he editado y corregido una de las primeras demostraciones que hice e igual la más liosa por lo simple y compleja pues requiere imaginar un poco con las matemáticas y entender lo que se hace, a ver si ahora esta mejor explicada.
Son el electrón y protón la misma entidad?
La energía electrón en relación a la masa del protón.
Protón y electrón tienen misma carga eléctrica sin embargo sus masas son muy diferentes; siendo la masa del protón casi 2000 veces la masa del electrón.
La masa del protón es la misma magnitud de energía que la carga que tiene el electrón (el cual tiene casi 2000 veces menos masa) y el protón mismo.
La física cuántica afirma que son dos cosas diferentes; que el protón está formado por 3 quarks y que electrón es una partícula fundamental.
Todo lo que existe es energía (e = mC²) y que esta “ni se crea ni se destruye” se cumple siempre según la física asentada.
Así que con las mediciones existentes y aceptadas a día de hoy haré un experimento matemático: calcular la energía de la masa de un protón (e = mC²) para convertirla en electricidad ( joules = vatio × segundo) y ver su equivalencia con el electrón.
¿Puede generar un protón por su masa más electrones con más carga que la del mismo protón?
Eso no tendría mucho sentido, pues, tienen la misma carga aunque opuesta.
Demostración.
H (hidrógeno) Con una masa atómica de 1,00797 u (gramos/mol o uma); tabla periódica.
La proporción entre la masa de un protón y la de un electrón es aproximadamente de 1836 a 1.
H+ (ion) masa 1,00794 (protio) es un protón.
Calculamos la energía en la masa de un mol de protones con la fórmula e = mC²
1 mol de hidrógeno(ion) 0,00100794 kg × 299.792.458 ² m/s = 90.589.129.485.599 julios
Culombio: “Se define como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente eléctrica de un amperio de intensidad.”
1 C = 1 A × s
1 C = 6,2401509 × 10 ¹⁸ e- (número de electrones por culombio)
W = V × A
1 J = 1 W/s (julios equivale a vatios por segundo)
usaré 1 segundo.
90.589.129.485.599 W (equivale a J) = 1 V × A
A = 90.589.129.485.599
calculamos el número de electrones en esos amperios (culombios)
90.589.129.485.599 A × 6,241506 × 10 ¹⁸ e- =
5,65412595219143072094 × 10 ³²
“En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio o coulomb (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio. Desde la 26ª Conferencia General de Pesas y Medidas en el Sistema Internacional de Unidades la carga elemental se define como 1,602 176 634 × 10 -¹⁹ C, sin incertidumbre.2? Dado que la carga del electrón es de la misma magnitud que la del protón, pero negativa, se necesitan 6,241 509 074 460 763 × 10 ¹⁸ electrones para reunir un culombio de carga negativa. ”
Tenemos aquí en esta explicación que la carga del electrón es: 1,602 176 634 × 10 -¹⁹ C, sin incertidumbre, y que “se necesitan 6,241 509 074 460 763 × 10 ¹⁸ electrones para reunir un culombio de carga negativa.”
1 partido el número de electrones en un culombio (6,241509074460763 × 10 ¹⁸) es la carga fundamental de un electrón (1,602 176 634 × 10 -¹⁹ C “sin incertidumbre”)
luego es evidente que:
5,65412595 × 10 ³² e- × 1,60217663 × 10 -¹⁹ C =
90.589.084.862.941 A (amperios) o W (vatios) o J (julios) para este caso.
Mismo número con el que empezamos. (número de electrones * carga electrón = energía mol e = mC²) aquí C es la constante de la velocidad de la luz en el vacío claro.
Esta cantidad o número de electrones (producida por la energía de la masa del mol de protones) debería ser capaz de producir los mismos julios que produjo 1 mol de iones de protio (protones o núcleos de hidrógeno).
5,65412595 × 10 ³² e-
tenemos las constantes:
1 (J) Julios = 6,241506 × 10 ¹⁸ (eV) Electrón voltios (que coincide con electrones por culombio)
1 eV = 1,60217742 × 10 -¹⁹ J que coincide con carga fundamental electrón
luego:
5,65412595 × 10 ³² × 1,60217742 × 10 -¹⁹ =
90.589.129.485.599 que eran los julios que produjo la desintegración de un mol de protones o iones de hidrógeno.
Luego la energía fue siempre del protón.
¿Cuántos protones hay en un mol de protones? -Debería de haber exactamente el número de Avogadro.
“La constante de Avogadro es el factor de proporcionalidad entre el número de partículas o entidades elementales y la cantidad de sustancia. Al dividir la cantidad de entidades elementales, cualesquiera que sean, entre la constante de Avogadro se obtiene la cantidad de sustancia.”
