Question:
Comment l'électricité peut-elle être positive lorsque les électrons sont négatifs?
THOMSETHOM
2019-09-06 00:07:22 UTC
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Je ne comprends pas comment une batterie, par exemple, peut-elle être chargée positivement lorsque les électrons sont chargés négativement?J'ai lu que les protons sont positifs mais qu'ils ne peuvent pas bouger, donc tous les électriquement sont-ils négatifs?

qu'entendez-vous par «chargé positivement»?.... qu'entendez-vous par «toute l'électricité»?... parlez-vous de courant électrique?
(J'adore la façon dont une simple question peut se transformer en discussions animées.) Au PO: Vous devriez acheter un exemplaire de, 3e édition ou plus tard, "Matter & Interactions" de Bruce Sherwood et Ruth Chabay.Physique très bien présentée liée à l'électronique.
En tant que philosophe, Ben Franklin a compris que la «direction» n'avait pas d'importance;la réflexion et l'expérimentation ont continué.
@analogsystemsrf Je suis content qu'il n'ait pas conçu des avions ou des armes à feu!
Six réponses:
DKNguyen
2019-09-06 00:12:36 UTC
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F'abord avant de répondre à ce que je pense être vraiment votre question, je vais devoir vous expliquer à quel point la tension est relative:

Un atome a des protons dans le noyau qui est orbité par des électrons. Si les nombres sont égaux, les frais positifs et négatifs s'annulent et les frais sont égaux à zéro.

Supposons que nous commencions avec deux terminaux. Chaque terminal a une charge nette de zéro, il y a le même nombre d'électrons en orbite que de protons dans le noyau aux deux bornes). Cela signifie également qu'aucun terminal n'est positif ou négatif l'un par rapport à l'autre.

Si vous arrachez des électrons des atomes dans un terminal et les mettez en orbite autour des atomes de l'autre terminal, alors le terminal qui a perdu des électrons devient plus positif et le terminal qui a gagné des électrons devient plus négatif l'un par rapport à l'autre.

Donc, la charge positive est due aux protons et la charge négative est due aux électrons, MAIS ce qui est important, c'est que vous compreniez que les protons NE SE DÉPLACENT PAS, de toute façon pas indépendamment du noyau (ce serait une réaction nucléaire). Vous ne produisez pas de charge positive en déplaçant des protons

Vous produisez des charges positives et négatives en déplaçant des électrons pour gâcher le déséquilibre des électrons et des protons. En conséquence, il est souvent plus utile de considérer une charge positive comme un déficit d'électrons plutôt qu'un excès de protons puisque vous manipulez des électrons, pas des protons.

NOTE: Certaines personnes ont souligné que les ions hydrogène, essentiellement juste le noyau d'hydrogène qui est juste un proton, peuvent se déplacer très bien et transporter un positif partout où ils vont. Ils peuvent, mais la différence ici est que le proton était déjà libre. Il n'a pas été arraché d'un noyau, puis déplacé afin de déplacer une charge positive d'un endroit à un autre. Cette action de déchirement est une réaction nucléaire.

Si vous aviez trois terminaux différents:

  1. Un avec un équilibre de protons et d'électrons
  2. Un avec moins d'électrons que de protons.
  3. Un avec plus d'électrons que de protons.

Alors le n ° 2 serait toujours plus positif que le n ° 1, et le n ° 3 serait toujours plus négatif que le n ° 1, même si le n ° 1 n'a pas d'excédent de quoi que ce soit (charge nette de zéro). Tout est relatif.

Cela signifie que si vous aviez trois terminaux:

A. Un avec un équilibre de protons et d'électrons

B. Un avec plus d'électrons que de protons

C. Un avec encore plus d'électrons que de protons.

Alors B serait positif par rapport à C, mais négatif par rapport à A. Tout est relatif. Que quelque chose soit positif ou négatif dépend entièrement de ce que vous mesurez par rapport à.

