¿Cuál es la velocidad de los electrones en un conductor?

No se sabe a ciencia cierta cuánto es. Un grupo de ingenieros de la Universidad de Córdoba (Argentina) hicieron alrededor de 1974 mediciones con corriente contínua que indicaban que los electrones no se mueven dentro de un conductor.

En corriente alterna los electrones vibran pero no se mueven. Lo que se transmite a distintas velocidades es la ENERGÍA. Unicamente en corriente contínua se puede hablar de la velocidad del electrón en un sólido, llamada "velocidad de arrastre" ("drift" en inglés).

La transmisión de energía puede ocurrir inicialmente a velocidades muy bajas debido a la inductancia que tienen todos los circuitos. Se llama "constante de tiempo", que es el cociente entre la resistencia óhmica y la inductancia del circuito. La capacidad entre los conductores también influye. Esto hace que el flujo de energía pueda tardar un tiempo considerable en establecerse de forma permanente. Se le llama también "tren de ondas".

- Para los capacitores: T = R x C

- Para los inductores: T = L / R

Aparentemente, la energía se transmite a velocidad infinita, UNA VEZ QUE ALCANZA EL ESTADO PERMANENTE. Cada vez que hay un cambio de carga, hay una demora para que el circuito recobre un estado de equilibrio.

Para los que cuestionan que pueda haber velocidades infinitas, recordemos que en una guía de ondas la "velocidad de fase" puede superar la velocidad de la luz, hasta el infinito. Lo que ocurre que es que esa velocidad ocurre sólo en estado estacionario. Los "frentes de onda" se tranmiten a la "velocidad del grupo", que es bastante menor que la velocidad de la luz.

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"porque cuando entran electrones en un extremo de un conductor, salen en el otro, SIN RETARDO (a la velocidad de la luz)"

¿Cómo? Me temo, Oscar, que no entiendes demasiado bien el concepto de corriente eléctrica.

La corriente en un conductor es producida por un campo eléctrico E, que impulsa las cargas libres (electrones) con una fuerza F = −eE. La corriente eléctrica parece establecerse de un modo instantáneo pero NO porque los electrones de desplacen muy rápido por el conductor SINO porque todos los electrones del conductor son "arrastrados" simultáneamente por un campo eléctrico. Como ha explicado Mirko, los electrones que entran por el extremo de un conductor NO son los mismos que salen por el otro extremo...

De hecho, la velocidad de desplazamiento (o de deriva) de los electrones en un conductor es muy baja ya que, en su movimiento, los electrones colisionan continuamente con los iones fijos de la estructura cristalina del conductor y, en consecuencia, son desviados continuamente de su trayectoria. La pérdida de energía que experimentan en estos choques equivale, en promedio, a una fuerza de rozamiento.

Por ejemplo, la velocidad de desplazamiento de los electrones en un alambre de cobre es v = 0,03 mm/s. Esto significa que, cuando se establece una corriente eléctrica en un hilo de cobre, los electrones de conducción del cobre avanzan sólo 0,03 mm cada segundo! Si pudiéramos visualizar los electrones en un tramo de cobre AB, veríamos que un montón de electrones entran por el extremo A y, simultáneamente, otro montón DISTINTO de electrones sale por el extremo B. Tanto los electrones en A como los electrones en B se mueven por el conductor con una velocidad de desplazamiento v = 0,03 mm/s.

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"Entonces, si salen electrones sin retardo (en la otra punta), cuánto tiempo le lleva ubicarse uniformemente, supongamos un conductor de 1 km"

Da igual que el conductor sea de 1m, 1 km o 1000 km. Una vez establecida la corriente eléctrica mediante una diferencia de potencial, todos los electrones de conducción se desplazan a una velocidad efectiva y constante de v = 0,03 mm/s. Para cierto tramo de conductor AB, tenemos electrones que continuamente van entrando por el extremo A y electrones que continuamente van saliendo por el otro extremo B. Pero en cierto instante de tiempo los electrones que entran por A *NO* son los mismos que los que salen por B. Naturalmente, en su lento avance por el conductor, los electrones que entran por A acabarán saliendo por B. Si el tramo de conductor mide, por ejemplo, L = 1 m, el tiempo que tarda un electrón que entra por A en salir por B obviamente será:

∆t = L/v = 1000 mm / 0,3 mm/s ≈ 333 s ≈ 5' 30''

Pero esto NO significa que la corriente entre A y B tarde 5' 30'' en establecerse. No hay ningún retardo porque en esos 5' 30'' continuamente han estado saliendo electrones por B, precisamente aquellos electrones que se encontraban entre A y B.

Y OLVÍDATE ya de una vez por todas de que "los electrones se desplazan a la velocidad de la luz" porque es rotundamente FALSO: ninguna partícula con masa en reposo m ≠ 0 puede jamás viajar a v = c.

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Rafa escribió:

"Siempre supuse que, tratándose de campos electromagnéticos, la velocidad de la electricidad sería igual a la velocidad de la luz"

No, Rafa, NO se trata de campos electromagnéticos SINO de electrones moviéndose por un conductor, que es algo muuuy distinto.