(número átomos por mol de sustancia):
El número de Avogadro 6,02214 × 10 ²³ indica que hay esos protones(o iones de protio).
90.589.129.485.599 (eran los J o A que generó 1 mol de iones de hidrógeno(protones))
lo dividimos por el número de Avogadro y nos da que:
cada protón generó: 1,50426808 × 10 -¹⁰ J o A.
¿Por qué?
W = V × A donde para V cogimos 1 voltio.
Si cogemos 1 eV o la carga del electrón.
1 (J) Julios = 6,241506 × 10 ¹⁸(eV) Electrón voltios (coincide con electrones por culombio)
Calculamos voltaje para energía generada por la masa de 1 protón. (W = V × A)
1,50426808 × 10 -¹⁰ × W (J) × 6,241506 × 10 ¹⁸ (eV) constante equivalencia eV por julio y número electrones por culombio
940.394.092,77285 eV
y calculamos los amperios (A)
A = 1,50426808 × 10 -¹⁰ W ÷ 940.394.092,77285 eV
= 1,59961456 × 10 -¹⁹ A
usando la fórmula: 1W = 1V × 1A fórmula para calcular vatios W
W= 1 V × 1,59961456 × 10 -¹⁹ A
La masa de un protón da:
1,59961456 × 10 -¹⁹ W (W vatios o julios o Joules de energía)
Recordemos:
1 (J) Julios = 6,2415 × 10 ¹⁸ (eV) Electrón voltios (coincide con electrones por culombio)
1 eV = 1,6021 × 10 -¹⁹ J
El culombio es una unidad de carga absoluta y el amperio son culombios por segundo, para comparar se ha usado la electricidad la expresión mas pura de la energía misma.
Un eV es una cantidad que puede hacer referencia a una unidad mínima de electrones que sería A o C o de voltaje eV pues habría un electrón pero el resultado es en julios o vatios lo cierto que difícil seria tener un electrón quieto.
Lo interesante es que la energía dependerá del campo magnético que genere la diferencia de potencial así que será totalmente relativa pero como eV es también la unidad mínima de la corriente en voltaje se puede trabajar con ella.
En
1,50426808 × 10 -¹⁰ × W (J) × 6,241506 × 10 ¹⁸ (eV) constante equivalencia eV por julio
940.394.092,77285 eV
y calculamos los amperios (A)
A = 1,50426808 × 10 -¹⁰ W ÷ 940.394.092,77285 eV
= 1,59961456 × 10 -¹⁹ A
usando la fórmula: 1W = 1V × 1A fórmula para calcular vatios W
W = V × 1,59961456 × 10 -¹⁹ A
El electrón-voltio eV es una unidad de energía pero hace referencia a “la partícula fundamental” de la electricidad de la física cuántica… en base a esto sabemos que implica una corriente por lo que no dejaría de moverse.
La formula W = V × A el electrón-voltio sería una energía mínima para una cantidad mínima de acuerdo a la física cuántica luego el A seria mínimo y conocido para un electrón solo habría una entidad y el voltaje es la propia constante, los vatios son energía en unidad de tiempo pero al pasar un único electrón se puede obviar.
Evidentemente el electrón de existir puede tomar mas o menos energía según el campo magnético que atraviese o generar campos pues no hay separación entre una cosa u otra.
Lo interesante aquí que la equivalencia sería que el protón se acerca a esa cantidad no como V sino como A.
No sería justo hacer una comparación sin tratar a ambos como energía y convirtiendo a voltaje.
Y qué sucede matemáticamente?
La ultima operación es A ÷ (A × eV) -> (1 ÷ eV) o 1 ÷ (6,241506 × 10 ¹⁸) es decir tendría que salir el valor de la constante. 1 eV = 1,6021 × 10 -¹⁹ J
Sabemos que:
W = V × A
Luego
eV = 1V × 1e- es decir el eV que es energía será igual a un voltaje mínimo para un electrón como corriente
Es decir:
1W = (1 ÷ 6,241506 × 10 ¹⁸ ) × 6,241506 × 10 ¹⁸ …
6,241506 × 10 ¹⁸ = (1 ÷ 6,241506 × 10 ¹⁸ ) × 1A
Serían julios para un electrón a un voltio, (1 ÷ 6,241506 × 10 ¹⁸es la energía también de un electrón)
La entidad electrón o más pronto la electricidad no tiene componentes separables pues es corriente siempre se mueve (por eso no se puede localizar el “electrón” tampoco es que sea una partícula pues da lo mismo tener muchos electrones con poco voltaje que pocos con mucho a no ser que esta energía este relacionada con una reacción química.
Con los reductores de tensión ( Step Down) se puede reducir el voltaje aumentando el amperaje dentro de unas perdidas si esta energía proviene de una fuente como un panel solar, si proviene de bacterias o reacciones químicas está limitada a la velocidad de esta reacción y huecos para energía disponibles.
