La electricidad. (1a parte)

1.- ¿Qué es la electricidad?

Aclararé de una vez que la electricidad no es lo mismo que la corriente eléctrica, ésta, es una idea que nos han intentado vender desde que empezamos a relacionarnos en el tema, y, precisamente se puede tornar a confusión.
Es por eso que comenzaré con definir conceptual y claramente qué es la electricidad y la corriente eléctrica:

La electricidad es un fenómeno físico que se da por la interacción de las cargas eléctricas, ya sea estáticas o en movimiento.

La corriente eléctrica es el flujo de electrones a través de un conductor. (Esta definición me la sé como me sé mi nombre)

Está claro que no basta con estas definiciones tan cerradas y concisas de los dos conceptos, pero vale la pena entender la diferencia entre ellos para así no hablar de uno como si fuera el otro.
Siendo honesto conmigo mismo, no puedo vivir sin la electricidad, es un hecho, todo lo que hago en el día requiere de ella. Incluso el escribir este breve comentario necesita de la corriente eléctrica. Estoy seguro que conozco muy poco de la materia pero para eso se investiga, se aprende, se comenta y se experimenta.

2.- Las cargas eléctricas y experimentos que se desarrollaron para demostrar su existencia.

Antes de hablar de las cargas, hay qué recordar que la materia está formada por partículas subatómicas, y éstas son 3: electrón, protón y neutrón.
Sabemos que hay dos tipos de cargas eléctricas, una negativa (el electrón) y la otra positiva (el protón) y existe una tercera pero ésta es neutra (el neutrón).
No estamos hablando de que el electrón es el malo y el protón es el bueno, o que por naturaleza uno sea negativo y otro sea positivo, simplemente se les dio esa denominación debido al fenómeno de atracción que ocurre cuando se juntan dos materiales cargados eléctricamente. Un cuerpo cargado negativamente se atrae a otro cargado positivamente (imanes).

Protón: de éste podemos decir que es la partícula subatómica positiva, con una carga eléctrica de 1,602 x 10–19 C y que en un átomo se encuentra en el núcleo junto a los neutrones.
Se le atribuye el descubrimiento a Ernest Rutherford.
Electrón: de éste podemos decir que es la partícula subatómica negativa, con una carga eléctrica de −1,6 × 10−19 C y que en un átomo se encuentra fuera del núcleo, girando alrededor de él.
Se le atribuye el descubrimiento a Joseph John Thomson.

Neutrón: es la partícula subatómica neutra, forma parte del núcleo junto con los protones.
Se le atribuye el descubrimiento a James Chadwick
…

Recuerdo que en la primaria no faltaba la práctica de laboratorio para demostrar la existencia de la electricidad, que consistía en frotar un globo con alguna tela durante un momento e inmediatamente pasar el globo por encima de unos papelitos y ver cómo éstos eran atraidos a él por alguna misteriosa fuerza. Ese fue mi primer contacto con la electricidad (o al menos algo parecido a ella), no sin antes meter mi dedo entre un entre la clavija y el enchufe y recibir un fuerte y sacudido saludo de la electricidad. –no me cayó nada bien al principio-

3.- Tipos de redistribución de cargas eléctricas

Existen seis tipos de redistribución de cargas, éstos son:

a) Frotamiento: Al frotar 2 cuerpos neutros eléctricamente, ambos se cargarán. Por ejemplo, una varilla de vidrio con un pañuelo de seda, la varilla cede electrones y queda cargada positivamente, mientras que el pañuelo los adquiere y queda cargado negativamente.
Al frotar la varilla de plástico con el paño de lana, la primera adquiere carga negativa, mientras que el segundo adquiere carga positiva.

b) Inducción: Éste se da cuando se pone en contacto un cuerpo cargado eléctricamente con otro neutro, el primero atrae al segundo provocando que aparezcan cargas eléctricas positivas y negativas en el cuerpo inicialmente neutro.
Cuando acercamos la varilla de vidrio electrizada a la bola neutra, se produce una redistribución de las cargas eléctricas en esta última. La carga neta de la bola no varía, pero la mayor proximidad de las cargas negativas a la varilla hace que la bola sea atraída.

c) Contacto: Un cuerpo puede cargar a otro con tener un contacto rápido con otro eléctricamente cargado. El detalle es que los dos quedarán con la misma carga, si uno tenía carga negativa, entonces también el otro quedará negativamente cargado.
Al establecer el contacto entre la varilla electrizada y la bola del péndulo, parte de la carga de la primera pasa a la segunda y ambos cuerpos quedan cargados con cargas eléctricas del mismo signo, por lo que se repelen.

d) Efecto fotoeléctrico: Consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética ya sea luz visible o ultravioleta. Externamente se liberan electrones en la superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie

e) Electrólisis: Si mezclamos dos compuestos inorgánicos y los fundimos, éstos se ionizan. Si se colocan dos electrodos en una solución de un electrolito hay un paso de corriente, pues los iones se vuelven átomos (eléctricamente cargados, puesto que poseen electrones y protones).

f) Termoeléctrico: Este efecto provoca la conversión de una diferencia de temperatura en electricidad. Se crea un voltaje en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes.

