RESUMEN.
La electricidad se presenta
en las acciones de nuestro entorno vivir, se presenta en las tormentas cuando
hay descargas eléctricas y el control de la electricidad se presenta en los
dispositivos tecnológicos que utilizamos tales como, computadoras, televisión o
para no irse muy lejos en un simple bombillo o también ya hablando en un
entorno más físico en la fuerza que mantiene unidos los átomos en forma de
moléculas.
Como bien se sabe el mundo
ha avanzado con la ayuda de la electricidad, tanto así que en esta era
tecnológica de punta es importante entender cómo podemos manipular los
fundamentos de la electricidad.
Un importante componente de
la electricidad es la electrostática, esto es la electricidad en reposo. La
electrostática tiene que ver con las cargas eléctricas, las fuerzas que se
ejercen entre ellas, los métodos de carga y su comportamiento en los
materiales.
Las fuerzas y cargas
eléctricas es unos de los principales conceptos en la electrostática, se habla
que las fuerzas eléctricas provienen de las partículas que componen a los
átomos. Un átomo consiste en un núcleo
con carga positiva rodeado de electrones y los mantiene en órbita, del
mismo modo que el sol mantiene los planetas en órbita.
Los protones atraen electrones,
pero estos se repelen unos a otros este comportamiento de atracción y
repulsión se atribuye a una propiedad
llamada carga; donde existen dos tipos que los protones tienen carga positiva y
los electrones tienen carga negativa mientras que los neutrones no tienen
carga.
Se dice que una regla
fundamental de todo fenómeno eléctrico es que las cargas eléctricas iguales se
repelen; las cargas opuestas atraen. Esto se debe a que como ya se había
hablado los electrones “carga negativa” se repelen entre si, mientras que los
protones “carga positiva” los atraen.
Un átomo con carga recibe el
nombre de ion, un ion positivo posee una carga neta positiva puesto que ha perdido uno o más electrones.
Un ion negativo posee una carga negativa puesto que ha ganado uno o más
electrones.
De acuerdo con lo anterior
la materia se compone de átomos y estos se componen a su vez de electrones,
protones y neutrones. Cuando un objeto tiene el mismo número de electrones que
de protones no posee carga eléctrica neta. Pero si estos números están
desequilibrados el objeto está cargado eléctricamente.
Existen electrones externos
de un átomo que están unidos muy débilmente y es fácil extraerlos por eso se da
como ejemplo que los electrones están unidos con más firmeza en el caucho que
en el pelaje de un animal. Por tal motivo cuando se frota una barra de caucho
con un trozo de piel hay una transferencia de electrones de la piel a la barra
esto se da ya que el caucho testa
cargado negativamente y posee un excedente de electrones a su vez la piel tiene
una deficiencia de electrones y está cargado positivamente.
Se advierte que los
electrones no se crean ni se destruyen,
sino que simplemente se transfieren de un material a otro. No importa el tamaño
del proceso ya sea a gran escala o a nivel atómico y nuclear hay conservación
de la carga. La carga de un objeto es un múltiplo entero de la carga del
electrón esto quiere decir que el objeto no puede poseer una carga igual a
1.5 o a 1000.5 electrones.
Una de las leyes que rigen
las cargas eléctricas es la ley de coulomb donde el físico francés charles coulomb
establece que para las partículas u objetos con carga que son pequeños en
comparación con la distancia que los separa, la fuerza que se ejerce entre las
cargas varia directamente con el producto de las cargas e inversamente con el cuadrado de la
distancia que las separa. Lo anterior se de a que la fuerza eléctrica entre dos
objetos cualesquiera obedece una relación similar con el inverso del cuadrado
de la distancia.
De acuerdo con lo anterior
las cargas se expresan en coulomb (C), donde la fuerza eléctrica entre dos
cargas de un coulomb es enorme donde las fuerzas eléctricas pueden atraerse y
repelerse. Puesto que la mayoría de objetos poseen casi exactamente el mismo
número de electrones que de protones, usualmente las fuerzas eléctricas se
equilibran.
Para que los electrones se
muevan con más facilidad en unos materiales que en otros. Los electrones
externos de los átomos de un metal no están anclados a núcleos de átomos
específicos, esto lleva a que se puedan desplazarse libremente por el material.
