Fluxo de elétrons versus convencional

“O bom dos padrões é que existem muitos deles para escolher. ” —Andrew S. Tanenbaum, professor de ciência da computação

Carga de elétrons positivos e negativos

Quando Benjamin Franklin fez sua conjectura sobre a direção do fluxo de carga (da cera lisa à lã áspera), ele abriu um precedente para a notação elétrica que existe até hoje, apesar do fato de sabermos que os elétrons são as unidades constituintes da carga, e que eles são deslocados da lã para a cera - não da cera para a lã - quando essas duas substâncias são esfregadas uma na outra. É por isso que se diz que os elétrons têm um negativo carga:porque Franklin presumiu que a carga elétrica se moveu na direção oposta ao que realmente acontece, e então os objetos que ele chamou de “negativos” (representando uma deficiência de carga) na verdade têm um excedente de elétrons.

Quando a verdadeira direção do fluxo de elétrons foi descoberta, a nomenclatura de "positivo" e "negativo" já estava tão bem estabelecida na comunidade científica que nenhum esforço foi feito para mudá-la, embora chamar elétrons de "positivos" tornasse mais sentido ao se referir a carga “excessiva”. Veja, os termos “positivo” e “negativo” são invenções humanas e, como tal, não têm significado absoluto além de nossas próprias convenções de linguagem e descrição científica. Franklin poderia ter facilmente referido um excesso de carga como "preto" e uma deficiência como "branco", caso em que os cientistas falariam de elétrons com uma carga "branca" (assumindo a mesma conjectura incorreta da posição da carga entre a cera e lã).

Notação de fluxo convencional

No entanto, como tendemos a associar a palavra “positivo” com “excedente” e “negativo” com “deficiência”, o rótulo padrão para carga eletrônica parece invertido. Por causa disso, muitos engenheiros decidiram manter o antigo conceito de eletricidade com “positivo” se referindo a um excesso de carga e rotular o fluxo de carga (corrente) de acordo. Isso ficou conhecido como fluxo convencional notação:

Notação de fluxo de elétrons

Outros optaram por designar o fluxo de carga de acordo com o movimento real dos elétrons em um circuito. Esta forma de simbologia ficou conhecida como fluxo de elétrons notação:



Na notação de fluxo convencional, mostramos o movimento da carga de acordo com os rótulos (tecnicamente incorretos) de + e -. Dessa forma, os rótulos fazem sentido, mas a direção do fluxo de carga está incorreta. Na notação de fluxo de elétrons, seguimos o movimento real dos elétrons no circuito, mas os rótulos + e - parecem estar para trás. Importa, realmente, como designamos o fluxo de carga em um circuito? Na verdade, não, contanto que sejamos consistentes no uso de nossos símbolos. Você pode seguir uma direção imaginada de corrente (fluxo convencional) ou real (fluxo de elétrons) com igual sucesso no que diz respeito à análise de circuito. Conceitos de tensão, corrente, resistência, continuidade e até mesmo tratamentos matemáticos, como a Lei de Ohm (capítulo 2) e as Leis de Kirchhoff (capítulo 6) permanecem válidos com qualquer estilo de notação.

Notação de fluxo convencional versus notação de fluxo de elétrons

Você encontrará notação de fluxo convencional seguida pela maioria dos engenheiros elétricos e ilustrada na maioria dos livros de engenharia. O fluxo de elétrons é visto com mais frequência em livros introdutórios (este está se afastando dele, no entanto) e nos escritos de cientistas profissionais, especialmente físicos do estado sólido que estão preocupados com o movimento real dos elétrons nas substâncias. Essas preferências são culturais, no sentido de que certos grupos de pessoas acharam vantajoso imaginar o movimento da corrente elétrica de certas maneiras. Como a maioria das análises de circuitos elétricos não depende de uma descrição tecnicamente precisa do fluxo de carga, a escolha entre a notação de fluxo convencional e a notação de fluxo de elétrons é arbitrária. . . quase.

