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Colegio El Valle Sanchinarro

Dpto. Ciencias Asignatura: FyQ 3º ESO

Ficha teóricaLa corriente eléctrica

Revisado:23/05/2023 Páginas: 1/11

Aspectos fundamentales del flujo de cualquier energía y materia

Un flujo está definido, (caracterizado, identificado) por tres factores:1) la materia o la energía que se mueve.2) el medio en el que se mueve y3) la razón o fuerza que haga desplazar esa materia o energía.Por tanto, en cualquier flujo, en cualquier movimiento, influyen tres aspectos: el material

que se mueve, el medio por el que se va a desplazar y la fuerza o razón del movimiento.Dicho de otro modo, Lo que va a definir el flujo será la interacción de la materia con el

medio por el que se mueve teniendo en cuenta los tres aspectos.Pensemos en un ejemplo: empujamos una maleta pesada arrastrándola por el suelo.

Dependiendo de los tres aspectos mencionados, así será el flujo:En cuanto al material: No es lo mismo que la maleta pese 1kg o 50kg. Ni que la materia tenga una superficie pulida o rugosa.En cuanto al medio: no es lo mismo que el suelo esté pulido o que esté rugoso. Al rozamiento con el aire lo consideramos despreciable.En cuanto a la razón del movimiento: no es lo mismo que empuje una persona a que lo haga un tren, o que tengamos prisa o no, etc.Pensando en lo que nos ocupa, el flujo de carga eléctrica, al que también llamamos electricidad en general, consiste en un flujo de electrones. El medio puede ser cualquier medio material, salvo el vacío, que no conduce, y la razón del movimiento es la diferencia de potencial, que definiremos más tarde.

Modelos para entender la corriente eléctricaSiempre que ocurre algo podemos analizarlo de un modo muy sencillo contemplando

tres aspectos: algo (materia, E o ambas) que se mueve, el medio por el que se mueve y la razón por la que se mueve. Esta idea es útil para cualquier contexto de nuestra vida, y analizarlo desde este punto de vista hace que lo entendamos mejor.

La persona, el río y dos orillas: Electrones, medios materiales y dos piezas con distinto potencial

Una persona camina a lo largo de la rivera de un río. Lo cruzará si tiene alguna razón y si puede cruzar el río. Podemos expresarlo de otro modo: el que cruce o no, dependerá de un estímulo y de la mayor o menor dificultad para vadear el río.

Aprovechemos la situación anterior para hacer el siguiente símil: 1. La persona representa un electrón que a su vez está dentro de un átomo.

2. El río, junto con sus piedras, representan medios materiales diferentes: cada línea de piedras representa un material diferente; a más piedras entre orillas, más denso sería el

¿?





material. Representamos todos los materiales a la vez por simplicidad, pero hemos de imaginar las cuatro situaciones de capacidad de conducción de manera aislada.

3. El muslo de avestruz representa la razón o el estímulo para moverse. La diferencia de potencial eléctrico entre ambas orillas estaría representada por la diferencia de comida entre ambas. Cada orilla sería un borne, el positivo y el negativo. Tal y como está representado, la orilla con más comida sería el borne positivo (o el borne con menos carga negativa), pues lo que se mueve es un electrón.

Si partimos de que la persona o el electrón son los mismos, es decir, es una variable fijada, podríamos estudiar los otros dos pilares de nuestro razonamiento: el medio por el que hemos de movernos y las razones por las que lo haremos. Pensemos en los electrones.

Capacidad de conducción del medio o conductividad del medio: Cuantas más piedras haya entre orillas más fácil le resulta cruzar. Es decir, cuanto más denso es el material más sencillo se desplazan por el los electrones, y viceversa.

Razones para cruzar: Cuanto más apetecible sea el estímulo más motivos tendrá la persona para cruzar el río. El estímulo de los electrones es una diferencia de potencial eléctrico, es decir, una diferencia en el número de cargas. Cuanto mayor sea la diferencia de carga eléctrica o de potencial eléctrico, más tenderán a moverse los electrones.

