La electricidad

La carga eléctrica es una de las propiedades fundamentales de la materia. Como el tiempo, la carga eléctrica es una de esas cosas que resulta muy fácil de señalar y muy difícil de definir. Sabemos que la carga eléctrica tiene que ser una propiedad básica de la materia debido a que es capaz de generar fuerzas.

Si pasamos un peine a un trocito de papel, el trocito de papel se moverá y se pegará al peine. Según la primera ley de Newton, esto significa que, fuera lo que fuese lo que hicimos al peine frotándolo contra algo, lo capacitó para ejercer una fuerza. Llamamos a esta fuerza “electricidad” y definimos la carga eléctrica como lo que es capaz de producir la fuerza eléctrica.

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Hay dos tipos de cargas eléctricas: las cargas idénticas se atraen, las contrarias se repelen. Los griegos sabían que si frotamos un trozo de ámbar en el pelaje de un gato o un trozo de cristal en seda, obtenemos algo capaz de ejercer una fuerza eléctrica. También sabían que dos trozos de ámbar se repelen, pero son atraídos hacia el cristal.

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Esto significa que no sólo hay dos tipos de cargas eléctricas, sino que hay dos tipos de fuerzas eléctricas: atractivas y repulsivas. Las primeras actúan entre cargas eléctricas distintas, las últimas entre cargas eléctricas idénticas. Los nombres de los dos tipos de carga fueron elegidos arbitrariamente como positiva y negativa.

La naturaleza de las fuerzas entre cargas eléctricas se halla contenida en la ley de Coulomb, que recibe su nombre del científico francés Charles-Augustin de Coulomb.

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Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806)

La ley tiene un notable parecido con la ley de la gravitación universal de Newton. Dice que si hay una carga Q, y una carga Q2, separadas una distancia R, entonces la fuerza vendrá dada por: F= KQ1Q2 : R2

electricidad F= KQ1Q2  R2

donde K es una constante universal análoga a G, la constante de la gravitación de Newton.

En situaciones normales, los electrones sólo se mueven cuando los objetos adquieren una carga eléctrica. En los materiales no cargados, hay tantos electrones negativos como cargas positivas hay en los núcleos.

Cuando frotamos un material puede ocurrir una de dos cosas. Podemos meter electrones en él, en cuyo caso el material adquiere un exceso de electrones y decimos que está cargado negativamente. De forma alternativa, podemos extraer electrones de él, en cuyo caso hay un déficit de electrones y decimos que el material posee una carga eléctrica positiva.

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Una corriente eléctrica está hecha de cargas eléctricas en movimiento, normalmente (pero no siempre) electrones. Las corrientes eléctricas más comunes son aquellas que hay en los cables de nuestras casas, el tipo de cosa que hace brillar las bombillas, funcionar los televisores o cocinar los alimentos.

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Cuando los conductores se disponen en un bucle continuo de modo que una corriente pueda fluir por ellos sin impedimento, los conductores constituyen un circuito eléctrico.

Cada circuito eléctrico tiene tres partes. Se necesitan tres cosas para hacer que un circuito eléctrico funcione. Son:

1- Una fuente de energía para hacer que las cargas eléctricas se muevan.
2- Un camino ininterrumpido por el que las cargas puedan moverse.
3- Una “carga” o un lugar donde sea usada la energía eléctrica.

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Por ejemplo, cuando encendemos una luz, la fuente de la electricidad es la compañía eléctrica, el circuito ininterrumpido es el hilo de cobre que conduce hasta la lámpara, y la carga es la bombilla.

La unidad de la corriente eléctrica es el amperio, abreviado a menudo como “amp” o escrito “A”. Recibe su nombre de André-Marie Ampère, un científico francés que fue uno de los pioneros en el estudio de los fenómenos eléctricos.

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André-Marie Ampère (1775-1836)

Una forma de pensar en medir la corriente es imaginar un microscopio ingeniero de tráfico dentro de un cable, que cuenta el número de electrones que pasan por un punto determinado. Un amperio corresponde a 6 x 1018 electrones que pasan por ese punto cada segundo.

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Aquí algunos objetos comunes y la cantidad de corriente que fluye en ellos:

bombilla de 100 voltios – 1 amp
tostadora – 10 amps
televisor – 3 amps
batería de coche – 50 amps (cuando arranca el motor)

Pueden producirse (y de hecho se producen) corrientes mucho más grandes y mucho más pequeñas, tanto por parte del hombre como de la Naturaleza.

El voltaje mide el “brío” con que son empujadas las cargas eléctricas a través de un material. La unidad de voltaje es el voltio, llamado así por Alessandro Volta, el científico italiano que construyó la primera pila.

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Alessandro Volta (1745-1827)

Algunos voltajes comunes son los siguientes:

pila de linterna – 1,5 voltios
batería de coche – 12 voltios
receptores domésticos normales – 125 voltios
receptores domésticos potentes – 220 voltios

Una corriente eléctrica genera calor. Cuando las cargas eléctricas fluyen a través de un material, colisionan con los átomos que ya están allí. En las colisiones, los electrones ceden algo de su energía y los átomos se mueven un poco más aprisa de los que lo hacían originalmente. Se interpreta este movimiento atómico más rápido como calor.

Excepto para los superconductores, cada material que lleva electricidad drena algo de la energía de la corriente y la convierte en calor. Podemos sentir este calor tocando el cable eléctrico de una sierra eléctrica o una plancha después de haberla estado utilizando durante un tiempo.

El fenómeno por el que un material convierte algo de energía eléctrica en calor recibe el nombre de “resistencia”: cuanta más energía es transferida a los átomos, mayor es la resistencia del conductor.

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