INGENIERIA ELECTRICA - Qué es la electricidad
NATURALEZA ELECTRICA DE LA MATERIA
Todos los distintos medios para producir electricidad son simplemente diferentes maneras de
extraer electrones de la materia. De dónde provienen esos electrones, y cómo actúan, puede
comprenderse mejor si se estudian brevemente algunos aspectos de la teoría moderna sobre la
composición de la materia.
"Materia", desde luego, es cualquiera de las sustancias que nos rodean, y que tiene volumen,
peso, masa, y muchas otras características. Los alimentos, las rocas, los vestidos, nuestro
propio cuerpo, el aire que nos rodea son todas materias de distintas formas, y todas ellas están
constituidas por pequeñas partículas llamadas "moléculas". La molécula representa, para la
ciencia, la porción más pequeña en que se puede dividir cualquiera de las muchas formas de
la materia, conservando siempre sus características originales. Una molécula es tan pequeña
que no es posible verla con los más potentes microscopios ópticos, pero con otro aparato
científico, el microscopio electrónico —que tiene un poder de aumento de más de 100.000
veces —tal vez pueda verse, algún día, alguna de las moléculas más grandes de la materia.
Las moléculas, a su vez, están formadas por partículas todavía más pequeñas, llamadas
"átomos". Estos son tan minúsculos que 100.000.000 colocados en fila, uno contra otro, sólo
alcanzarían una longitud de unos 2,5 centímetros. Hasta antes de la segunda guerra mundial,
la ciencia había conseguido identificar y aislar 92 átomos diferentes, en la materia del globo
terrestre, los llamados "elementos"; toda la materia que conoce el hombre está formada por
distintas combinaciones o variaciones de esos elementos básicos; últimamente, con el
descubrimiento del neptunio, plutonio, américo y curio, el número de elementos diferentes se
elevó a 96.
En la constitución de la materia, la electricidad desempeña una función de vital importancia,
pues la ciencia moderna ha determinado que los átomos de los distintos elementos están
constituidos por electrones que, como ya hemos mencionado, son partículas de electricidad
negativa, y protones, que son partículas de electricidad positiva, formando conjuntos más o
menos completos.
La teoría electrónica de la materia enseña, además, que cada átomo posee una porción central
muy densa llamada "núcleo", que contiene todos los protones del átomo y posiblemente la
mitad de los electrones, y en algunos casos varios neutrones, que son partículas sin ninguna
carga, constituidas por la unión muy íntima de un electrón y un protón. Los restantes
electrones de cada átomo, cuyo número varía según el elemento de que se trate, por ejemplo
carbono, sodio, uranio, etc., giran alrededor del núcleo, más o menos en la misma forma, pero
en escala infinitamente menor, que los planetas alrededor del Sol, en el sistema solar a que
pertenece la Tierra.
Todos los átomos de un mismo elemento están siempre constituidos en la misma forma, con
igual cantidad y disposición de protones y electrones; los de elementos distintos difieren en la
cantidad y disposición de esas partículas constitutivas. Cualquier átomo en condiciones
normales es neutro, es decir, la suma total de las cargas positivas es igual a la de las negativas,
equilibrándose y haciendo aparecer el átomo como si no tuviera ninguna carga con respecto a
los elementos vecinos. Mas, en ciertas circunstancias, puede agregarse o quitarse un electrón,
destruyéndose entonces el equilibrio eléctrico, y quedando el átomo cargado, negativamente
cuando se le agrega y positivamente cuando se le quita un electrón. Cuando se le saca un
electrón, el átomo aparece cargado positivamente y tiende a atraer las cargas
negativas; de
igual manera, cuando se le agrega un electrón se carga negativamente y tiende a atraer las
cargas positivas.
El átomo de hidrógeno, neutro, tiene en el núcleo dos protones o cargas positivas, y dos
electrones o cargas negativas que, equilibrándolos, giran describiendo una órbita en torno del
núcleo. Extrayendo un electrón del átomo de hidrógeno, obtenemos un ión positivo de
hidrógeno.
A los átomos les "disgusta" tener cargas de más o de menos; por lo tanto, cuando se los
perturba en esa forma, rápidamente tratan de volver al estado neutro de equilibrio,
eliminando o tomando un electrón.
Más adelante veremos que esa eliminación de electrones es lo que hace circular la corriente
eléctrica.
La masa del átomo está concentrada, en su mayor parte, en los protones; éstos difieren para
los distintos elementos, mientras que los electrones son idénticos en todos los tipos de materia.
Los electrones, o sea las cargas negativas, son electricidad.
En los metales, que son buenos conductores de la electricidad, los electrones están débilmente
ligados al núcleo y pueden pasar fácilmente de un átomo a otro, mientras que en otros
materiales que conducen con dificultad la electricidad y que se llaman aisladores, los
electrones están firmemente sujetados por el núcleo, y se requiere una fuerza relativamente
grande, llamada diferencia de potencial eléctrico, para producir un pequeño movimiento de
electrones de un átomo a otro.
Bajo la influencia de un fuerte potencial eléctrico, los electrones se mueven libremente de un
átomo a otro dentro de un conductor eléctrico. Circulan de esta manera a lo largo de la
diferencia de potencial eléctrico y constituyen lo que se llama corriente eléctrica.
Cuando, a un cuerpo se le agregan electrones, se dice que el cuerpo ha adquirido una carga
negativa, o que está cargado negativamente; por el contrario, cuando a un cuerpo se le quitan
electrones, se dice que está cargado positivamente.
Cuando a un buen conductor, por ejemplo un alambre de cobre, le aplicamos una pequeña
diferencia de potencial 1,5 voltios, por ejemplo, que se puede obtener de una pila seca común,
los electrones se mueven libremente de átomo a átomo dentro del alambre de cobre,
produciendo lo que se llama una corriente eléctrica. Aunque el impulso eléctrico, es decir, la
electricidad, se trasmite a través del alambre de cobre, con una velocidad aproximadamente
igual a la de la luz, 300.000 kilómetros por segundo, los electrones no marchan con esa
velocidad, sino que cada electrón se mueve muy lentamente.
Un autor ha comparado a los electrones dentro de un alambre de material conductor, por
ejemplo de cobre, con una correa muy larga cubierta de hormigas que se mueven
desordenadamente sobre la misma; el efecto de aplicar la diferencia de potencial que crea la
correspondiente corriente eléctrica, sería equivalente a poner en movimiento la correa, por
ejemplo, hacerla girar con una polea. El movimiento se trasmite casi instantáneamente de un
extremo a otro de la correa —es la velocidad de propagación de la electricidad—, pero las
hormigas que están sobre la misma seguirán moviéndose lentamente en todas direcciones,
aunque todas tendrán un movimiento de conjunto en una dirección, el de la correa. Los
electrones, en este caso las hormigas, se mueven lentamente; sin embargo, el impulso de
movimiento, o su equivalente, el impulso eléctrico, se ha trasmitido casi instantáneamente.