1 (J) Julios = 6,241506 × 10 ¹⁸(eV) Electrón voltios (coincide con electrones por culombio)
1 eV = 1,60217742 × 10 -¹⁹ J (que coincide con carga fundamental electrón) o lo que es lo mismo
1 ÷ 6,241506 × 10 ¹⁸
Entonces con el protón podríamos hacer algo parecido, su energía (la de su masa)
Cuántos protones habría en un “culombio positivo” o de protón? (La energía no es negativa, es relativa)
Hemos visto que:
1W = eV × num electrones en un culombio C o A
Haremos lo mismo con el protón
1W = pV × num protones en un culombio C o A
Sabemos que la energía de un protón en su masa es
1,50426808 × 10 -¹⁰ J
Luego y al igual que pasa con el electrón el numero de protones en un culombio es
1 ÷ (1,50426808 × 10 -¹⁰) = 6,647751243914 × 10 ⁹
Y así se cumple que:
1 W = 1,50426808 × 10 -¹⁰ × 6,647751243914 × 10 ⁹ (Pues se anulan ambas constantes)
A los protones se les atribuye carga positiva, (aunque la carga debería ser absoluta o relativa ), pero esto es en relación al electrón; la carga del protón debería ser opuesta a la del electrón pues lo atrae. Pero esto es electricidad.
Aquí sólo se ha tomado en consideración la masa para calcular energía.
La carga eléctrica del protón se supone que es exactamente la misma que la del electrón pues en química se anulan pero aquí es electricidad.
Para estos cálculos e obviado el tiempo tomemos como que fue 1 y no alteraba los resultados, pero hay que tener en cuenta que es corriente ya que la energía que no es solo potencial o especulativa no se está quieta.
El cálculo da como resultado
La masa de un protón:
1,59961456 × 10 -¹⁹ W (W vatios o julios o Joules de energía)
Debería haber dado exacto despose de ver lo que sucede a nivel matemático el error es muy poco eso sí. Esto no es erróneo pues el valor el eV está en las constantes como el número de electrones por culombio (el culombio es un amperio por segundo), se podría decir que es un valor despejado.
Se puede hacer lo mismo con los protones, como he puesto antes los tomas como unidad de la energía pues da realmente igual. El valor del eV seguramente este vinculado con la constante de Planck para ser un mínimo o un valor cuántico indivisible o lo indivisible aquí sería que hay un electrón que toma diferentes valores de energía según la situación? A mi me recuerda el caso de los fotones, uno de 100 hz tiene la energía de 100 de 1hz… pues e = h × F, bastante relativo y nada cuántico.
Conclusión.
En física cuántica el electrón es una partícula fundamental mientras que el protón está compuesto por 3 Quarks según el modelo estándar.
Hacen falta conceptos como electrón o protón donde solamente hay energía? A día de hoy pienso que son muletillas o ayudas conceptos imaginarios en los que apoyarse para explicar algo. Ninguna particular existe por si misma y por ejemplo el electrón no lo consiguen ni localizar pero ademas para afirmar que es una partícula han de detectar al mismo electrón mas de una vez cosa que no va a suceder pues siendo fundamental cuántico el propio detector se lo tragaría de existir. Estos conceptos pueden entorpecer mucho mas que ayudar y crear una visión viciada de lo que sucede.
Pese a que se sabe que los circuitos funcionan a la velocidad de la luz, la explicación de los electrones circulando por redes metálicas por las cuales irían sueltos da las siguientes observaciones:
“Los electrones de conducción en un alambre de cobre viajan a aproximadamente 10 -⁹ C. Eso se trata de la velocidad de caminar para un humano. Tal vez más como un ‘ritmo de caracoles’. Sin embargo, esa no es la velocidad de la señal ni la velocidad de la energía del cable. La velocidad de la señal, generalmente casi la misma que la velocidad de la energía, está mucho más cerca de la velocidad de la luz en el vacío, C. ”
“La energía que se produce durante el desplazamiento de los electrones a través del cable es la que genera la electricidad, pero sorprendentemente la velocidad que adquieren dichos electrones en un cable de cobre como los que recorren nuestra casa es menor a 1 milímetro por segundo. Para establecer una comparativa, es menor que la velocidad a la que se desplaza un caracol.”
A pesar de esto, se sabe que: la energía eléctrica se desplaza a la velocidad de la luz alrededor de los cables del tendido eléctrico en el campo magnético que los rodea, y como una onda guiada en los casos de las líneas de alta tensión.
De todas formas, igual un cable no aguanta ese ir y venir de “electrones” y se fundiría, pero su campo magnético sí.
