Electricidad Fácil I

¿Cómo funciona una herramienta eléctrica? La piedra angular de un taladro percutor o una lijadora orbital es su motor eléctrico. Si hablamos de una pistola de aire caliente, además del motor que hace girar el ventilador, encontraremos una resistencia eléctrica que calienta el aire.

En cualquier caso, toda máquina eléctrica requiere electricidad para funcionar. Pero ¿qué es la electricidad? ¿Qué es lo que viaja por el cable exactamente? ¿Qué es un voltio y qué un amperio? ¿Por qué se puede invertir la posición de la clavija en un enchufe de pared pero no se puede invertir la posición de una pila?

Electricidad fácil es un manual básico de electricidad para principiantes que no requiere de ningún conocimiento previo y en el que se da respuesta a las anteriores y a muchas otras preguntas relacionadas con esta fuente de energía, aunque, como veremos más adelante, la electricidad no es realmente una fuente de energía.

¿Qué es la electricidad?

Una definición muy sencilla de electricidad es la que la define como la acción de los electrones. El movimiento de los electrones por el cable es lo que hace que el portabrocas de un taladro gire. Si estás leyendo esto en la pantalla del móvil o en un monitor, de nuevo, es el movimiento de electrones el que hace posible que este dispositivo funcione. Si, por el contrario, has impreso este manual, una vez más han sido los electrones quienes han permitido a la impresora hacer su función.

En nuestro día a día usamos la electricidad para todo. La electricidad, o más concretamente, la electrónica, hizo posible el desarrollo de la informática. La una y la otra están presentes en casi cualquier cosa que podamos imaginar: ascensores, teléfonos móviles, ordenadores, trenes, aviones, Internet, YouTube, herramientas eléctricas, máquinas de diagnóstico en hospitales, fábricas, iluminación, calefacción, telémetros, electrodomésticos... La vida moderna tal y como la conocemos no sería posible sin la electricidad.

El origen de la palabra electricidad

La palabra electricidad proviene del griego. Elektron es la palabra que usaban los griegos para referirse al ámbar. El ámbar es una resina vegetal fosilizada creada a partir de restos de coníferas (la conífera es un tipo de árbol, el pino y el abeto son dos ejemplos de coníferas).

Ámbar Collar de ámbar

Los griegos observaron que al frotar un trozo de ámbar con una tela este era capaz de atraer hacia sí a pequeños fragmentos de hojas secas.

La explicación que actualmente se le da a este hecho tiene que ver, precisamente, con los electrones. Y puesto que la electricidad es la acción y efecto de estos, el primer paso para conocer a fondo la electricidad será conocer al electrón.

¿Qué son los electrones?

Todo lo que podemos ver y tocar, la materia, está formado por moléculas. Una molécula es una combinación de dos o más átomos. Pero ¿qué es un átomo?

Si la célula es la unidad básica de vida a partir de la cual están formados todos los seres vivos, el átomo sería la unidad básica a partir de la cual está formado todo lo que vemos. Incluso una célula está formada por átomos.

Las moléculas y los elementos

No todos los átomos son iguales. Hay diferentes tipos de átomos y cada uno tiene características concretas. Si uno o más átomos del mismo tipo se combinan entre sí, esto da lugar a lo que llamamos los elementos químicos. El oxígeno, el hidrógeno, el hierro y el cobre son algunos ejemplos de elementos químicos.

Tabla de elementos químicos La tabla de los elementos químicos recoge los diferentes tipos de átomos que existen

En realidad, cada tipo de átomo es siempre de uno u otro elemento. Es decir, no existe un átomo genérico: existen átomos de oxígeno, átomos de hierro, etcétera. Cuando dos o más átomos de elementos diferentes se combinan entre sí, entonces hablamos de molécula.

Por ejemplo, no existe un átomo de agua, puesto que el agua está formada por dos elementos: hidrógeno y oxígeno. En concreto, por la unión de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Por eso decimos que el agua está formada por moléculas de H20.

Así pues, hay diferentes tipos de átomos que se combinan entre sí para formar todas las cosas que conocemos. Y así como los pequeños átomos se unen para formar objetos más grandes, también el propio átomo, a su vez, está formado por otros objetos más pequeños, por así decirlo. Hablamos de las partículas subatómicas, es decir, las partículas que son más pequeñas que el átomo.

