Frage:
Wie kann Elektrizität positiv sein, wenn Elektronen negativ sind?
THOMSETHOM
2019-09-06 00:07:22 UTC
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Ich verstehe nicht, wie eine Batterie beispielsweise positiv geladen werden kann, wenn die Elektronen negativ geladen sind.Ich habe gelesen, dass Protonen positiv sind, sich aber nicht bewegen können, also ist die gesamte Elektrizität negativ?

Was meinst du mit "positiv geladen"?.... was meinst du mit "alle Elektrizität"?... redest du über elektrischen Strom?
(Ich liebe es, wie aus einer einfachen Frage hitzige Diskussionen werden können.) Zum OP: Sie sollten eine Kopie von "Matter & Interactions" von Bruce Sherwood und Ruth Chabay, 3. Ausgabe oder später, kaufen.Sehr gut präsentierte Physik in Bezug auf Elektronik.
Als Philosoph verstand Ben Franklin, dass die "Richtung" keine Rolle spielte;Das Denken und Experimentieren ging voran.
@analogsystemsrf Ich bin froh, dass er keine Flugzeuge oder Schusswaffen entworfen hat!
Sechs antworten:
#1
+20
DKNguyen
2019-09-06 00:12:36 UTC
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Bevor ich beantworte, was meiner Meinung nach wirklich Ihre Frage ist, muss ich Ihnen sagen, wie die Spannung relativ ist:

Ein Atom hat Protonen im Kern, die von Elektronen umkreist werden. Wenn die Zahlen gleich sind, heben sich die positiven und negativen Ladungen auf und die Ladung ist Null.

Angenommen, wir beginnen mit zwei Terminals. Jedes Terminal hat eine Nettoladung von Null. Es gibt die gleiche Anzahl umlaufender Elektronen wie Protonen im Kern an beiden Terminals. Dies bedeutet auch, dass keiner der Anschlüsse relativ zueinander positiv oder negativ ist.

Wenn Sie einige Elektronen von den Atomen in einem Terminal abreißen und sie in Bahnen um die Atome im anderen Terminal schieben, wird das Terminal, das Elektronen verloren hat, positiver und das Terminal, das Elektronen gewonnen hat, relativ zueinander negativer.

Die positive Ladung beruht also auf Protonen und die negative Ladung auf Elektronen. ABER wichtig ist, dass Sie verstehen, dass sich die Protonen NICHT bewegen, sowieso nicht unabhängig vom Kern (das wäre eine Kernreaktion). Sie erzeugen keine positive Ladung, indem Sie Protonen bewegen

Sie erzeugen sowohl positive als auch negative Ladungen, indem Sie Elektronen bewegen, um das Ungleichgewicht von Elektronen und Protonen zu beseitigen. Infolgedessen ist es oft nützlicher, sich eine positive Ladung als einen Mangel an Elektronen vorzustellen, als einen Überschuss an Protonen, da Sie Elektronen manipulieren, nicht Protonen.

NOTE: Einige Leute haben darauf hingewiesen, dass Wasserstoffionen, im Grunde genommen nur der Wasserstoffkern, der nur ein Proton ist, sich gut bewegen und überall ein Positiv tragen können. Sie können, aber der Unterschied hier ist, dass das Proton bereits frei war. Es wurde nicht aus einem Kern herausgerissen und dann verschoben, um eine positive Ladung von einem Ort zum anderen zu bewegen. Diese Zerreißaktion ist eine nukleare Reaktion.

Wenn Sie drei verschiedene Terminals hatten:

  1. Einer mit einem Gleichgewicht von Protonen und Elektronen
  2. Einer mit weniger Elektronen als Protonen.
  3. Einer mit mehr Elektronen als Protonen.
  4. ol>

    Dann wäre # 2 immer noch positiver als # 1 und # 3 wäre immer noch negativer als # 1, obwohl # 1 keinen Überschuss an irgendetwas hat (Nettoladung von Null). Es ist alles relativ.

    Das heißt, wenn Sie drei Terminals hatten:

    A. Eine mit einem Gleichgewicht von Protonen und Elektronen

    B. Eine mit mehr Elektronen als Protonen

    C. Eine mit noch mehr Elektronen als Protonen.

    Dann wäre B relativ zu C positiv, aber negativ zu A. Es ist alles relativ. Ob etwas positiv oder negativ ist, hängt ganz davon ab, woran Sie es messen.

    Die Spannung von etwas relativ zu sich selbst ist immer Null, weil es so ist, als würde man den Meeresspiegel in Bezug auf den Meeresspiegel messen. Es spielt keine Rolle, wie hoch der Meeresspiegel letztendlich ist, er ist immer gleich sich selbst, sodass die Messung relativ zu sich selbst immer Null ist.

