Electricidad Fácil VI

En el capítulo anterior hablamos de vimos los campos magnéticos y las líneas de fuerza. Y también estudiamos la reluctancia y el flujo magnético.

En electricidad fácil VI vamos a retomar la parte de electricidad, en concreto, el flujo de electrones.

Breve recordatorio

Despues de dos temas sobre magnetismo... ¡Volvemos a hablar de electrones! Es obligado pues que hagamos un breve recordatorio.

En el capítulo I vimos cómo los electrones más alejados del núcleo de un átomo podían desprenderse y pasar a otro átomo. También vimos que dichas partículas subatómicas son los electrones libres.

Acto seguido, en el capítulo II, hablamos de los electrones libres y vimos cómo los materiales conductores contienen electrones de este tipo, a diferencia de los materiales aislantes. Por ejemplo, los metales como el cobre y el aluminio conducen la electricidad, mientras que la goma o el plástico no lo hacen (o lo hacen con mucha dificultad).

Pues bien, vamos a retomar la lección estudiando con más detalle la corriente eléctrica. Veremos, ¡por fin!, cómo se produce una corriente eléctrica. También descubriremos el sentido en que viajan los electrones cuando recorren un cable eléctrico.

¿A qué llamamos corriente eléctrica?

En un conductor los electrones libres se mueven al azar. De momento, no se genera ningún tipo de carga eléctrica, ya que los electrones se mueven desordenadamente. Pero ¿qué ocurre cuando conectamos el cable a una batería?

En tal caso, los electrones viajarán por el cable siempre en la misma dirección. Es decir, del polo negativo de la batería al positivo. El polo negativo tiene átomos con exceso de electrones; es decir, carga negativa. En cambio, en el otro polo ocurre lo opuesto: sus átomos no tienen electrones en la última órbita. Los electrones viajan por el cable para neutralizar las cargas.

Pues bien, es a este flujo ordenado de electrones libres a lo que llamamos corriente eléctrica.

En este punto os quiero recordar que las cargas positivas atraen a las negativas. Claro, me diréis, porque tienen distinto signo. ¡En efecto! De manera que, mientras la batería tenga un exceso de electrones en uno de sus polos, la corriente eléctrica circulará por el cable para compensar las cargas. En cambio, en el momento en que ambos polos estén equilibrados, ya no habrá atracción ni repulsión de cargas ni flujo de electrones libres, es decir, no habrá corriente eléctrica.

Por ejemplo: nada te impide poner unas pilas gastadas en un aparato eléctrico... ¡Pero por sus cables no va a circular corriente de electrones alguna!

Ahora bien, ¿cómo se mueven los electrones? ¿Son unos más rápidos que otros? Quizá una pregunta más interesante es: ¿tienen que atravesar todo el cable?

El movimiento de los electrones recuerda a un atasco de coches

Accidentes, semáforos, pasar de tres a dos carriles, etc., producen un cuello de botella en la carretera. Cuando el número de vehículos supera la capacidad de la vía, tenemos el temido atasco y a los conductores de tales coches les toca, quieran o no, esperar más de la cuenta.

¿Qué ocurre entonces? Pues que cada coche que supera el punto conflictivo, deja un espacio en la carretera. Entonces, el vehículo que le sigue pasa a ocupar su posición. Y así sucesivamente.

Atasco de vehículos en una carretera Al moverse el coche que va delante en un atasco, causa el movimiento del resto de vehículos.

Si observas de lejos una autopista, verás cómo circulan por ella los vehículos que la ocupan. Comprobarás que unos entran... y otros salen. A veces por distintas entradas y salidas. Sin embargo, aquel coche que pretenda viajar de un extremo a otro, tendrá que ocupar todas las posiciones intermedias. ¡Pues lo mismo sucede con los electrones libres en el cable!. Y esto merece ser visto en detalle.

Cuando un electrón libre abandona el cable, en ese punto se produce una carga positiva porque el átomo final del cable pierde su electrón. Como la carga es positiva, atraerá a la carga negativa más cercana, esto es, al siguiente electrón. ¿Adivinas ya lo que va a pasar ahora? ¡Estás en lo cierto!

Este electrón que acaba de dar el salto deja atrás otra carga positiva. Que será compensada por el electrón siguiente. Y la siguiente por el siguiente. ¡Y la siguiente por el siguiente! Y así sucesivamente a lo largo de todo el cable.

Pero ¿qué ocurre en el punto de entrada a la autopista? Es decir, en el extremo de cable conectado al terminal negativo de la batería. Pues muy sencillo. Cuando en tal extremo de cable quede un hueco libre, lo ocupará un electrón de la batería. Como ese conductor incauto que se incorpora a la carretera... ¡sin saber lo que le espera!