Por último, os estáis cargando la Relatividad al suponer que los electrones pueden alcanzar la velocidad de la luz. Jamás oí tal cosa y, desde luego, jamás se ha observado tal cosa. Sería una noticia bomba que se detectaran electrones con velocidad v = c, pues esto refutaría nada menos que la RE y la RG.

Señores, ¡¡NO confundan los electrones con los fotones NI la electricidad con la luz!!

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Oscar: sigues sin comprender nada, es exasperante.

> La electricidad ***NO*** es una onda electromagnética SINO justamente una corriente de electrones.

> La analogía de la ola es una mala analogía porque las olas son ondas pero la electricidad NO.

> Preguntar por el "frente de onda" de una corriente eléctrica no tiene ningún sentido porque —repito por trillonésima vez— una corriente eléctrica NO es una onda.

Te lo explicaré con manzanas...

Realiza el siguiente experimento en tu casa con ayuda de tus hijos y/o nietos.

Consigue una manguera de plástico de 1/2 pulgada, y una bolsa de canicas de vidrio de tamaño estándar ~1/2 pulgada.

En un tramo de 10 pulgadas metes 20 canicas y ya no cabe otra. Ese tramo de 10 pulgadas es nuestro conductor y las canicas dentro de la manguera son los electrones de conducción. Para hacer pasar corriente por nuestro conductor insertarás una canica en un extremo de la manguera, inmediatamente notarás que una canica sale por el lado opuesto..

¿Esa canica viajó a una velocidad muy grande para salir del otro lado?

Por supuesto que no. El empuje que le diste a la canica para meterla a la manguera hace las veces de campo eléctrico, la velocidad de los portadores de carga (canicas) es pequeña, pero los efectos en el otro extremo del conductor son casi inmediatos.

El hacer este experimento puede ayudarte a entender como funciona la corriente directa.

Saludos y manos a la obra!!

Bueno, yo opino:

cuando se activa un circuito, los electrones no viajan de un punto hacia otro,puesto que si lo hicieran demorarian un "monton" de tiempo.

al activarse un circuito, se establece una diferencia de potencial, que implica un campo electrico, los electrones que se movian antes de la activacion, en direcciones aleatorias, ahora se mueven en una direccion, pero en todo el trayecto, chocan y chocan y chocan....

se mueven con la llamada...."velocidad de arrastre" del orden de 10 a la menos 4

haciendo calculos tardarian 1 hora y media solo en desplazarse 1 metro ¡

entonces, porque se prende el foco???..(el foco no se prende por que la electricidad lo permite, claro esta, sino por el llamado efecto joule ( electrones chocan, y hay energia que se libera por irradiacion))

bueno, hay electrones en todo el cuerpo del conductor, hasta en los que estan cerca a la resistencia, se abre el circuito, se establece la diferencia de potencial y esta afecta a todos los electrones del conductor, tanto a los que estan cerca, cerquisimo a la resistencia -foco como los que estan lejos de este.

mi opinion.

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Como bien te dicen, la velocidad de los electrones en el conductor es baja.

Ahora bien, cuando uno envía corriente por un conductor, no es el mismo electrón el que entra y el que sale, sino que es otro, de la misma manera que sucede con el aire: cuando uno habla, a la otra persona le llega el efecto, pero no necesariamente la misma materia. La velocidad de desplazamiento de esas partículas de aire será relativamente baja, mientras que el sonido viaja a su velocidad, sin necesidad de que las moléculas de aire que golpeen tus oídos hayan estado alguna vez en mi boca.

En el caso de un impulso eléctrico, lo que viaja a la velocidad de la luz (en el medio) es la perturbación en el campo electromagnético, que en realidad lo hace por fuera del conductor. La dirección de propagación puede encontrarse con el vector de Poynting.

Creo haberlo dicho varias veces y no se cual es el problema en visualizarlo.

No se necesita realizar un estudio muy complicado ni responder en términos complejos.

Esta pregunta es sencilla para quienes tuvimos que lidiar con la electricidad durante nuestra etapa de preparación profesional.

La velocidad de la electricidad depende directamente de la velocidad del establecimiento del campo eléctrico causante del desplazamiento de las cargas.

Un campo eléctrico se refiere a ondas electromagnéticas y como las ondas electromagnéticas se desplazan a la misma velocidad que la luz, pues....

El tiempo que tarda en llegar la electricidad al otro extremo del conductor de tu ejemplo es igual a la velocidad de la luz.

Lo que hay que diferenciar es que el primer electrón que entra al conductor no es el primero en salir. De hecho se trata de electrones bien diferentes.

Pero hay que tener en consideración que una cosa es la velocidad del establecimiento de la corriente eléctrica y otra muy diferente es la velocidad a la que un electrón se desplaza por el conductor.

Esa velocidad depende de varios factores a saber: La sección del cable, la rectitud del conductor, la densidad de corriente y la cantidad de electrones libres en el conductor.