    Now, um Ihre eigentliche Frage zu beantworten: Wir sagen nicht, dass Strom positiv ist. Wir sagen auch nicht, dass ein Akku positiv geladen ist. Vergessen Sie nicht, dass eine Batterie sowohl einen positiven als auch einen negativen Anschluss hat und alles relativ ist.

    Es ist wahrscheinlicher, dass die Masse / 0 V in Ihrem Stromkreis als Bezugspunkt gewählt wurde, an dem alle anderen Spannungen gemessen wurden. Dann wurde der Minuspol der Batterie an diesen Punkt angeschlossen, und die Leute möchten nicht immer "relativ zur Masse" sagen, also sagen sie einfach, dass die Batterie positiv ist. Es ist durchaus möglich, eine zweite Batterie in der Schaltung zu haben, in der der Pluspol mit Masse verbunden ist, um eine negative Stromversorgung bereitzustellen.

    Bei der Analyse der meisten Schaltkreise tendieren wir dazu, dem Stromfluss zu folgen, als ob Elektrizität positive Ladungen sind, die sich bewegen, während in Wirklichkeit Elektronen (die eine negative Ladung haben) fließen.

    Dies liegt daran, dass frühe Wissenschaftler früh davon ausgegangen sind, dass der Ladungsträger positiv ist, und als sie ihren Fehler herausfanden, war er zu tief verwurzelt und würde zu viel Arbeit erfordern, um ihn zu beheben, sodass er stecken blieb. Für die meisten Schaltkreise spielt dies keine Rolle, da die meisten Schaltkreise Elektronen haben, die sich durch ein Meer von Nukleusen bewegen, in denen Protonen vorhanden sind. Daher ist es mathematisch äquivalent, dass sich eine positive Ladung in die entgegengesetzte Richtung der negativen Ladung bewegt.

    Aber es ist in einigen Dingen wichtig, in denen diese mathematische Äquivalenz nicht der Fall ist, wie in Vakuumröhren und in der Halbleiterphysik, in denen es tatsächlich darauf ankommt, dass sich eine negative Ladung bewegt.

    Zum Beispiel haben Sie in einem Draht diese Kupferkerne, die Protonen enthalten, die diese positive Ladung liefern, wenn kein Elektron vorhanden ist, um sie auszugleichen und eine Nettoladung von Null zu erzeugen. Mathematisch gesehen bewegen sich Elektronen in die entgegengesetzte Richtung der positiven Ladung, die durch "Abwesenheit des Elektrons" erzeugt wird. Es ist die "Abwesenheit des Elektrons", die sich in die entgegengesetzte Richtung des Elektrons bewegt (nicht das Proton, weil sich das Proton nicht bewegt). Aber in einer Vakuumröhre haben Sie ein Vakuum. In diesem Vakuum befinden sich keine Kerne oder Protonen. Wenn sich ein Elektron wegbewegt, bleibt kein Proton zurück, um eine positive Nettoladung zu erzeugen. Sie haben buchstäblich einen negativen Ladungsträger (das Elektron), der sich durch das Vakuum bewegt.

    Es ist dumm. Ich hasse es.

