► Átomos y Electrones

► Carga Eléctrica

► Intensidad de Corriente

► Resistencia Eléctrica

► Diferencia de Potencial

► Ley de Ohm

► Símil Hidráulico

¿Sabías que las primeras experiencias del ser humano con la electricidad se remontan hasta la antigua Grecia?

En la película “Parque Jurásico” se habla de insectos atrapados en ámbar (resina de los árboles solidificada y folsilizada con el paso de mucho tiempo). Es precisamente esta sustancia, la que frotaban los griegos con retazos de telas, para comprobar después su capacidad de atraer pequeños trozos de papel, plumas y otros cuerpos de poco peso.

Curiosamente, los griegos bautizaron con la palabra “electrón” a este trozo de ámbar, aunque sabemos que a pesar de seguir teniendo la culpa de esta atracción, los electrones, son otra cosa muy distinta. Rafael Gutiérrez Peguero

Para Tecnología 3º ESO

ÁTOMOS Y ELECTRONESÁTOMOS Y ELECTRONES

Sabemos que todo tipo de materia está compuesta por partículas muy pequeñas llamadas átomos. En ellos, existen otras aún más pequeñas y con una ubicación bien definida. Veamos cuáles son.

Los protones y los neutrones conviven en el llamado “núcleo” del átomo, mientras que los electrones se encuentran orbitando alrededor de éste en diferentes capas. Para hacernos una idea de sus tamaños: si hacemos corresponder el átomo con un estadio de fútbol, el núcleo equivaldría al propio balón situado en el punto de saque, mientras que los electrones serían como garbanzos orbitando por las gradas.

Debido a grandísimas fuerzas en el interior del núcleo, los protones y neutrones son “inseparables”. En cambio, los electrones que orbitan en las capas más externas del átomo, sí que podríamos conseguir desprenderlos con mayor o menor facilidad, según el tipo de material.

A modo de ejemplo, era precisamente ésto lo que hacían los griegos al frotar la barra de ámbar.

CARGA ELÉCTRICACARGA ELÉCTRICASe ha comprobado que electrones y protones tienen carga de signo contrario, mientras los neutrones no tienen ninguna. Como se admite que la carga del protón es positiva y la del electrón es igual pero negativa, el átomo en principio es neutro, pues tiene el mismo número de protones que de electrones. ¿Qué ocurre entonces cuando conseguimos quitar electrones a un átomo para dárselos a otro?

Si se logra desprender electrones de los átomos de un material (como el ámbar al ser frotado con algún tejido), éstos van a tener más número de protones que de electrones.

Si hacemos ahora un balance de cargas, comprobamos que el átomo ya no es neutro, sino que posee carga eléctrica positiva. Recuerda que los protones son los positivos.

Por otra parte, estos electrones llegan a los átomos de otro material (el tejido), que ahora van a tener más número de electrones que de protones.

Haciendo un nuevo balance, el átomo tampoco es neutro, pero la carga eléctrica que posee va a ser negativa´. Recuerda que la cantidad es la misma, pero de distinto signo.

INTENSIDAD DE CORRIENTEINTENSIDAD DE CORRIENTETenemos en este momento separados, los átomos con carga eléctrica positiva (con falta de electrones) de los átomos con carga negativa (con exceso). Podemos afirmar que la “pila” está lista para entregar su energía eléctrica. Ahora bien ¿Cómo ocurrirá esto?

El polo positivo de la pila, está deseando encontrar electrones que puedan llenar los huecos que hay en sus átomos, regresando con ello a su estado neutro de carga. Por otra parte, el polo negativo está deseando también entregar los electrones que le sobran, para llegar al mismo estado de tranquilidad.

Si conectamos ambos polos con un cable, los electrones se desplazarán saltando por sus átomos hasta llegar al otro polo. Cuando hayan pasado todos, dejarán de circular y podemos decir que “la pila se ha gastado”.

Un aspecto importante de este hecho, es la “velocidad” con la que se desplazarán estos electrones, pues de ello va a depender el buen funcionamiento del circuito eléctrico (camino por el que circulan).

Para saberlo, se define la INTENSIDAD de corriente a la cantidad de electrones que pasan por un punto del circuito en un segundo. Se representa por la letra “I” y se mide en Amperios (A).

Para hacernos una idea, un amperio equivale al desplazamiento de 6,23 trillones de electrones en un segundo.

RESISTENCIA ELÉCTRICARESISTENCIA ELÉCTRICA¿Circulan los electrones con la misma Intensidad por todos los materiales? Claro que no. Tan solo hay que pensar en los plásticos para comprobar que por ellos no pasa la corriente de electrones, mientras que algunos metales como el cobre o el aluminio son habitualmente empleados para ello, pero… ¿Y los demás?

Cuando un material permite el paso LIBRE de electrones a su través, se le llama CONDUCTOR. Si por el contrario, IMPIDE totalmente el paso de estas partículas, se denominan AISLANTES.