Una velocidad típica de desplazamiento es de 0,07 cm/s.

Este es, realmente, el orden de magnitud de la velocidad de arrastre de los electrones libres en los conductores. La razón es que, para que pase un ampére a través de la sección de cualquier hilo, los electrones no necesitan moverse de prisa porque hay muchos en cada unidad de volumen.

Si de esta forma no se ve la realidad dejame poner un ejemplo un tanto infantil.

Tenemos un tubo de plástico transparente (a sólo efecto de ver que pasa dentro) lleno de bolitas. De boca a boca.

En el preciso instante en que introducimos una nueva bolita por un extremo, sale una por el extremo opuesto.

Podemos afirmar que la bolita viajó a la velocidad de la luz por el tubo ?

De ninguna manera !

Lo mismo sucede con los electrones en un conductor.

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La velocidad de los electrones y las cargas eléctricas en general es muy baja, del orden de cm/s. De todos modos lo que se mueve a la velocidad de la luz es el campo, no las cargas, y las cargas están distribuidas en todo el cable, por lo que se mueven todas a la vez, no es que entren en el cable y salgan, sino que ya están todas en el cable. Creo que es esto lo que preguntas.

En corriente alterna todas las cargas del cable oscilan alrededor de un punto a 50 Hz, y en continua se mueven en una dirección completando el circuito, pero en ambos casos la velocidad es muy baja.

Queda muy claro al leer tu excelente pregunta, que normalmente no pensamos en ello pues por error obviamos considerarlo, a pesar de ser tan importante. Pero al leer tu pregunta uno se pone a pensar, luego lee las diferentes respuestas también muy relevantes, y en especial al leer la de Love (siempre muy exacto y docente), llega a la inexorable conclusión: los electrones jamás se moverán a una velocidad de v = c

Pero el argumento de Rafa tiene un condimento interesante, pero para llevarlo a un ejemplo más específico:

Imaginemos un "alambre conductor" de 300 000 km (hipotético). Yo cierro el correspondiente interruptor para enviar energía eléctrica, y al mismo tiempo hago un destello luminoso. En el otro extremo del alambre conductor se percibirá el destello de luz transcurrido un segundo, pero ¿a cuántos segundos tendremos energía eléctrica en ese otro extremo?

Pues dejando de lado el caso de los electrones independientes (que Love ya explicó), la cuestión principal es A QUÉ VELOCIDAD VIAJA LA ELECTRICIDAD.

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La creencia de que la velocidad de los electrones en los conductores de las

instalaciones eléctricas es la velocidad de la luz está muy extendida.parece tener su origen en la relación confusa que quizá se establece entre la velocidad de las ondas electromagnéticas, que sí es la velocidad de la luz, porque la luz son ondas electromagnéticas, y la velocidad

de arrastre de los electrones que dan lugar a la corriente eléctrica en los

conductores metálicos.Conductor eléctrico es cualquier cuerpo que tenga cargas libres. El número de cargas libres por unidad de volumen, que designaremos por n, se llama densidad de cargas libres. Los metales son los mejores conductores por que tienen muchos electrones libres. Por ejemplo, en el cobre hay, al menos,8 .45 por 10 a la 22 electrones libres por centímetro cúbico.La densidad de electrones libres del resto de los metales es del mismo orden de

magnitud.

Si a través de una superficie pasan cargas eléctricas, se dice que hay corriente eléctrica a través de esa superficie. La carga que pasa cada segundo se llama intensidad a través de esa superficie. Si la superficie es perpendicular al movimiento de las cargas, la intensidad que atraviesa cada unidad de superficie es la densidad de corriente j. La velocidad v con que se mueven las cargas que

originan la corriente se llama velocidad de arrastre de las cargas libres. Esta es la velocidad de la que, erróneamente, se cree que es igual a la velocidad de la luz

Los electrones libres que atraviesan la superficie S cada segundo son los que están dentro del conductor. Si el número de los que hay en cada unidad de volumen es n, para hallar los que hay dentro del cilindro basta multiplicar el volumen del cilindro por n. Ese número es, por tanto, Svn, que es el número de electrones que cada segundo atraviesan S. La

carga que atraviesa S cada segundo, es decir, la intensidad por S, se obtiene

multiplicando por la carga q del electrón: Svnq. Dividiendo por S se obtiene el

módulo de la densidad de corriente: j = qnv

Esta fórmula es suficiente para mostrar la imposibilidad de que la velocidad de los electrones

de los conductores de las instalaciones eléctricas sea la de la luz.

Coincide con la fórmula de Einsten, de lo contrario la relatividad no seria cierta, la orden para que los electrones del extremo opuesto del conductor eléctrico se muevan, llega a la velocidad de la luz, la orden la constituye el campo magnético.

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Los electrones tienen que circular por el interior metálico, donde existen campos magnéticos y partículas, por eso van lentos.

depende del conductor...y de el largo de este...si es una señal baja en un conductor largo...la señal puede perderse por el camino debido a la resistencia de este. y en lo personal...pienso que el factor temperatura también influye.