Sie verwechseln ernsthaft die Dichte der Ladungsträger mit ihrer Energie (Spannung).In Ihrem Beispiel mit drei Anschlüssen sind die positiven und negativen Anschlüsse ladungsneutral, aber das ** Energieniveau ** der Ladungsträger ist unterschiedlich.Protonen und andere positiv geladene Atomkerne können sich tatsächlich bewegen.Zum Beispiel Alpha-Partikel, die in frühen DRAMs Störungen verursachten.Oder Brennstoffzellen.
Die Ladung ist ** kein ** relativer Wert wie die Spannung.Die Ladung ist eine absolute Größe und wird in Coulomb gemessen.Die durch ein Coulomb dargestellte Ladungsmenge entspricht einer bestimmten, genauen Anzahl von Elektronen.
@ElliotAlderson Ich versuche es so zu halten, wie es das OP versteht.Dies ist für ihn wahrscheinlich bereits ein Informationsspeicherauszug.
Aber Sie beschreiben Dinge, die völlig falsch sind.Ich denke, du machst die Sache nur noch schlimmer.
@ElliotAlderson Sie können den Beitrag jederzeit bearbeiten und das Wort Ladung durch etwas ersetzen, das Elektronen, Löcher, Strom und Spannung miteinander verbindet, die für das OP noch verständlich sind.
@ElliotAlderson Ich habe einige direkte Verweise darauf entfernt, dass Ladung relativ ist, aber es wird Sie wahrscheinlich nicht befriedigen, da Ladung immer noch sehr häufig verwendet wird, um auf die Spannung zu verweisen, die erzeugt wird, wenn einzelne Elektronen bewegt werden.
"Die Protonen bewegen sich nicht, sowieso nicht unabhängig vom Kern (das wäre eine Kernreaktion)."<- Protonen in Form von H + -Ionen bewegen sich in biologischen Systemen und in der Säure-Base-Dynamik ständig.:-)
@R .. Heh, das ist ein Fall von Singularität, bei dem der Kern das Proton ist und sonst nichts: P.
Für den letzten Absatz positiv bewertet.
Sie scheinen die Tatsache zu ignorieren, dass Sie H + -Ionen sehr glücklich abfeuern können;und es würde immer noch elektrischen Strom erzeugen, wenn sich Ladung bewegt.Ich denke, ungefähr die Hälfte dieser Antwort ist entweder falsch oder irreführend.
@UKMonkey Außer, dass eine H + -Ionenzahl sowohl ein Proton als auch ein Kern für sich ist.Es ist nicht nur ein Proton, das sich unabhängig von seinem Kern bewegt.Sie versuchen (zumindest konventionell) nicht, einen Strom zu erzeugen, indem Sie Protonen aus dem Atomkern herausreißen und an einen anderen Ort verschieben.Sie haben auch keine Übertragung von Protonenbolzen, die sich bewegen, wenn ein Blitz auftritt.Gibt es irgendwo, wo sich Protonenströme bewegen?Vielleicht in so etwas wie einem Teilchenbeschleuniger oder Sternereignissen?Würden wir es Strom nennen?Vielleicht, aber ich glaube nicht, dass wir das tun würden.
@DKNguyen würde gerne hören, wie Sie es sonst nennen würden, da es sich um eine Ladungsbewegung handelt.Ihre "Maybes" sind "sicher".Es gibt auch radioaktive Zerfälle.Zugegeben, Sie werden aufgrund ihrer Größe keine signifikante Spannung oder keinen signifikanten Strom (im Vergleich zu Elektronen) haben können.Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass es sich um die Bewegung der Ladung handelt.
@UKMonkey Ist das wichtig?Weil es mir so scheint, als würden Sie ihn im Zusammenhang mit der Frage des OP nur mit den für ihn im Wesentlichen Randfällen verwechseln.Ich würde zögern, die Bewegung von Protonen als Strom oder Elektrizität zu bezeichnen, da in 99,9% der Fälle davon ausgegangen wird, dass es sich um Elektronen handelt.Sicher, es ist eine Ladungsbewegung, aber die Bewegung von Protonen ist in der Praxis so viel seltener und anders, dass es ein wichtiges Detail ist, nicht darauf aufmerksam zu machen.Ich würde es Protonenfluss oder sich bewegende Ionen oder ähnliches oder sogar Strahlung für Alpha-Teilchen nennen
#2
+15
hacktastical
2019-09-06 02:34:45 UTC
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Der Stromfluss als "positiv" bis "negativ" ist eine Konvention, die vor der Theorie der geladenen Teilchen liegt. Zum einen Ben Franklin beschuldigen: https://whyy.org/articles/does-our-confusing-electrical-nomenclature-start-with-ben-franklins-theory/

Etwa 150 Jahre nach Franklin, als die Elektronentheorie entstand (JJ Thomson und andere), machte dies die Dinge verwirrend, da eindeutig gezeigt wurde, dass der Mechanismus des Ladungstransfers die Bewegung von Elektronen ist. Noch später haben wir mit der Halbleitertheorie Konzepte wie „Lochfluss“ erfunden, um dies zu korrigieren.

Trotzdem ist es einzigartig unbefriedigend, zwischen dem Nachdenken über den Elektronenfluss und den Stromfluss hin und her wechseln zu müssen. Die Analyse der Funktion von Batterien, Vakuumröhren, Solarzellen, elektrochemischen Reaktionen, Halbleitern und Hochspannungsgeneratoren beruht auf einem Verständnis des Elektronenflusses. Der Begriff des konventionellen Stromflusses von positiver Ladung zu negativer Ladung bleibt jedoch bestehen.

Fürchte dich nicht. Solange Sie konsistent sind und die richtigen Vorzeichen haben, funktioniert die Mathematik.

