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INTRODUCCIÓN

Para interpretar fenómenos eléctricos fundamentales, como son la Tensión y Corriente eléctricas, es imprescindible analizar brevemente la estructura de la materia.

Haremos referencia especialmente a los cuerpos sólidos, algunas excepciones, como la conducción eléctrica en los gases serán tratadas oportunamente.

LOS ÁTOMOS

Su estructura no es totalmente conocida en la actualidad, aunque se ha determinado la existencia de 92 tipos de átomos que agrupados en distinta forma constituyen todas las sustancias conocidas. Técnicas muy elaboradas de laboratorio permiten la creación de átomos distintos encontrados en la naturaleza, pero en nuestra especialidad no se los considera por tener una vida muy corta.


Modelo atómico - De acuerdo al tipo de fenómeno que se quiere analizar conviene atribuir a los átomos una determinada estructura constituyendo ella un modelo atómico. Para nuestro interés los átomos se asemejan a un sistema solar en miniatura, donde existe una zona central llamada núcleo alrededor del cual giran en distintas órbitas unas partículas llamadas electrones; una visión simplificada de lo expresado se muestra en la figura 1.

Propiedades de los átomos

De acuerdo a su estructura, los átomos tiene menor o mayor tendencia a unirse con otros, cuando dicha tendencia es fuerte se obtienen los cuerpos sólidos, como la mica, el cobre, el aluminio, etc. En estas condiciones los núcleos atómicos permanecen fijos, girando los electrones permanentemente alrededor de los mismos. Cabe destacar que los núcleos atómicos contienen apreciable número de partículas, de las cuales consideramos únicamente a los protones por su importancia fundamental en los fenómenos eléctricos.

Representación simplificada de un átomo (similar al Modelo Atómico de Bohr).Fig.1

Además, en condiciones normales para nuestra especialidad, no se pueden quitar ni agregar protones al núcleo.

De la observación de la figura 1 surgen conceptos muy importantes que pasamos a enumerar:


1) A los protones se los distingue con el signo (+), convención que permite diferenciarlos de los electrones que llevan el signo opuesto (-), con el fin de indicar que se trata de las partículas de características eléctricas inversas.

2) La tendencia natural de los átomos es la de tener igual cantidad de protones en el núcleo que de electrones que giran en órbita alrededor del mismo, en esa condición se considera el átomo eléctricamente neutro.


A título informativo señalamos que un átomo de cobre posee 29 protones en el núcleo y 29 electrones girando a su alrededor, el de aluminio 13 protones y 13 electrones orbitales, etc. La experiencia demuestra invariablemente la tendencia de los átomos a igualar el número de protones y electrones.

Efectos de atracción y repulsión en el átomo

Sin justificación teórica hasta el momento, infinidad de experiencias han demostrado que los electrones se rechazan entre si. Por el contrario, los protones contenidos en el núcleo ejercen una fuerza de atracción sobre los electrones, dependiendo aparentemente de estas circunstancias de equilibrio atómico.

A) Átomo eléctricamente neutro. Tiene dos protones y dos electrones.B) Átomo con carga eléctrica positiva.C) Átomo con carga eléctrica negativa.Fig.2

Desequilibrio atómico

Vimos que en su estado natural los átomos son eléctricamente neutros, es decir tienen la misma cantidad de protones que de electrones. Nos interesa anticipar que la utilización de la electricidad con fines prácticos comienza precisamente cuando se rompe el equilibrio atómico. Para interpretar esto acudimos a la figura 2, donde se ha representado un átomo sencillo para facilitar la explicación.

En el caso A el átomo se encuentra eléctricamente neutro ya que posee igual cantidad de protones que electrones.

En el caso B se encuentra el mismo átomo, quien por causas que no analizaremos en esta oportunidad, ha perdido un electrón. Es evidente que se ha producido un desequilibrio, al faltar un electrón el átomo presenta tendencia a recuperarlo, mientras se mantenga dicha situación decimos que el átomo está cargado positivamente.