La tension de quelque chose par rapport à lui-même est toujours nulle, car c'est comme mesurer le niveau de la mer par rapport au niveau de la mer. Peu importe le niveau de la mer, il est toujours égal à lui-même, donc la mesure relative à elle-même est toujours nulle.

Now, pour répondre à votre question actuelle: Nous ne disons pas que l'électricité est positive. Nous ne disons pas non plus qu'une batterie est chargée positivement. N'oubliez pas qu'une batterie a à la fois une borne positive ET une borne négative, et tout est relatif.

Ce qui est plus susceptible de se produire, c'est que la terre / 0V de votre circuit a été choisie comme point de référence par rapport auquel toutes les autres tensions ont été mesurées. Ensuite, la borne négative de la batterie a été connectée à ce point, et les gens ne veulent pas toujours dire «par rapport à la terre» tout le temps, alors ils disent simplement que la batterie est positive. Il est tout à fait possible d'avoir une deuxième batterie dans le circuit où la borne positive est connectée à la terre pour fournir une alimentation négative.

Lors de l'analyse de la plupart des circuits, nous avons tendance à suivre le flux de courant comme si l'électricité était des charges positives en mouvement alors qu'en réalité ce sont des électrons (qui ont une charge négative) qui circulent.

C'est parce que les premiers scientifiques ont supposé que le porteur de charge était positif dès le début et au moment où ils ont compris leur erreur, il était trop enraciné et nécessiterait trop de travail pour le réparer. Cela n'a pas d'importance pour la plupart des circuits parce que la plupart des circuits ont des électrons se déplaçant à travers une mer de noyaux qui ont des protons présents, il est donc mathématiquement équivalent qu'une charge positive se déplace dans la direction opposée de la charge négative.

Mais c'est important dans certaines choses où cette équivalence mathématique n'est pas le cas, comme les tubes à vide et la physique des semi-conducteurs où il importe réellement qu'une charge négative se déplace.

Par exemple, dans un fil, vous avez ces noyaux de cuivre contenant des protons fournissant cette charge positive chaque fois qu'il n'y a pas d'électron pour l'équilibrer pour produire une charge nette de zéro. Donc mathématiquement, les électrons se déplacent dans le sens opposé de la charge positive produite par "l'absence de l'électron". C'est «l'absence de l'électron» qui se déplace dans la direction opposée de l'électron (pas le proton car le proton ne bouge pas). Mais dans un tube à vide, vous avez un vide. Il n'y a pas de noyaux ou de protons dans ce vide. Lorsqu'un électron s'éloigne, il n'y a plus de proton pour produire une charge positive nette. Vous avez littéralement un porteur de charge négative (l'électron) se déplaçant dans le vide.

C'est stupide. Je déteste ça.

