de la planta de energía, ¡los productos químicos de desecho se vuelven a convertir en combustible! (Por ejemplo, en una pila de combustible, el agua no se quema, formando hidrógeno y oxígeno).
Si desea adentrarse en la ciencia de las baterías, algunas palabras clave a seguir son: “Helmholtz Double Layer”. Ahí es donde ocurre toda la magia, en una capa delgada como una molécula donde el agua toca el electrodo negativo de la batería. También busque “Mecanismo de Grotthuss”, que es el fenómeno poco discutido en el que los protones fluyen a través del agua como una corriente eléctrica. (¡Eh, todos los libros de texto de la escuela primaria en la tierra deberían enseñarnos sobre el efecto Grotthuss! En cambio, pretenden que el agua salada dentro de las baterías es un aislante).
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