BONUS: xkcd (danke @JonRB)

enter image description here

obligatorische XKCD https://xkcd.com/567/
Ich denke, das beantwortet die Frage nicht wirklich.Wenn die elektrische Ladung von Elektronen als positiv definiert worden wäre, könnte OP immer noch fragen: "Wie kann Elektrizität * negativ * sein, wenn Elektronen * positiv * sind?".Außerdem: Löcher sind keine Erfindung, um diese unglückliche historische Definition zu korrigieren.Sie werden insbesondere zur Erklärung der Halbleiterphysik benötigt.Und auch dort würde eine andere Definition des Vorzeichens der Elementarladung nicht dazu beitragen, das Konzept der Löcher zu vermeiden (was überhaupt kein schlechtes oder unglückliches Konzept ist).
@Curd "OP könnte immer noch fragen" Wie kann Elektrizität negativ sein, wenn Elektronen positiv sind? ": Nun, nur wenn Elektrizität immer noch allgemein als in die entgegengesetzte Richtung der Elektronen fließend interpretiert wurde ... was ich irgendwie bezweifle, dass dies der Fall wäreWenn Elektronen als positiv geladen definiert würden, würde dies zwar andere Dinge durcheinander bringen, da bei den effizienteren (daher üblichen) Halbleiterbauelementen vom N-Typ der Quellstift in vielen Schaltkreisen nicht mehr mit dem Referenzknoten identisch wärewürde den idealen High-Side-Switch sowohl in seiner Einfachheit als auch in seiner Effizienz zu einem NMOS machen.
@DKNguyen: Ich meine, selbst wenn die Elementarladung (von Elektronen) positiv definiert wäre und der gemeinsame elektrische Strom so definiert wäre, dass er in die gleiche Richtung wie der Elektronenfluss verläuft, würde es an Batterien positive und negative Anschlüsse geben.Noch Körper könnten positiv oder negativ geladen werden und noch OP könnte fragen ....
#3
+2
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2019-09-06 01:51:18 UTC
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Die erzeugte Leistung ist unabhängig von der Spannungspolarität DC oder AC -ve Polarität.

Lastleistung ist per Definition + ve Verlustleistung.

Der Stromfluss erfolgt nach IEEE-Konvention von V + nach V-, unabhängig davon, ob der Elektronenfluss in entgegengesetzter Richtung verläuft.Dies dient einer logischeren Analyse mit KVL, KCL und somit zeigen alle Messgeräte diese Strompolarität an.Die detaillierten Gründe spielen keine Rolle.

Hey, lass Ben Franklin nicht vom Haken für dieses Problem "konventioneller Strom gegen Elektronenfluss".Ich bin in 'Murica und ich beschuldige ihn bei jeder Gelegenheit.:) :)
@ElliotAlderson Ich dachte, es geht zurück auf Volta und die ersten Batterien - eine 50/50-Chance und es war der falsche Weg ... aber so lange wir alle das gleiche System verwenden, dann funktioniert es ...
#4
+2
Crowley
2019-09-06 19:56:51 UTC
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  • Der Akku ist normalerweise nicht positiv geladen. Es wird geladen (es besteht eine Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen) oder entladen (keine Spannung zwischen den Klemmen). Wenn es positiv geladen ist, bedeutet dies, dass der Anschluss an die Erde mit einem Leiter zu einem kurzen Stromfluss durch den Leiter führt. Das kann jedes Objekt.
  • Protonen können sich bewegen. Protonen (Teilchen, die Atomkerne, Kerne bilden) können sich nicht nur in Festkörpern bewegen, in Flüssigkeiten, Gasen und Plasmen können sie sich frei bewegen.
  • Die meisten Elektronen sind an die Kerne gebunden und können sich in Festkörpern auch nicht bewegen. Nur ein kleiner Teil von ihnen kann sich frei bewegen.
  • Strom ist weder positiv noch negativ. Elektrizität ist ein gebräuchliches Wort für "Dinge, die etwas mit Elektronen zu tun haben". Es ist wie Magnetismus, Genetik, Universum ...

Atom / Molekül ist elektrisch neutral. Das heißt, innerhalb seines Volumens entspricht die Nettozahl der Protonen der Anzahl der Elektronen. Ionen / Molekülionen sind geladen. Das bedeutet, dass die Nettozahlen von Protonen und Elektronen nicht übereinstimmen. Das Kation ist ein Ion mit einer höheren Protonenzahl als die Elektronenzahl. Das Anion hat eine niedrigere Protonenzahl als die Elektronenzahl.

Mit anderen Worten, Sie können positive Ladung als Mangel an Elektronen und negative Ladung als Elektronenüberschuss betrachten.