Protones, neutrones y electrones

Todos los átomos, sin importar de qué tipo sean (elemento) están formados por protones, neutrones y electrones. ¡Ajá! Por fin aparecen los dichosos electrones.

El siguiente es un átomo de litio:

Atomo Un átomo está formado por protones, neutrones y electrones.

Cuando se mira al microscópico un átomo, se puede comprobar que se parece a un sistema planetario. Así como la tierra da vueltas alrededor del sol, los electrones de un átomo dan vueltas alrededor de su núcleo.

Aunque en este pequeño manual de electricidad básica aún queda mucho por ver, ya tenemos identificado al electrón. Son estas partículas, los electrones, las que viajan por el cable para hacer funcionar el motor del taladro eléctrico o la pantalla del teléfono móvil. Pero ¿cómo se desprenden los electrones del átomo para llegar hasta el cable?

Cada una de las partes de un átomo tiene un tipo de carga eléctrica:

  • Los protones tienen carga positiva
  • Los neutrones no tienen carga, es decir, son neutros.
  • Los electrones tienen carga negativa

Lo anterior es algo que debemos aceptar para poder seguir avanzando en el estudio de la electricidad. Está basado en la teoría del electrón y no intentaremos entender qué significa la carga eléctrica o por qué tienen dicha carga estas partículas.

Aceptemos pues que los electrones tienen carga negativa y los protones positiva: esto nos permitirá comprender más adelante cómo funciona una batería, una herramienta eléctrica o una simple bombilla. Además, lo que intentamos descubrir es por qué se desprenden los electrones del átomo.

Así como la fuerza de gravedad de la tierra atrae los objetos hacia el núcleo, también los electrones son atraidos por el núcleo del átomo. Existe una fuerza de atracción entre el núcleo y los electrones que giran (orbitan) alrededor de este.

Por otro lado, no todos los electrones están igual de cerca con respecto al núcleo. Neptuno está mucho más alejado del Sol que la Tierra. Con los electrones ocurre lo mismo. Y precisamente, los electrones que están más alejados son los que se pueden desprender de la órbita, debido a que la fuerza de atracción es más débil cuanto mayor es la distancia hasta el núcleo.

La carga del átomo

¿Qué ocurre cuando un electrón se desprende del átomo? Hemos dicho que el electrón tenía carga negativa y el protón positiva. Lo que no hemos dicho es que, generalmente, el átomo está en equilibrio eléctrico. Es decir, tiene tantas cargas positivas (protones) como negativas (electrones).

Al perder un electrón, el átomo tiene más protones que electrones y se dice que está cargado positivamente (ion positivo). Por el contrario, si un átomo recibiera un nuevo electrón (algo que no siempre es posible), y el número de estos superara al de protones, dicho átomo tendría carga negativa (ion negativo).

Resumen

Hemos visto que la materia está formada por moléculas. Las moléculas por átomos. Los elementos son el nombre que reciben cada uno de los diferentes tipos de átomos. Además, hemos visto que los átomos, a su vez, están formados por protones, neutrones y electrones.

El núcleo de un átomo está formado por protones (carga positiva) y neutrones (carga neutra). Los electrones, que tienen carga negativa, orbitan alrededor del núcleo del átomo, de manera similar a como giran los planetas alrededor del sol. Los electrones son atraídos por el núcleo y los más alejados pueden desprenderse. Cuando eso ocurre el átomo queda cargado positivamente (más protones que electrones).

En el siguiente capítulo veremos que el movimiento de los electrones que se han desprendido de la órbita es lo que conocemos como corriente eléctrica.

Apuntes adicionales

A lo largo de este manual, en la sección apuntes adicionales aparecerá información interesante relacionada con el asunto tratado, pero que no resulta esencial para el estudio de la electricidad.

Número atómico

Los diferentes átomos de cada elemento se diferencian entre sí por el número total de protones en su núcleo. Se conoce como número atómico al número de protones presentes en dicho átomo.

En el caso del litio (en la imagen mostrada más arriba), dicho átomo tiene tiene tres protones, por tanto, su número atómico es 3. El número atómico se representa por la letra Z. Así pues, el número atómico del Litio se representa como Z=3.

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