Equipo 1 (Introducción a la electricidad)

Equipo 1 (Introducción a la electricidad).

Antecedentes históricos de la electricidad

Los antecedentes de la electricidad comienzan sobre el año 600 antes de Cristo en el país de Grecia en el que se acostumbraba a frotar un tipo de resina fósil llamada "electrón", pero más conocida como ámbar, con un trozo de tela, y tras lo cual, se conseguía atraer pequeñas partículas de polvo o de paja de poco peso.

La corriente eléctrica.

La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones).

También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas.

Carga Eléctrica

En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: -1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.

Electrones libres

Para comprender cómo pueden los electrones producir corriente eléctrica, será útil ilustrar la forma en que los átomos de un buen conductor, por ejemplo el cobre, están unidos en un trozo del metal en estado sólido. Todos los materiales deben tener sus átomos (o moléculas) unidas en alguna forma, pues de lo contrario se desintegrarían. Existen diferentes tipos y formas de uniones; por eso, unos elementos son gases, algunos son líquidos y otros sólidos. Además, existen varias formas en que los átomos de los sólidos están unidos, y por esta razón algunos metales son suaves y otros duros. El tipo de unión que nos interesa para el estudio de la electricidad básica es la unión metálica.

Movimiento de los electrones

Para producir una corriente eléctrica, los electrones libres en el conductor de cobre deben moverse en la misma dirección, y no al azar. Esto se pude hacer aplicando cargas eléctricas en cada extremo del alambre de cobre; una carga negativa en un extremo y una carga positiva en el otro.

Puesto que estos electrones son negativos, la carga negativa los repele y los atrae la positiva. Debido a ello, no pueden pasar a aquellas órbitas que los harían moverse contra las cargas eléctricas. En cambio, se desplazan de órbita en órbita hacia la carga positiva, haciendo que se produzca una corriente eléctrica en esta dirección.

Se puede ver en el diagrama que la densidad de los átomos en el alambre cobre es tal que las órbitas de valencia de cada átomo se superponen de manera que los electrones pasan fácilmente de un átomo a otro. La trayectoria que recorre el electrón depende de la dirección de las órbitas que el electrón encuentra en el camino que lo lleva hacia la carga positiva.

Puede verse que no siguen una línea recta. Pero en los extremos del conductor, donde las cargas son más intensas, éstas ejercen mayor control sobre cada electrón, de modo que sigue una trayectoria más próxima a la recta y se mueve con mayor rapidez a través del conductor.

Flujo de corriente

Aunque a veces es más fácil considerar que los electrones que se mueven libremente constituyen la corriente eléctrica, es importante recordar que esto no es exacto. El movimiento del electrón libre produce la corriente. Esto se entiende mejor, si se compara la velocidad de un electrón con la de la corriente. La velocidad del electrón puede variar, según el material conductor y el número de cargas eléctricas usadas. Pero la velocidad de la corriente siempre será la misma.

El electrón libre que se mueve al azar, lo hace con rapidez relativa debido a que esta únicamente bajo la influencia de las fuerzas atómicas orbitales; su velocidad puede ser de unos cuantos cientos de kilómetros por segundo.

El electrón libre que se encuentra bajo la influencia de las cargas electrostáticas tiene que oponerse a alguna de las fuerzas orbitales atómicas de manera que su velocidad disminuye considerablemente. En ciertos casos avanza velocidades que pueden medirse en centímetros por segundo. Esto es sumamente lento, en comparación con la velocidad de la corriente eléctrica, que es igual a la de la luz: 300000 kilómetros por segundo.

El impulso de corriente

La corriente eléctrica, en realidad es el impulso de energía eléctrica que transmite un electrón a otro, al cambiar de órbita. Cuando se aplica energía a un electrón y éste se desprende de su órbita, al salir de ella, tiene que toparse con alguna órbita de otro átomo, ya que todas la órbitas exteriores se superponen y obstruyen el paso libre del electrón. Cuando el electrón liberado entra a la nueva órbita, su carga negativa reacciona con la carga negativa del electrón que se encontraba en la órbita antes de él. El primer electrón repele al otro, expulsándolo de la órbita y, a la vez, transmitiéndole su energía. El segundo electrón, al encontrarse en la órbita siguiente, repite lo que hizo el primero. Este proceso continúa en todo el alambre. El impulso de energía, transferido de un electrón al siguiente, constituye la corriente eléctrica.

Velocidad de la corriente eléctrica

Puesto que los átomos están muy próximos uno de otro y las órbitas se superponen, ele electrón liberado no tiene que ir muy lejos para encontrar una órbita nueva. El momento en que entra a la nueva órbita, transfiere su energía al siguiente electrón, liberándolo. La acción es casi instantánea. Lo mismo ocurre con todos los electrones en movimiento, de manera que aunque cada

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