En suma, los electrones libres saltan de átomo en átomo. Es decir, no pasan de un extremo a otro como por arte de magia. Se comportan como coches en un atasco: van ocupando las posiciones que dejan libres los vehículos que estaban delante. Otra analogía usada para explicar este hecho es la de una locomotora que tira de los vagones. Cuando la locomotora se mueve, arrastra al primer vagón; este, al segundo; el tercero, al cuarto; Y si se detiene, no lo hace él solo: ¡se para el tren entero!.

Tren con locomotora y vagones en vía de ferrocarril Analogía de la corriente eléctrica: cuando la locomotora frena, también se detienen los vagones.

El sentido de la corriente eléctrica

Hace un par de siglos, quienes indagaban los secretos de la electricidad creían que los electrones viajaban del polo positivo al negativo. ¡Hoy sabemos que es al revés! Los electrones siempre van del polo negativo (exceso de electrones) al positivo (falta de electrones).

Sin embargo, cuando se descubrió el error, demasiada gente se había acostumbrado a ello. Y cambiarlo no era posible.

De tal manera, que debes conocer los dos sentidos de la corriente eléctrica:

  1. En el sentido convencional de la corriente eléctrica los electrones viajan del positivo al negativo
  2. En el sentido real los electrones viajan del negativo al positivo (según la teoría del electrón)

Lo curioso es que lo anterior no tiene ninguna importancia. Para nuestros propósitos, qué sentido escojamos no nos afecta. Eso sí... ¡Siempre que en el mismo circuito eléctrico no mezclemos ambos sentidos!

Lo importante en este punto es que recuerdes que el sentido real de la corriente eléctrica es de la carga negativa a la positiva. Y que, por lo que te acabo de explicar, en muchos manuales, esquemas y libros sobre electricidad encontrarás información contradictoria, es decir, el sentido convencional.

Aquí te dejo una figura para que lo recuerdes:

Sentido convencional y real de la corriente eléctrica

Sentido corriente eléctrica

¡Uff, la clase de hoy fue dura! Necesitamos un descanso para asimilar todo lo que hemos visto. Que lo más interesante está aún por llegar...

Pero antes tenemos que asentar bien estos conceptos. Tener claro cómo y por qué se produce la corriente eléctrica. Comprender cómo viajan los electrones por el cable. Y entender que nuestros antepasados creían en el sentido convencional de la corriente porque no tenían medios suficientes para probar lo contrario.

Apuntes adicionales: breve historia de la electricidad

La ciencia está en constante cambio. Lo que hoy se considera verdad es mañana mentira. El estudio de la electricidad tampoco es una excepción. Queda esto bien ejemplificado con los dos sentidos de la corriente eléctrica. Pero ¿por qué no viajamos a un pasado aún más lejano?

¿Cuándo se descubrió la electricidad?. Vamos a repasarlo brevemente.

Érase una vez en Egipto... el pez gato eléctrico. Sí, hace ya unos 5000 años que los egipcios descubrieron una misteriosa familia de peces de agua dulce: Malapteruridae. El fabuloso pez gato era capaz de electrocutar a otros gracias a su electrocito. También llamado electroplaca, el electrocito es un órgano que puede generar un campo eléctrico de más de 350 voltios. Y no es exclusivo del pez gato, también lo usa la raya eléctrica (Torpediniformes).

Pez gato eléctrico El pez gato eléctrico incapacita a sus presas con una descarga eléctrica aplicada por el electrocito

Los egipcios sabían que el pez gato se alimentaba gracias a su arma eléctrica. La potente descarga eléctrica les servía para anular a sus presas. Este pez eléctrico no se ha extinguido: mide unos 90 cm de largo y pesa 18 kg. Sus antepasados de cinco milenios atrás son la primera prueba escrita que tenemos de un fenómeno eléctrico. También conocían a los peces gato eléctricos y los mencionaban en sus escritos los romanos, griegos y árabes.

Vamos a avanzar 2000 años con la máquina del tiempo, concretamente, hasta el siglo VII antes de Cristo. Como ya vimos en el primer capítulo de Electricidad Fácil, los griegos habían descubierto el elektron. Es decir, un fósil de resina de árbol al que hoy llamamos ámbar.

El filósofo, matemático, físico, legislador y geómetra griego Tales de Mileto investigó los fenómenos eléctricos del ámbar. Y aquí tenemos otro error científico, pues Mileto creyó que aquello se trataba de magnetismo y no de electricidad.

Tendría que pasar otro milenio para que se produjeran nuevos avances en el estudio de la electricidad... ¡Pero eso lo veremos más adelante!

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