Vous confondez sérieusement la densité des porteurs de charge avec leur énergie (tension).Dans votre exemple «à trois bornes», les bornes positive et négative sont neutres mais le ** niveau d'énergie ** des porteurs de charge est différent.Les protons et autres noyaux atomiques chargés positivement peuvent en effet se déplacer.Par exemple, les particules alpha qui ont provoqué des perturbations dans les premières DRAM.Ou des piles à combustible.
La charge n'est ** pas ** une valeur relative comme la tension.La charge est une quantité absolue et elle est mesurée en coulombs.La quantité de charge représentée par un coulomb équivaut à un nombre précis et exact d'électrons.
@ElliotAlderson J'essaie de garder cela d'une manière que l'OP comprend.C'est déjà probablement une décharge d'informations pour lui en l'état.
Mais vous décrivez des choses qui sont complètement fausses.Je pense que vous ne faites qu'empirer les choses.
@ElliotAlderson Eh bien, n'hésitez pas à modifier le message et à remplacer le mot charge par quelque chose qui lie les électrons, les trous, le courant et la tension qui seront toujours compréhensibles pour l'OP.
@ElliotAlderson J'ai supprimé certaines références directes à la charge relative, mais cela ne vous satisfera probablement pas car la charge est encore beaucoup utilisée pour faire référence à la tension produite lorsque des électrons individuels sont déplacés.
"les protons NE SE DÉPLACENT PAS, de toute façon pas indépendamment du noyau (ce serait une réaction nucléaire)."<- les protons, sous forme d'ions H +, se déplacent tout le temps dans les systèmes biologiques et la dynamique acido-basique.:-)
@R .. Heh, c'est un cas de singularité où le noyau est le proton et rien d'autre: P
J'ai voté pour le dernier paragraphe.
Vous semblez ignorer le fait que vous pouvez tirer des ions H + très heureusement;et il produirait toujours un courant électrique car il y a une charge en mouvement.Je pense que la moitié de cette réponse est soit fausse, soit trompeuse.
@UKMonkey Sauf qu'un ion H + compte est à la fois un proton et un noyau en soi.Ce n'est pas seulement un proton se déplaçant indépendamment de son noyau.Vous n'essayez pas (au moins conventionnellement de toute façon) de produire un courant en arrachant des protons au noyau d'un atome et en le déplaçant ailleurs.Vous n'avez pas non plus de transfert de boulons de protons se déplaçant lorsque la foudre se produit.Y a-t-il un endroit où des flux de protons se déplacent?Peut-être dans quelque chose comme un accélérateur de particules ou des événements stellaires?Appellerions-nous cela de l'électricité?Peut-être, mais je ne pense pas que nous le ferions.
@DKNguyen adorerait entendre comment vous l'appelez d'autre, étant donné qu'il s'agit d'un mouvement de charge.Quant à vos "maybes", ils sont "certainement" s.Il existe également des désintégrations radioactives.Certes, vous ne pourrez pas avoir une tension ou un courant significatif (par rapport aux électrons) simplement à cause de leur taille;mais comprendre que c'est le mouvement de la charge est ce qui compte.
@UKMonkey Est-ce cela qui est important?Parce qu'il me semble que, dans le contexte de la question du PO, vous allez simplement le confondre avec ce qui est essentiellement des cas délicats en ce qui le concerne.J'hésiterais à qualifier le mouvement des protons de courant ou d'électricité, car 99,9% du temps, il sera déduit qu'il s'agit d'électrons.Bien sûr, c'est un mouvement de charge, mais le mouvement des protons est tellement plus rare et différent dans la pratique que c'est un détail important sur lequel ne pas attirer l'attention.J'appellerais ça un flux de protons ou des ions en mouvement ou quelque chose comme ça, ou même un rayonnement pour les particules alpha
hacktastical
2019-09-06 02:34:45 UTC
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Le flux actuel de «positif» à «négatif» est une convention antérieure à la théorie des particules chargées. Blâmez Ben Franklin, pour un: https://whyy.org/articles/does-our-confusing-electrical-nomenclature-start-with-ben-franklins-theory/

Quelque 150 ans après Franklin lorsque la théorie des électrons est apparue (JJ Thomson et d'autres), cela a rendu les choses confuses, car il a été clairement démontré que le mécanisme de transfert de charge était le mouvement des électrons. Encore plus tard, avec la théorie des semi-conducteurs, nous avons inventé des concepts tels que le «flux de trous» pour corriger cela.

Pourtant, il est singulièrement insatisfaisant de devoir basculer entre la réflexion sur le flux d'électrons et le flux de courant. L'analyse de la fonction des batteries, des tubes à vide, des cellules solaires, des réactions électrochimiques, des semi-conducteurs et des générateurs haute tension repose tous sur une compréhension du flux d'électrons. Pourtant, la notion de flux de courant conventionnel d'une charge positive à une charge négative persiste.

N'aie pas peur. Tant que vous êtes cohérent et que vous avez les bons signes, le calcul fonctionne.

