Física - EnlaceUBA

De aquí en adelante nos ocuparemos de conceptos que resultarán muy familiares (no todos) y cotidianos, pero vistos desde una óptica distinta. Vamos a estudiar fenómenos que ocurren todo el tiempo entre nosotros pero que no podemos ver directamente, sino que podemos observar o sentir sus consecuencias o manifestaciones. Los fenómenos eléctricos, encuentran su explicación cuando nos adentramos en el mundo de los átomos y sus subpartículas... Los/as invitamos a descubrirlo.

El electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, sus fundamentos fueron dados a conocer por primera vez por Michael Faraday y formulados por primera vez de forma completa por James Clerk Maxwell.

La electricidad, en particular, es un fenómeno que nos acompaña una buena parte de nuestras vidas, la iluminación, la sobrecarga de las nubes de tormenta, los crujidos de una chispa estática que se libera al desplazar una silla sobre una alfombra. También está presente en la biología: el movimiento de iones a través de una membrana; en la fisiología: la transmisión de las señales nerviosas; en la tecnología diagnóstica médica: las señales de un electrocardiograma.

Aquí nos interesará (en principio) entender la base de los fenómenos eléctricos. Para ello tenemos que recurrir a los conceptos relacionados a la Física de partículas.

¿Qué son las cargas eléctricas?

La carga eléctrica es una propiedad de la materia. De la misma forma que dos cuerpos por el hecho de tener masa se atraen entre sí (fenómeno de gravedad según Newton), los cuerpos con carga eléctrica también interactúan entre sí. Existen dos tipos de cargas eléctricas: las positivas y las negativas. Las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de distinto signo se atraen.

Ya sabrán que la materia está compuesta por moléculas y estas por átomos y estos, a su vez, por partículas más pequeñas, protones, neutrones y electrones. Las asociaciones entre estas partículas confieren las propiedades que apreciamos de la materia y además poseen otras propiedades que sólo se evidencian en el mundo microscópico cuando se las estudia por separado.

Los protones tienen carga positiva, los electrones carga negativa y los neutrones no tienen carga. Los últimos al no tener carga eléctrica, no interactúan en un fenómeno eléctrico. 

Los átomos pueden estar compuestos por un balance de cargas negativas y positivas o puede ocurrir que tengan un exceso o defecto de electrones. En este caso la carga positiva de los protones no va a estar completamente balanceada. Cuando en un mismo cuerpo hay la misma cantidad e cargas positivas y negativas, se compensan y el resultado es que el cuerpo se comporta como si fuera eléctricamente neutro (a pesar de estar formado por partículas cargadas). En esta situación, la carga neta, es decir la diferencia entra la cantidad de cargas positivas y negativas, es cero. En el caso que un cuerpo tenga un exceso de cargas positivas su carga neta tendrá un valor positivo; mientras que si el exceso es de cargas negativas, la carga neta será un valor negativo.

Cuando un cuerpo tiene carga eléctrica, afecta todo el espacio alrededor suyo y se establece un campo eléctrico, una especie de zona de influencia. Cualquier cuerpo cargado que se halle en este campo eléctrico recibirá una fuerza eléctrica de atracción o repulsión, según cuál sea su carga. 

Un objeto puede cargarse cuando se le aporta carga, modificando su carga neta, o puede polarizarse sin modificar su carga neta. Se llama polarización de la carga a la redistribución de las cargas por acción de un campo magnético, en objetos eléctricamente neutros (con carga neta cero), de manera tal que se forman dipolos (dos polos en el objeto: uno positivo y el otro negativo). Por ejemplo, cuando acercamos un globo, previamente frotado contra un paño (adquirió carga estática), a trocitos de papel, veremos que este atraerá a los papeles que se pegarán al globo. Esto sucedería en nuestro ejemplo con las cargas en los trocitos de papel:

                

¿Se mueven las cargas eléctricas? Sí. 

Las cargas eléctricas se mueven por acción del campo eléctrico. A este movimiento de cargas en un cierto medio lo llamamos corriente eléctrica.

Sin embargo, la facilidad con que los distintos materiales permiten su paso, depende de de las características o propiedades del mismo. Se llaman conductores los materiales que dejan pasar fácilmente a la corriente eléctrica y a los que no lo permiten se los denomina aislantes. El papel o la madera, por ejemplo, son aislantes. Al contrario, el cable de cobre es un muy buen conductor.

Según las características del medio, las partículas encargadas de mover las cargas serán distintas. Por ejemplo, en un cable de cobre son los electrones los encargados de llevar la carga de un lado a otro, mientras que en el agua salada son los iones los responsables. No todas las partículas transportadoras de carga son iguales, por lo que no se moverán del mismo modo.

Ión es el término para denominar a aquellos átomos o grupos de átomos con carga neta. Esta puede ser positiva (catión) o negativa (anión).

Y como en este bloque venimos hablando de ENERGÍA, digamos que:

Energía eléctrica es un tipo de energía que se manifiesta como una corriente eléctrica y se debe al movimiento de cargas a través de un conductor. 

A continuación, en 5.1 y 5.2 podrán profundizar sobre este concepto. Además, si tienen interés en 5.1.Circuitos eléctricos y 5.2.Potencia y consumo, los invitamos a avanzar con la lectura. De lo contrario, pueden continuar con 6.Otras formas de energía y sus transformaciones.