Polarização e não polarização

Muitos dispositivos elétricos toleram correntes reais em qualquer direção, sem diferença na operação. Lâmpadas incandescentes (o tipo que utiliza um filamento de metal fino que brilha intensamente com corrente suficiente), por exemplo, produzem luz com igual eficiência, independentemente da direção da corrente. Eles até funcionam bem em corrente alternada (CA), onde a direção muda rapidamente com o tempo. Condutores e interruptores também operam independentemente da direção da corrente. O termo técnico para essa irrelevância de fluxo de carga é não polarização . Poderíamos dizer então, que lâmpadas incandescentes, interruptores e fios são não polarizados componentes. Por outro lado, qualquer dispositivo que funcione de maneira diferente em correntes de diferentes direções seria chamado de polarizado dispositivo.

Existem muitos desses dispositivos polarizados usados ​​em circuitos elétricos. A maioria deles é feita do chamado semicondutor substâncias e, como tal, não são examinados em detalhes até o terceiro volume desta série de livros. Como interruptores, lâmpadas e baterias, cada um desses dispositivos é representado em um diagrama esquemático por um símbolo único. Como se pode imaginar, os símbolos de dispositivos polarizados normalmente contêm uma seta dentro deles, em algum lugar, para designar uma direção preferida ou exclusiva da corrente. É aqui que as notações concorrentes de fluxo convencional e de elétrons realmente importam. Porque os engenheiros de muito tempo atrás se estabeleceram no fluxo convencional como a notação padrão de sua "cultura" e porque os engenheiros são as mesmas pessoas que inventam dispositivos elétricos e os símbolos que os representam, as setas usadas nos símbolos desses dispositivos apontam todas para o direção do fluxo convencional, não fluxo de elétrons . Ou seja, todos os símbolos desses dispositivos têm marcas de seta que apontam contra o fluxo real de elétrons através deles.

Talvez o melhor exemplo de um dispositivo polarizado seja o diodo . Um diodo é uma "válvula" unilateral para corrente elétrica, análoga a uma válvula de retenção para quem está familiarizado com sistemas hidráulicos e de encanamento. Idealmente, um diodo fornece fluxo desimpedido para a corrente em uma direção (pouca ou nenhuma resistência), mas impede o fluxo na outra direção (resistência infinita). Seu símbolo esquemático é parecido com este:



Colocado dentro de um circuito de bateria / lâmpada, seu funcionamento é o seguinte:



Quando o diodo está voltado na direção correta para permitir a corrente, a lâmpada acende. Caso contrário, o diodo bloqueia o fluxo de corrente como uma quebra no circuito, e a lâmpada não acenderá.

Se rotularmos a corrente do circuito usando a notação de fluxo convencional, o símbolo da seta do diodo faz todo o sentido:a ponta da seta triangular aponta na direção do fluxo de carga, de positivo para negativo:



Por outro lado, se usarmos a notação de fluxo de elétrons para mostrar o verdadeiro direção da viagem do elétron ao redor do circuito, a simbologia da seta do diodo parece invertida:



Só por essa razão, muitas pessoas optam por fazer do fluxo convencional sua notação de escolha ao desenhar a direção do movimento da carga em um circuito. Se não por outro motivo, os símbolos associados a componentes semicondutores como diodos fazem mais sentido dessa maneira. No entanto, outros optam por mostrar a verdadeira direção da viagem do elétron, de modo a evitar ter que dizer a si mesmos, "lembre-se de que os elétrons são na verdade movendo-se para o outro lado ”sempre que a verdadeira direção do movimento do elétron se torna um problema.

Você deve usar fluxo de corrente convencional ou fluxo de elétrons?

Ambos os modelos produzirão resultados precisos se usados ​​de forma consistente, e são igualmente “corretos” na medida em que são ferramentas que nos ajudam a entender e analisar circuitos elétricos. No entanto, no contexto da engenharia elétrica, a corrente convencional é muito mais comum. Este livro usa corrente convencional, e qualquer pessoa que pretenda estudar eletrônica em um ambiente acadêmico ou profissional deve aprender a pensar naturalmente na corrente elétrica como algo que flui de voltagem mais alta para voltagem mais baixa. ”

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