BONUS: xkcd (merci @JonRB)

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XKCD obligatoire https://xkcd.com/567/
Je pense que cela ne répond pas vraiment à la question.Si la charge électrique des électrons avait été définie, OP positive pourrait encore demander "Comment l'électricité peut-elle être * négative * lorsque les électrons sont * positifs *?".Aussi: les trous ne sont pas une invention pour corriger cette définition historique malheureuse.Ils sont notamment nécessaires pour expliquer la physique des semi-conducteurs.Et là aussi une définition différente du signe de la charge élémentaire ne contribuerait pas à éviter le concept de trous (ce qui n'est pas du tout un concept mauvais ou malheureux).
@Curd "OP pourrait encore se demander" Comment l'électricité peut-elle être négative quand les électrons sont positifs? ": Eh bien, seulement si l'électricité était encore couramment interprétée comme circulant dans le sens opposé de la direction des électrons ... ce que je doute en quelque sorte serait le cassi les électrons étaient définis comme ayant une charge positive. Bien que cela gâcherait d'autres choses, car les dispositifs à semi-conducteurs de type N plus efficaces (donc courants) n'auraient plus maintenant la broche source identique au nœud de référence dans de nombreux circuits.ferait cependant le commutateur haut de gamme idéal en termes de simplicité et d'efficacité, un NMOS.
@DKNguyen: Je veux dire, même si la charge élémentaire (des électrons) était définie, le courant électrique positif et commun était défini comme étant dans la même direction que le flux d'électrons, il y aurait toujours des bornes positives et négatives au niveau des batteries.Les corps fixes pourraient être chargés positivement ou négativement et encore OP pourrait demander ...
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2019-09-06 01:51:18 UTC
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La puissance générée est de polarité -ve, quelle que soit la polarité de la tension DC ou AC.

La puissance de charge est par définition une puissance dissipée + ve.

Le flux de courant va de V + à V- par convention IEEE, indépendamment du fait que le flux d'électrons soit dans la direction opposée.Cela sert une analyse plus logique avec KVL, KCL et donc tous les compteurs indiquent cette polarité actuelle.Les raisons détaillées n'ont pas d'importance.

Hé, ne laissez pas Ben Franklin se débrouiller pour ce problème "courant conventionnel contre flux d'électrons".Je suis à Murica et je lui en veux à chaque occasion.:)
@ElliotAlderson Je pensais que c'était retourné à Volta et aux premières batteries - une chance à 50/50 et c'était dans le mauvais sens ... mais aussi longtemps que nous utilisons tous le même système, cela fonctionne ...
Crowley
2019-09-06 19:56:51 UTC
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  • La batterie n'est généralement pas chargée positivement. Il est chargé (il y a une différence de tension entre ses bornes) ou déchargé (pas de tension entre les bornes). S'il est chargé positivement, cela signifie que le connecter à la terre à l'aide d'un seul conducteur entraîne un court courant dans le conducteur. Tout objet peut le faire.
  • Les protons peuvent bouger. Les protons (particules constituant les noyaux d'atomes, les noyaux) ne peuvent pas se déplacer uniquement dans les solides, dans les liquides, les gaz et les plasmas, ils sont libres de se déplacer.
  • La plupart des électrons sont liés aux noyaux et dans les solides, ils ne peuvent pas non plus se déplacer. Seule une petite partie d'entre eux est libre de se déplacer.
  • L'électricité n'est ni positive, ni négative. L'électricité est un mot courant couvrant les «trucs qui ont quelque chose à voir avec les électrons». C'est comme le magnétisme, la génétique, l'univers ...

L'atome / molécule est électriquement neutre. Cela signifie que dans son volume, le nombre net de protons est égal au nombre d'électrons. L'ion / ion moléculaire est chargé. Cela signifie que le nombre net de protons et d'électrons ne correspond pas. Le cation est un ion avec un nombre de protons supérieur au nombre d'électons, Anion a un nombre de protons inférieur au nombre d'électrons.

En d'autres termes, vous pouvez considérer la charge positive comme un manque d'électrons et la charge négative comme un surplus d'électrons.

Wqui est responsable du flux actuel
Dans les métaux, les particules qui portent la charge sont des électrons qui sont libres de se déplacer tandis que tous les protons et la plupart des électrons sont bloqués dans leur position par une liaison métallique.