What für den aktuellen Fluss verantwortlich
In Metallen sind die Teilchen, die die Ladung tragen, Elektronen, die sich frei bewegen können, während alle Protonen und die meisten Elektronen durch Metallbindung in ihrer Position verriegelt sind

In Halbleitern sind die Teilchen, die die Ladung tragen, freie Elektronen (dominanter Weg in n-Halbleitern) und Elektronen, die sich von der Wolke eines Atoms zum "Loch" in dem anderen verlagern (dominanter Weg in p-Halbleitern). Aus der Ferne betrachtet scheinen sich in n-Halbleitern in freie negativ geladene Elektronen zu bewegen, in p-Halbleitern scheinen sich die positiv geladenen "Löcher" zu bewegen.

Bei idealen Isolatoren bewegt sich überhaupt keine Ladung.

In Flüssigkeiten - genauer gesagt in wässrigen Salzlösungen oder geschmolzenen Salzen - können sich beide geladenen Teilchen, Kationen und Anionen, frei bewegen, sodass beide zum Gesamtstrom beitragen. Ein Teil des Partikelflusses hat die gleiche Richtung wie der Strom, der andere Teil fließt in direktem Gegensatz. Reines Wasser (demineralisiert, entionisiert) leitet nicht.

Gase gelten als Isolatoren.

Ionisierte Gase, die leiten können, werden Plasma genannt, und sowohl freie Elektronen als auch Ionen tragen zum Nettostrom in einem solchen Medium bei

Battery Charge
Der als geladen geltende Akku wird überhaupt nicht geladen. Hier spielt das begrenzte Vokabular bei vielen Menschen ein schmutziges Wortspiel.

Ich habe gleich zu Beginn eine Bedeutung erwähnt - (Netto-) Ladung ist ein Unterschied zwischen Protonenzahl und Elektronenzahl innerhalb eines bestimmten Volumens - hier die Batterie.

Die andere Bedeutung des Ladens besteht darin, dass der Strom von einem zum anderen fließt, wenn zwei Klemmen verbunden sind. Da die erste Metereinheit als "dieses Protokoll ist einen Meter lang" definiert wurde, wurde definiert, dass (damals abstrakt) positive Ladung vom mit + gekennzeichneten Anschluss zum mit - gekennzeichneten Anschluss fließt.

Eine geladene Batterie bedeutet, dass ihre Nettoladung Null ist, während ein Teil elektronenreich und der andere elektronenarm ist. Beide einzeln bewerteten Teile werden somit in Rechnung gestellt. Die innere Struktur der Batterie verhindert, dass sich die Ladung intern ausgleicht, so dass die Ladung - Entladung - nur über den äußeren Stromkreis ausgeglichen werden kann.

#5
+1
user230364
2019-09-06 03:33:57 UTC
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Es ist historisch.Der Gedanke war, dass in einer Batterie etwas vom kostbareren, wertvolleren Metall zum weniger kostbaren Metall fließen musste.Das erklärt natürlich nicht genau, warum das weniger kostbare Metall korrodiert.

Es stellt sich heraus, dass es im Hinblick auf das Schaltungsdesign weitgehend egal ist, ob Ladung durch positive oder negative oder imaginäre Partikel transportiert wird.Bei Vakuumröhren ist dies jedoch sehr wichtig für die Gestaltung der Einbauten (Sie müssen die Kathode erwärmen, damit sie leicht Elektronen emittiert).Halbleiter sind bereits ambivalenter (Sie können p und n bis zu einem gewissen Grad tauschen, obwohl Elektronenlöcher tendenziell eine größere Mobilität aufweisen als Elektronen).Für Widerstände und sogar Kondensatoren und Magnete ist dies nicht allzu relevant.Die Chemie der Elektrolytkondensatoren muss natürlich richtig gemacht werden.

#6
+1
HiddenWindshield
2019-09-06 20:52:21 UTC
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Sie haben Recht, dass Elektronen negativ und Protonen positiv sind.Sie haben auch Recht, dass nur Elektronen durch einen Leiter fließen können, während Protonen dies nicht können.Was passiert also, wenn alle Elektronen von einer Region wegfließen und die Protonen zurücklassen?

So funktionieren chemische Batterien.Eine Reaktion innerhalb der Batterie entfernt Elektronen vom positiven Anschluss und konzentriert sie auf den negativen.Somit wickelt sich der positive Anschluss mit mehr Protonen als Elektronen auf, während der negative Anschluss mehr Elektronen als Protonen aufweist

Elektrizität beinhaltet Ionenfluss, der sicherlich positiv sein kann.Es gibt viel mehr zu strömen als das, was in einem Kupferdraht passiert
Ionen können fließen, wenn sie sich in einem Gas oder einer Flüssigkeit befinden, aber in einem festen Kupferdraht können Ionen nicht auf sinnvolle Weise fließen.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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