Dado a lo anterior se afirma que los metales son buenos conductores del
movimiento de carga eléctrica por la misma razón que son buenos conductores de
calor.
Por otra parte los
electrones de otros materiales como el caucho y el vidrio están fuertemente
ligados y permanecen en átomos específicos, estos electrones no pueden
desplazarse con facilidad hacia otros átomos del material.
Estos materiales son malos
conductores de electricidad, por la misma razón, que son malos conductores de
calor por tal razón se dice que estos son buenos “Aislantes”. Se puede
clasificar las sustancias en orden de su capacidad para conducir cargas
eléctricas. Ala cabeza de la lista están
los conductores y al final los aislantes, la clasificación de una sustancia depende de la firmeza con la
que los átomos de la sustancia retiene sus electrones.
También existen los semiconductores
“los transistores” que se emplean en una
gran variedad de aplicaciones eléctricas, estos se comportan unas veces como
aislantes y otras como conductores estos materiales son el germanio y el
cilicio. A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren
una conductividad infinita(es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace
cero) estos se trata de los superconductores.
Existen tres procesos de
carga, el primer proceso es el de carga por fricción que es cuando se
transfiere electrones por fricción cuando un material roza con otro, esto se da
cuando por ejemplo acariciamos el pelaje de un gato oímos el crepitar las chispas que se producen o bien cuando nos peinamos
frente a un espejo en una habitación a
oscuras vemos y oímos las chispas eléctricas.
El otro proceso es el de
carga por contacto, se trata de cuando se puede transferir electrones de un
material a otro por simple contacto esto se da cuando por ejemplo ponemos una
barra cargada en contacto con un objeto neutro se transfiere una parte de la
carga a este. Cabe resaltar que si el objeto es buen conductor la carga se
distribuye en toda la superficie por que
las cargas iguales se repelen entre sí. Si se trata de un mal conductor puede
ser necesario tocar con la barra varias partes del objeto para obtener una
distribución de carga.
El tercer proceso es el de
carga por inducción, si acercamos un objeto
con carga a una superficie conductora, aun sin contacto físico los
electrones se mueven en la superficie conductores. Una barra cargada sostenida
cerca de una superficie metálica, por ejemplo atrae las cargas de signo
contrario que tiene la barra y repele las cargas del mismo signo. El resultado
es una redistribución de las cargas del objeto.
Se habla que durante las
tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. Donde la
parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la
superficie terrestre creando si descargas eléctricas o rayos, benjamín franklin
fue el primero en demostrar este hecho
por medio de su famoso experimento de la cometa donde demuestra que todos los
rayos o relámpagos son descargas eléctricas entre dos regiones de la nube con cargas contrarias.
Este tipo de carga por
inducción se relaciona con la polarización de carga que se da cuando por inducción,
un lado de la molécula o átomo se hace ligeramente más positivo. Cuando se
acerca una carga negativa externa por la izquierda, las cargas del átomo neutro
o molécula se re acomodan de tal manera que el lado izquierdo es ligeramente más
positivo y el derecho, ligeramente negativo.
Todos los átomos o moléculas
próximos a una superficie se polarizan eléctricamente. La molécula de agua es
un dipolo eléctrico, porque está eléctricamente polarizada en su estado normal entonces,
la distribución de la carga eléctrica no es uniforme. Existe más carga negativa
de un lado de la molécula que del otro.
Lo anterior permite explicar
porque un objeto con carga atrae trocitos de papel neutros. Las moléculas del papel se polarizan
los lados de la moléculas cuya carga es contraria a la del objeto están cerca
de este. La proximidad prevalece y los trocitos de papel experimentan una
atracción neta.
Todos los conceptos expuestos anterior
mente nos permiten explicar fenómenos
que en el común vivimos y que son sorprendentes, también nos explica los
fundamentos de la electricidad a fin de proporcionar un bienestar. En el campo
de los sistemas que nos compete a la titulación es muy importante saber la
explicación de estos fenómenos ya que todos los dispositivos eléctricos que
manejamos manejan electricidad y contiene cargas eléctricas. No solo en nuestro
campo del estudio y el campo laboral también en nuestras casas a menudo tenemos
relación con estos tipos de fenómenos de la física.