Dans les semi-conducteurs, les particules qui transportent la charge sont des électrons libres (voie dominante dans les semi-conducteurs de type n) et des électrons qui se déplacent du nuage d'un atome vers le «trou» de l'autre (voie dominante dans les semi-conducteurs de type p). Lorsqu'on les observe à distance, dans les semi-conducteurs de type n semble que les électrons libres chargés négativement se déplacent, dans les semi-conducteurs de type p, il semble que les «trous» chargés positivement se déplacent.

Dans les isolateurs idéaux, aucune charge ne bouge du tout.

Dans les liquides - solutions aqueuses de sel ou sels fondus pour être plus précis - les particules chargées, les cations et les anions, sont libres de se déplacer et contribuent donc tous deux au courant global. Une partie du flux de particules a le même sens que le courant, l'autre partie s'écoule en opposition directe. L'eau pure (déminéralisée, désionisée) ne conduit pas.

Les gaz sont considérés comme des isolants.

Les gaz ionisés, qui peuvent conduire, sont appelés plasma et les électrons libres et les ions contribuent au courant net dans ce milieu.

Bcharge de la batterie
La batterie considérée comme chargée n'est pas du tout chargée. Ici, le vocabulaire limité joue un jeu de mots sale à de nombreuses personnes.

J'ai mentionné une signification au tout début - la charge (nette) est une différence entre le nombre de protons et le nombre d'électrons dans un volume donné - ici la batterie.

L'autre sens d'être chargé est que lorsque deux terminaux sont connectés, le courant circule de l'un à l'autre. Comme la première unité de mètre était définie comme "ce journal mesure un mètre de long", il a été défini que (à l'époque abstraite) une charge positive circulait du terminal étiqueté + au terminal étiqueté -.

La charge de la batterie signifie que sa charge nette est nulle alors qu'une partie est riche en électrons et l'autre est pauvre en électrons. Les deux parties évaluées individuellement sont donc facturées. La structure interne de la batterie empêche la charge de s'égaliser en interne, donc le seul moyen d'égaliser la charge - la décharge - est via le circuit externe.

user230364
2019-09-06 03:33:57 UTC
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C'est historique.L'idée était que dans une batterie, quelque chose devait couler du métal le plus précieux et le plus précieux au métal le moins précieux.Bien sûr, cela n'explique pas exactement pourquoi c'est le métal le moins précieux qui se corrode.

Il s'avère que dans une large mesure, peu importe que la charge soit transportée par des particules positives ou négatives ou imaginaires en ce qui concerne la conception du circuit.Pour les tubes à vide cependant, cela devient très important pour la conception des composants internes (vous devez chauffer la cathode pour la laisser émettre facilement des électrons).Les semi-conducteurs sont déjà plus ambivalents (vous pouvez dans une certaine mesure permuter p et n bien que les trous d'électrons aient tendance à avoir une plus grande mobilité que les électrons).Pour les résistances et même les condensateurs et les solénoïdes, ce n'est pas si pertinent.La chimie des condensateurs électrolytiques doit être bien faite, bien sûr.

HiddenWindshield
2019-09-06 20:52:21 UTC
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Vous avez raison de dire que les électrons sont négatifs et les protons sont positifs.Vous avez également raison de dire que seuls les électrons peuvent traverser un conducteur, contrairement aux protons.Alors, que se passe-t-il lorsque tous les électrons s'échappent d'une région, laissant les protons derrière?

C'est ainsi que fonctionnent les batteries chimiques.Une réaction interne à la batterie enlève les électrons de la borne positive, les concentrant sur la borne négative.Ainsi, la borne positive s'enroule avec plus de protons que d'électrons, tandis que la borne négative a plus d'électrons que de protons.

l'électricité comprend le flux d'ions, qui peut certainement être positif.Il y a beaucoup plus dans le courant que ce qui se passe dans un fil de cuivre
Les ions peuvent s'écouler lorsqu'ils sont dans un gaz ou un liquide, mais dans un fil de cuivre solide, les ions ne peuvent pas circuler de manière significative.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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