Evidentemente, los materiales no se comportan todos de forma extrema, también tienen su término medio. Ante el desequilibrio energético de una pila, hay materiales que pueden “DOSIFICAR” el paso de electrones para facilitarles su llegada al otro polo. En este caso se denominan SEMICONDUCTORES.

Realmente, la dificultad de paso está en salvar la acción atractiva de los núcleos de los átomos del material, por lo cual, depende de su composición. La magnitud que representa a este grado de dificultad se llama RESISTENCIA ELÉCTRICA y se representa con la letra “R”.

Su unidad es el Ohmio y se designa con la letra griega omega (Ω)

DIFERENCIA DE POTENCIALDIFERENCIA DE POTENCIALSabemos hasta este momento, que la corriente de electrones va a circular siempre que se comuniquen dos polos con distinta carga. Es necesario por tanto un desequilibrio de energía eléctrica, es decir, que los átomos de un polo tengan más electrones de lo que les corresponde (negativo), existiendo en el otro polo los huecos que corresponden a éstos (positivo).

En el caso de las pilas o baterias, el desequilibrio se provoca con reacciones químicas de sustancias diversas. Pero ocurre una cosa: cuando se iguala el número de electrones en los dos polos, dejan de circular y la batería ha de ser sustituida o recargada.

Aún así, existen dispositivos capaces de mantener siempre el desequilibrio de cargas, pues hacen uso de otro tipo de energía “externa” para llevarlos de nuevo al polo del que salieron. Se conocen como generadores.

Este efecto se puede conseguir con diversos métodos: fricción, presión, luz solar, etc… Aun así, el más utilizado es el de combinar efectos magnéticos de un imán, con el movimiento circular que proporciona una caida de agua, el viento, etc…

Si llamamos “potencial” a la energía que posee un cuerpo para atraer los electrones que le faltan, la magnitud que ahora representa el desequilibrio de cargas entre dos cuerpos es la DIFERENCIA de POTENCIAL, o también conocida por TENSIÓN. Se representa por las letras “U” o “V” y se mide en Voltios (V).OJO: si a dos polos les falta el mismo número de electrones, éstos no circularán. Vale que hay desequilibrio de cargas, pero ocurre algo muy importante: es el mismo en los dos y por tanto, no hay diferencia de potencial.

LEY DE OHMLEY DE OHMConocidas las tres magnitudes principales de la electricidad, parece lógico pensar que entre ellas exista algún tipo de relación ¿no? Efectivamente. Vamos a estudiarla analizando el comportamiento de la Intensidad en un circuito, cuando alguna de las otras dos varían.

Usaremos el circuito más simple: Los dos polos de una batería (V) se conectan con un cable para permitir el paso de la corriente eléctrica, intercalando entre ambos polos una resistencia (R).

¿Qué ocurriría si cambiáramos la pila por otra con mayor Tensión? Mayor Diferencia de Potencial entre ambos polos, implica mayor energía para el desplazamiento de las cargas hasta el positivo. En definitiva, los electrones circulan con mayor velocidad, luego la Intensidad también aumentaría.

¿Y si cambiamos la Resistencia por otra también mayor? Ahora existe un obstáculo más grande y por tanto, los electrones se desplazarán con más dificultad, por lo que la Intensidad en este caso, disminuye.

Si quereis comprobar el efecto de estas variaciones sobre la Intensidad: Simulador en Internet

El primero en darse cuenta de todo esto, fue el físico alemán Georg Simon Ohm. En 1827 formuló su ley: “La Intensidad de corriente en un circuito eléctrico, es directamente proporcional a la Tensión aplicada, e inversamente proporcional a la Resistencia que opone dicho circuito”

G. S. Ohm (1787-1854)

Para un correcto manejo de esta igualdad, os recomiendo la visita a esta dirección de Internet:

Así funciona: Qué es la Ley de OHM

SÍMIL HIDRÁULICOSÍMIL HIDRÁULICO¿Qué ocurre al comunicar dos depósitos por su parte inferior, con distinto nivel de agua? Pensemos qué tienen en común este sistema y el circuito eléctrico anterior.

Los depósitos podrían representar cada uno de los polos de la batería. Si hacemos corresponder el agua con la carga eléctrica, el depósito más lleno será el negativo, mientras que el otro, ante la falta de “electrones” será considerado como positivo.

Si se unen ambos depósitos con un conducto, el agua fluye del más lleno al más vacío, hasta que los niveles de ambos se igualan. Podemos decir que el desequilibrio de “carga” ya no existe y la “corriente” ha cesado (pila agotada).

A mayor altura del primero respecto al otro, la energía de desplazamiento del agua aumenta (Intensidad proporcional a Dif. de Potencial)

El efecto de la Resistencia en el circuito, sería comparable aquí con el de una válvula en el conducto que comunica ambos “polos”, pues con ella se dificulta el paso de la corriente.

Por último, podríamos sustituir en el circuito la pila por un Generador, para mantener indefinidamente la Diferencia de Potencial. El equivalente en este sistema sería una bomba de agua para enviarla de nuevo al “polo negativo”.