En la velocitat de deriva, quan un electró arriba al terminal positiu d'una bateria, què està fent aquest electró?
Abans de discutir el comportament dels electrons en les bateries, cal tenir clars uns quants conceptes. El moviment dels electrons dins d'una bateria implica reaccions electroquímiques i flux de corrent. Els electrons es comporten de manera diferent dins d'una bateria que en un conductor pur, com ara un fil metàl·lic. A continuació, es presenten algunes explicacions bàsiques pel moviment dels electrons en una bateria:
El principi de funcionament bàsic de les bateries
Hi ha dos electrodos dins de la bateria, un és negatiu (ànoda) i l'altre és positiu (càtode). En el procés de descàrrega, l'electrode negativa s'oxida i allibera electrons, mentre que l'electrode positiva absorbeix electrons. Aquests electrons flueixen des de l'electrode negativa cap a l'electrode positiva a través d'un circuit extern, formant així una corrent elèctrica.
El moviment dels electrons en una bateria
Flux d'electrons durant la descàrrega
Ànoda: A l'electrode negativa, una reacció electroquímica provoca que els electrons es treuin de l'àtom i aquests electrons s'acumulen a l'electrode negativa.
Circuit extern: Els electrons flueixen des del terminal negatiu cap al terminal positiu a través del circuit extern (el fil que connecta el terminal negatiu amb el terminal positiu) per completar la conducció de la corrent.
Càtode: A l'electrode positiva, els electrons són absorbits per la reacció electroquímica i participen en la reacció de reducció.
Moviment d'ions a l'electrolit
A més del flux d'electrons en el circuit extern, també hi ha un moviment d'ions a l'electrolit. Els cations (ions carregats positivament) es mouen des de la part negativa cap a la part positiva, i els anions (ions carregats negativament) es mouen des de la part positiva cap a la part negativa. Aquest moviment d'ions és necessari per mantenir l'equilibri de càrrega dins de la bateria.
Quan els electrons arriben a l'extrem positiu de la bateria
Quan els electrons viatgen a través d'un circuit extern fins a l'electrode positiva de la bateria, participen en la reacció electroquímica de reducció que es produeix a l'electrode positiva. Per ser específics:
Participació en una reacció: Els electrons són acceptats per una substància química a l'electrode positiva i participen en una reacció electroquímica de reducció, com ara la reducció d'ions metàl·lics.
Equilibri de càrrega: L'entrada d'electrons ajuda a mantenir l'equilibri de càrrega a l'electrode positiva, evitant que l'electrode positiva es torni excessivament positiva.
Lliberació d'energia: En aquest procés, la transferència d'electrons va acompanyada de la lliberació d'energia química, que es pot utilitzar per finalitats externes, com ara fer funcionar un motor elèctric o il·luminar una bombolla.
Resum del comportament dels electrons
De negatiu a positiu: Durant la descàrrega de la bateria, els electrons flueixen des del terminal negatiu cap al terminal positiu a través d'un circuit extern.
Participació en reaccions químiques: Un cop l'electron arriba a l'electrode positiva, participa en la reacció de reducció a l'electrode positiva.
Conversió d'energia: L'energia elèctrica es converteix en altres formes d'energia (com ara l'energia mecànica o la llum) mitjançant la transferència d'electrons.
Aspectes a tenir en compte
Cal tenir en compte que, quan es parla del comportament dels electrons, sovint es pren una visió macroscòpica i es descriu el comportament d'un gran nombre d'electrons, en lloc del comportament d'un sol electron. En els processos físics reals, el comportament d'electrons individuals és molt més complex i implica els principis de la mecànica quàntica.
Conclusió
Quan els electrons arriben a l'electrode positiva de la bateria, participen en una reacció de reducció a l'electrode positiva, ajudant a mantenir l'equilibri de càrrega i convertint energia en el procés. Aquest comportament dels electrons és una part central de com funcionen les bateries, permetent-les proporcionar energia a circuits externs.
