Electricidad Parte I

Electricidad

Generalidades

Desde la antigua Grecia (año 600 a.C.) se sabe que el frotamiento del ámbar, con un tejido de lana, producía la aparición de la propiedad de atracción de cuerpos ligeros. Actualmente decimos que el cuerpo del ámbar está cargado eléctricamente. El término “eléctrico” deriva de la palabra griega elektron que significa ámbar. Es posible activar la carga eléctrica (Q) de cualquier sólido frotándolo con otra sustancia, tal como se carga un automóvil con el roce del aire. En efecto, lo necesario para activar una carga eléctrica es un contacto íntimo entre dos materiales.

Existen dos clases de carga eléctrica, que por convención han dado en denominarse positiva y negativa, y estas son otra forma de mostrar la manifestación de la ganancia o pérdida de alguna cosa por parte de los materiales. Un material cargado negativamente ha ganado eso, mientras que un material cargado positivamente lo ha perdido.

Se puede inducir una carga negativa frotando una pieza de ebonita con piel. Una carga positiva se manifestará frotando una barra de vidrio con seda. Las experiencias de laboratorio muestran que materiales con cargas iguales se repelen, mientras que materiales con cargas distintas se atraen.

Cuando dos materiales se frotan, la manifestación de la carga negativa de uno, resulta en la presencia de cargas positivas en el otro. Esto sugiere que las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas, sino que este proceso consiste en ceder algo de un cuerpo a otro. No fue hasta fines del siglo XIX que se descubrió que este algo se compone de porciones pequeñas de electricidad negativa llamadas electrones (ē).

Estructura atómica (átomo = indivisible)

Las partículas subatómicas, principales de que se componen los átomos, son de tres clases: electrones, protones y neutrones, con cargas negativas, positivas y neutras respectivamente. La carga negativa del electrón es equivalente en magnitud a la carga positiva del protón, no habiéndose observado una carga de magnitud menor. La carga de un protón o un electrón es la unidad fundamental y natural de la carga.

Estas partículas están dispuestas del mismo modo general en todos los átomos. Protones y neutrones se concentran en el Núcleo, que es una estructura muy compacta en el centro del átomo, la cual tiene una carga neta positiva. El diámetro del núcleo alcanza los 10-12 cm, si lo imaginamos como una esfera. Alrededor del núcleo, a distancias relativamente grandes, orbitan los electrones, en un número igual al de protones del núcleo. Si el átomo no es estimulado, mantiene una carga neutra. Un átomo que gana uno o más electrones adquieren carga negativa, mientras que uno que pierde electrones se carga positivamente, este átomo adquiere el nombre de ION.

Niels Bohr en 1913 propuso un modelo atómico donde se imagina los electrones girando alrededor del núcleo en órbitas elípticas o circulares, sin embargo el modelo de Bohr sirve para entender intuitivamente su estructura. Las órbitas electrónicas son del orden de 3x10-8 cm, de modo que superan diez mil veces el tamaño del núcleo. Un átomo de Bohr es un sistema solar en miniatura, en el que actúan fuerzas eléctricas en lugar de fuerzas gravitatorias.

Los átomos de cualquier elemento químico poseen igual número de electrones y protones, por consiguiente se encuentran en equilibrio eléctrico (eléctricamente neutro) y no presentan efectos eléctricos. Si se altera este equilibrio, mediante algún procedimiento, el cuerpo formado por estos átomos se carga eléctricamente.

Algunas características importantes a considerar de las partículas subatómicas son mostradas en la siguiente tabla:

Tabla Nº1: Caracteristicas de las Particulas Subatomicas

Particulas Subatomicas	Carga Electrica	Masa
Protón	1.6x10-19C	1,67x10-27Kg.
Neutrón	no tiene	1,67x10-27Kg.
Electrón	-1.6x10-19C	9,11x10-31Kg.

Algunos datos interesantes son que la carga elemental o carga de un electrón es la misma que posee el Protón con la única salvedad que este ultima es positiva. Además, debemos destacar que la unidad de medida de carga eléctrica (Q) es Coulomb (C); esta unidad no es otra cosa que un múltiplo de la carga elemental y nació debido a la necesidad de contar con un valor más grande para poder trabajar. Un coulomb equivale a 6.25 Trillones de electrones o cargas elementales (6.25 x 1018 ē).

La unidad de medida para carga eléctrica en el sistema CGS es el statcoulomb (stc) que equivale a:
1 coulomb = 3 x 10⁹ [stc]

Clasificación de los materiales

Los materiales los podemos clasificar de 3 formas distintas según su comportamiento frente a las cargas eléctricas.

a) Conductores: Que permiten la circulación de cargas eléctricas a través de él. Un ejemplo de estos materiales es el oro, cobre y en general casi todos los materiales.

b) Aislantes: Son aquellos materiales que se oponen a la circulación de cargas eléctricas a través de ellos. Un ejemplo es la goma, el caucho, la madera, etc.

c) Semiconductores: Son aquellos materiales que presentan la cualidad de ser conductores y aislantes a la misma vez; esto variará según ciertas condiciones como lo puede ser la temperatura. Un ejemplo de materiales semiconductores es el Silicio y el Germanio utilizado para la fabricación de componentes electrónicos.

Formas de electrizar un cuerpo

Existen diferentes métodos por los cuales un cuerpo se puede cargar eléctricamente, nosotros nos enfocaremos principalmente en tres:

a) Frotamiento: Todo cuerpo que se frote junto a otro se cargara eléctricamente, como es el caso del Ámbar, esto se debe a que uno de los materiales cederá electrones mientras que el otro recibirá electrones.

b) Conducción: Esta forma de electrizar un cuerpo consiste en tener un contacto directo entre el material energizado y el que esta en estado neutro. Este ultimo será cargado según el tipo de carga que posee el primer cuerpo (positiva o negativa)

c) Inducción: Este método consiste en que un cuerpo que esta cargado eléctricamente, es capaz de energizar a otro sin carga, con el tan solo hecho de estar cerca,(no es necesario el contacto físico).