4.- La ley de Coulomb

Charles Augustin de Coulomb fue un físico francés que entre otras aportaciones, destaca de manera histórica el descubrimiento de la fuerza de atracción entre dos partículas cargadas, dicha ley lleva su nombre en su honor. También en el Sistema Internacional, la unidad de carga eléctrica se llama coulombio.

No tiene caso escribir la biografía del Ingeniero Coulomb, puesto que no hay mucho de qué analizar ahí. Es por eso que nos enfocaremos principalmente a su ley. (Ley de Coulomb)

Esta dice literalmente:"La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa."

La mayoría de las veces, trato de analizar los postulados de las teorías que voy estudiando y aprendiendo a lo largo de mi vida de estudiante y no logro entender en qué estaba pensando el genio (loco talvez...en su época) que descubre los fenómenos y los plasma en una hoja con lápiz a la mano, pero está claro que gracias a esos genios es que hoy cubrimos gran parte de las comodidades y "necesidades" que tenemos como seres humanos.

Su ley la demostró usando una balanza de torsión, que él mismo inventó, identificando cómo varía la fuerza eléctrica en función de la magnitud de las cargas y de la distancia entre ellas

Es decir, la fuerza se va a duplicar si una de las dos cargas se duplica, se va a multiplicar por cinco si una de las cargas se multiplica por cinco y así sucesivamente es por eso que obtuvo la siguiente ecuación:

Donde q1 y q2 son las cargas puntuales, k es la constante (9x109Nm2/C2) y r será igual a la distancia en metros entre las dos cargas.

Dicha constante (K) se tiene considerada cuando las cargas están en el vacío, pero hay otros medios donde la constante cambia, tales materiales serían: el mármol, ebonita, parafina entre otros. Siempre que no se nos especifique en qué medio se encuentran las cargas, se procederá a utilizar la constante (K).


También existe otra ley, que habla de las mismas cargas pero no es extraída de la Ley de Coulomb, que recibe el nombre de Principio de Superposición que dice:

“La fuerza total ejercida sobre una carga eléctrica q por un conjunto de cargas q1, q2, q3…etc. será igual a la suma vectorial de cada una de las fuerzas ejercidas por cada carga sobre la carga”

En clase he aprendido, que la Ley de Coulomb y el Principio de Superposición se pueden efectuar como un cálculo vectorial, pues que son fuerzas de atracción y la fuerza es una cantidad vectorial, ésta, posee dirección y sentido. Así, es que se puede resolver un problema utilizando los principios de los vectores (vector unitario, ejes etc.).

5.- Principales contribuyentes al estudio de la electricidad

Los primeros estudios acerca de la electricidad datan de hace ya mucho tiempo, aproximadamente en el año 600 a.C. cuando Tales de Mileto descubrió que al frotar el ámbar con alguna superficie, podía atraer algunos objetos.

Desde esas remotas épocas, se mantuvo en misterio el fenómeno eléctrico hasta el año de 1600 cuando William Gilbert publicó investigaciones donde denominaba eléctrico a la fuerza que ejercen las sustancias después de ser frotadas que se tuvo un estudio formal.

Otro científico, Otto Von Guericke describió la primera máquina para producir electricidad y el primer condensador. Pieter Van Musschenbroek desarrolló la botella de Leyden en 1745.

Benjamín Franklin demostró que el relámpago es de la misma naturaleza que la de la corriente eléctrica.

Uno de los pilares de la electrostática moderna es Michael Faraday, en 1831, descubrió que se generaba una corriente eléctrica en un conductor que se exponía a un campo magnético variable.
Alessandro Volta descubrió que las reacciones químicas pueden producir cargas negativas y positivas, principio que uso para inventar la celda voltaica.

Otro grande de la investigación eléctrica es Georg Simon Ohm, en 1827, dio una relación que liga la tensión entre dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que pasa por él (ésta relación lleva su nombre, Ley de Ohm), definiendo la resistencia eléctrica.
El físico alemán Gustav Kirchoff ideo las Leyes que llevan su apellido con respecto a la distribución de corriente eléctrica en un circuito eléctrico con derivaciones.

James Prescott Joule desarrollo la ley que determina la cantidad de calor generado por el paso de una corriente eléctrica. Thomas Alba Edison construyó la primera lámpara incandescente. Heinrich Hertz demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas lo que posibilito la invención del telégrafo sin cable y la radio.

Joseph Joe Thomson descubrió el electrón y en 1906 Robert Andrews Milikan mediante su experimento de la gota de aceite determinó la carga del electrón.
…
Al investigar tan siquiera un poco acerca de los descubrimientos, avances y aplicaciones de la electricidad, me asusto un poco de pensar qué falta por descubrir, veo a mi alrededor y digo, es imposible que falte algo, pero, como vemos día a día, el ser humano se sorprende a sí mismo creando e innovando cada vez más.
La electricidad es una fuente de energía indispensable para el mundo, es por eso que hoy en día, el hombre destina mucho tiempo y estudio para lograr obtenerla con un menor costo y en mayor cantidad.