Respuestas

2013-07-29T19:08:49+02:00
En este fenómeno no se habla de reserva portadores de carga porque normalmente se forma un circuito cerrado y los que salen por un lado entran por otro. Sin embargo puede que el circuito no esté cerrado y los electrones se acumulen en los bordes del medio (luego explico mejor esto). En ese caso la corriente no abarca todo el circuito y se limita a polarizar nuestro conductor, creando una diferencia de potencial entre sus extremos.

Para generar la fuerza electromotriz en algunas pila se pueden usar reacciones químicas que posicionan moléculas ionizadas en un borne u otro de la pila. La reserva de portadores aquí es finita porque los portadores son las moléculas de la pila y estos no pueden escapar de ésta. Los iones polarizan los bornes de la pila y el mismo campo eléctrico que se genera en su interior limita la continuación de la reacción química. Cuando estos se descargan porque se cierra el circuito eléctrico puede continuar la reacción química manteniendo un potencial constante (con el límite de intensidad que proporciona la reacción química).

En el caso de una célula fotovoltaica, digamos que hay ya un potencial eléctrico en el interior del material por la peculiaridad del material y cuando incide la luz se crean pares de portadores electrón-hueco que circulan debido a ese potencial y generan una corriente eléctrica (en lugar de generar un potencial generan corriente directamente). Explico lo que son los huecos más adelante.

El concepto de electrones que saltan de un átomo a otro durante la corriente es algo primitivo, al menos por los medios habituales de metales y semiconductores. En lugar de eso piensa en que ciertos electrones están completamente libres dentro del metal. Desde un punto de vista gráfico forman un gas de electrones o una sopa de electrones donde la longitud de onda de estos puede ser del orden de cientos de Armstrong (mientras que la separación entre átomos es del orden de decenas de Armstrong si no recuerdo mal). Es decir que están mucho más indeterminada su posición que la de los átomos.

Una vez estemos en un gas de electrones, dado que estos tienen carga, si aparece un campo eléctrico se moverán para compensarlo. El limite de electrones que podemos desplazar depende de los electrones libres que tengamos y también de los electrones que quepan en el destino (hay un límite en los que podemos acumular). Es decir que los electrones están libres pero no completamente libres de apilarse donde quieran, y además el número de electrones libres es limitado. Este efecto explica la acumulación de cargas en condensadores. Ese limite a la hora de apilar electrones no es insuperable. Si continuamos aumentando el campo eléctrico finalmente superaremos la barrera energética que limita a nuestros electrones, romperemos enlaces o liberaremos más electrones. etc..

Ahora, ¿dónde está el límite de electrones que caben?
Por el mismo motivo que no cabe cualquier número de electrones en un orbital de un átomo tampoco caben en una banda de conducción que es el intervalo de energías en que los electrones quedan libres.
Cuando una banda de conducción está completamente llena no hay movimiento de cargas (aquí posiblemente habría que hablar del espacio de fases pero se escapa de mi propósito el explicarlo). Cuando la banda de conducción está completamente llena salvo unos pocos espacios vacíos que quedan es más fácil hablar en términos de los espacios vacíos como unos portadores de carga (que son partículas virtuales) y estos toman el nombre de huecos, teniendo una carga opuesta a la del electrón.
Primero contestaré a la generación de corriente y luego explicaré unos conceptos de la corriente en sí (sin pretender ser excesivamente riguroso). Como la pregunta es muy fundamental me voy a explayar resumiendo casi todos los conocimientos que tengo sobre física del estado sólido y así repaso la materia. Los que sólo se interesen en las turbinas se pueden quedar con los dos primeros párrafos.

Para generar una corriente en una turbina se utiliza el fenómeno de inducción. De una forma u otra se modifica el flujo magnético y ese cambio en el flujo magnético genera una fuerza electromotriz, es decir un campo eléctrico. Ante el campo eléctrico se mueven los portadores de carga para compensar dicho campo eléctrico y dicho movimiento de cargas es lo que llamamos corriente eléctrica.