Electricidad en la naturaleza

Electricidad en la naturaleza

Mundo inorgánico

Descargas eléctricas atmosféricas

Archivo:Mistifikatsia.gif

Centella atraída por un automóvil en movimiento.

El fenómeno eléctrico más común del mundo inorgánico son las descargas eléctricas atmosféricas denominadas rayos y relámpagos. Debido al rozamiento de las partículas de agua o hielo con el aire, se produce la creciente separación de cargas eléctricas positivas y negativas en las nubes, separación que genera campos eléctricos. Cuando el campo eléctrico resultante excede el de ruptura dieléctrica del medio, se produce una descarga entre dos partes de una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parte inferior de una nube y tierra. Esta descarga ioniza el aire por calentamiento y excita transiciones electrónicas moleculares. La brusca dilatación del aire genera el trueno, mientras que el decaimiento de los electrones a sus niveles de equilibrio genera radiación electromagnética, luz.

Son de origen similar las centellas y el fuego de San Telmo. Este último es común en los barcos durante las tormentas y es similar al efecto corona que se produce en algunos cables de alta tensión.

El daño que producen los rayos a las personas y sus instalaciones puede prevenirse derivando la descarga a tierra, de modo inocuo, mediante pararrayos.

Campo magnético terrestre

Aurora boreal.

Aunque no se puede verificar experimentalmente, la existencia del campo magnético terrestre se debe casi seguramente a la circulación de cargas en el núcleo externo líquido de la Tierra. La hipótesis de su origen en materiales con magnetización permanente, como el hierro, parece desmentida por la constatación de las inversiones periódicas de su sentido en el transcurso de las eras geológicas, donde el polo norte magnético es remplazado por el sur y viceversa. Medido en tiempos humanos, sin embargo, los polos magnéticos son estables, lo que permite su uso, mediante el antiguo invento chino de la brújula, para la orientación en el mar y en la tierra.

El campo magnético terrestre desvía las partículas cargadas provenientes del Sol (viento solar). Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno de la magnetosfera, se produce un efecto fotoeléctrico mediante el cual parte de la energía de la colisión excita los átomos a niveles de energía tales que cuando dejan de estar excitados devuelven esa energía en forma de luz visible. Este fenómeno puede observarse a simple vista en las cercanías de de los polos, en las auroras polares.

Mundo orgánico

Artículo principal: Bioelectromagnetismo

El bioelectromagnetismo (a veces denominado parcialmente como bioelectricidad o biomagnetismo) es el fenómeno biológico presente en todos los seres vivos, incluidas todas las plantas y los animales, consistente en la producción de campos electromagnéticos (se manifiesten como eléctricos o magnéticos) producidos por la materia viva ( células, tejidos u organismos). Los ejemplos de este fenómeno incluyen el potencial eléctrico de las membranas celulares y las corrientes eléctricas que fluyen en nervios y músculos como consecuencia de su potencial de acción. No debe confundirse con el bioelectromagnetismo, que se ocupa de los efectos de una fuente externa de electromagnetismo sobre los organismos vivos.

Véase también: Bioenergética, Electrocito, Electroencefalografía, Electrofisiología, Electromiografía y Potencial de membrana

Impulso nervioso

Artículo principal: Impulso nervioso

Grabado antiguo mostrando la excitación del nervio crural de una rana mediante una máquina electrostática.

El fenómeno de excitación de los músculos de las patas de una rana, descubierto por Galvani, puso en evidencia la importancia de los fenómenos eléctricos en los organismos vivientes. Aunque inicialmente se pensó que se trataba de una clase especial de electricidad, se verificó gradualmente que estaban en juego las cargas eléctricas usuales de la física. En los organismos con sistema nervioso las neuronas son los canales por los que se trasmiten a los músculos las señales que comandan su contracción y relajación. Las neuronas también transmiten al cerebro las señales de los órganos internos, de la piel y de los transductores que son los órganos de los sentidos, señales como dolor, calor, textura, presión, imágenes, sonidos, olores y sabores. Los mecanismos de propagación de las señales por las neuronas, sin embargo, son muy diferentes del de conducción de electrones en los cables eléctricos. Consisten en la modificación de la concentración de iones de sodio y de potasio a ambos lados de una membrana celular. Se generan así diferencias de potencial, variables a lo largo del interior de la neurona, que varían en el tiempo propagándose de un extremo al otro de la misma con altas velocidades.

Conductores y aisladores.

En algunos elementos como los metales, los electrones de las capas más externas son compartidos entre átomos vecinos, por lo que pueden circular de uno a otro de ellos. Es decir, esos electrones pueden considerarse como pertenecientes al conjunto de átomos y no a uno de ellos en particular. Estos materiales se llaman “buenos conductores”.

En otros materiales esto no ocurre, y los electrones están firmemente unidos a los núcleos, es decir, no están libres. Se llaman “malos conductores” o “aisladores”.

Ningún conductor es perfecto ni ningún aislador es perfecto. Algunos materiales son mejores conductores que otros.

Ley de Coulomb.

Cerca de 1780, el francés Charles-Augustin de Coulomb midió por primera vez la interacción entre las cargas eléctricas. Encontró que “la fuerza ejercida entre dos cuerpos cargados es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.”

F = K q1 . q2 / d2

donde K es una constante que transforma la proporcionalidad en igualdad.

La unidad de carga eléctrica internacionalmente adoptada es el culombio C, y con esta unidad, la constante K vale aproximadamente 9 x 109 N-m2/C2. Así, dos cargas de un culombio cada una, colocadas a una distancia de un metro, experimentan una fuerza de atracción o repulsión de 9 mil millones de newtons.

La unidad de carga más pequeña en la naturaleza es la carga de un electrón o la de un protón, cuyo valor es de 1,6 x 10-19 C. La cantidad de carga que tiene cualquier cuerpo es un múltiplo de la carga de un electrón.

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