En el caso C se ilustra la condición opuesta al átomo neutro, se ha incorporado un nuevo electrón. Para restablecer el equilibrio es necesario desalojar un electrón sobrante, pero esto no se cumple; se considera que el átomo está cargado negativamente.

En resumen: un átomo presenta una carga eléctrica negativa por exceso de electrones o carga eléctrica positiva por un faltante de electrones. En ambos casos tiende por su propia naturaleza a recuperar el estado neutro. Vale observar que en ambas oportunidades la cantidad de protones permaneció constante.

TENSIÓN ELÉCTRICA O VOLTAJE

Los conceptos enunciados sobre las características eléctricas de los átomos permite interpretar dos fenómenos eléctricos fundamentales, el voltaje y la corriente eléctrica... Para facilitar la explicación acudimos a algunas simplificaciones, por ejemplo, no representaremos en los bloques de cobre de la figura 3 todos los átomos que lo forman, ello sería imposible ya que se calcula que en un centímetro cúbico del mencionado metal contiene alrededor de 86.000 trillones de átomos.

Representación simplificada de dos bloques de cobre en estado eléctrico neutro.Fig.3
Entre los bloques de cobre existe una diferencia de potencial.Fig.4

Pero aún representando unos pocos átomos de cobre la figura resultaría compleja ya que dichos átomos poseen 29 protones y 29 electrones, por ello, lo señalamos con un solo protón y un solo electrón, señal evidente de un equilibrio (estado eléctrico neutro).


En la figura 4 se representan nuevamente los bloques de cobre, pero evidentemente sus estados eléctricos se han modificado. En efecto, observando el bloque izquierdo notamos que a cuatro de sus átomos les falta un electrón, por lo tanto predominan las cargas positivas.

Los átomos desequilibrados intentan recuperar los electrones faltantes con el fin de neutralizarse. En el bloque de cobre esa tendencia se manifiesta como una fuerza de atracción que se denomina potencial positivo.

Con referencia al bloque de la derecha la situación eléctrica es inversa: originalmente se encontraba neutro, pero se le agregaron los cuatro electrones quitados al bloque izquierdo.

Evidentemente el bloque derecho presenta un exceso de electrones, los que por tener carga negativa se rechazan entre sí ejerciendo una fuerza por escapar del cuerpo. La presión producida por el exceso de electrones se denomina potencial negativo.

Es evidente que entre ambos bloques existe una diferencia en su condición eléctrica ya que en uno faltan electrones y sobran en el otro, por ello se dice que entre ambos existe una diferencia de potencial (ddp).

El desplazamiento de electrones desde el bloque negativo hacia el bloque positivo, constituye una corriente eléctrica.Fig.5

CORRIENTE ELÉCTRICA

Para una explicación básica de la corriente eléctrica tomaremos como referencia la figura 5. En ella se han representado nuevamente los bloques de cobre con el agregado de un material que los une. Dicho material lleva el nombre de conductor porque tiene la propiedad de facilitar el desplazamiento de los electrones.

El agregado del conductor permite la aparición de un nuevo fenómeno eléctrico, en efecto: el bloque derecho tiene cuatro electrones sobrantes lo que representa un voltaje negativo.

Además los cuatro electrones faltantes del bloque izquierdo determinan un voltaje positivo. Ya que la unión de ambos bloques se realiza con un material conductor, se produce el pasaje de cuatro electrones desde el cuerpo negativo hasta el positivo.


La corrinete eléctrica resulta ser la circulación de electrones de negativo a positivo.


Esta corriente eléctrica se matiene mientras exísta la diferencia de potencial entre los extremos del conductor, cuando los bloques se hayan neutralizado (no sobran ni faltan electrones) dicha corriente dejará de circular.

Para mantener una corriente eléctrica durante un tiempo prolongado se utilizan los llamados