Siempre es posible el movimiento. Curiosidad: Para una persona, el pasar al otro lado sin necesidad alguna de hacerlo, podría llamarse una actitud de curiosidad; los átomos son muchos más pequeños y simples, de manera que hablaríamos más de azar o casualidad que de una actitud.

Potencial eléctrico. Corriente eléctricaLa materia está formada por átomos, y estos por neutrones, electrones y protones. Estas

tres partículas subatómicas poseen masa y además los electrones portan carga negativa y los protones carga positiva, los neutrones no llevan carga.

Tanto los electrones e incluso los propios átomos pueden moverse de unos materiales a otros, sencillamente por frotamiento.

Con la existencia de estas partículas, con su capacidad de movimiento y su permanencia en los cuerpos podemos explicar el hecho de que los cuerpos adquieren carga eléctrica. Esto es muy distinto a la idea de Dalton de que los átomos, que son neutros, eran indivisibles.

Cuando dos cuerpos tienen distinta carga eléctrica lo expresamos de diversos modos, pero todos equivalentes:

1) Entre ellos existe una diferencia de carga eléctrica.2) Entre ellos hay una diferencia de potencial eléctrico.3) Entre ellos existe un diferencia de voltaje eléctrico o de voltaje.

El modo fundamental o básico para conseguir un reparto irregular de cargas entre cuerpos es el rozamiento, ya sea por contacto directo (visible a simple vista) o por interacción a distancia, (o lo que es lo mismo entre campos de fuerzas electromagnéticos. Esta es otra historia que en 3º ESO no nos importa.

Una vez conseguida una diferencia de potencial eléctrico, podemos emplearla para conseguir que dos materiales tengan un número de cargas diferente, sencillamente acercando el material inicialmente electrizado al que queremos electrizar.





Insistimos en lo anterior expresándolo de formas diferentes

Una diferencia de potencial eléctrico, una diferencia de potencial o un potencial, (de las tres formas podemos referirnos a ello) es una diferencia en el número de cargas positivas y negativas entre dos piezas de materia. Un potencial nulo o cero indica que nº(+)=nº(-), por tanto los cuerpos presentan la misma carga. De no ser así estamos ante una diferencia de potencial. La diferencia de potencial se mide en voltios, cuyo símbolo es V, en honor a Alessandro Volta (1745-1827), físico italiano que ideó la primera pila.

El voltaje puede ser de unos pocos voltios, por ejemplo 12V, que es la suministrada por una batería de coche. Puede ser más pequeña, como la generada por la electricidad estática por rozamiento de las ruedas del coche con la carretera o al caminar por un material poco conductor como tarima sintética, o puede ser de 320V, como el de la corriente que llega a casa.

A las zonas extremas se las llama bornes, polos o electrodos. A la zona cargada positiva se le llama borne positivo o ánodo y a la zona cargada negativamente se le llama borne negativo o cátodo, y se representan, respectivamente con una línea perpendicular a la línea del circuito, más larga para el ánodo.

Producción de electricidadEl frotamiento entre dos cuerpos poco conductores y de naturaleza química tal que

cedan o acepten electrones con relativa facilidad, provoca que uno de ellos quede cargado positivamente y el otro negativamente.

Por otra parte, esta distribución irregular de carga queda en la superficie externa de la pieza, manteniendo la neutralidad en prácticamente todo su volumen interno.

El ámbar, el vidrio, la lana y el cuero cumplen estas propiedades, con lo cual, resultan materiales adecuados para mantener una distribución irregular de cargas tras frotarlos. Si se tratase de materiales conductores, las cargas se distribuirían por toda la superficie del cuerpo rápidamente. Es el ejemplo del bolígrafo con carcasa metálica.

A continuación damos unos esquemas donde vemos cómo queda la carga tras el frotamiento. Para simplificar los esquemas aprovechamos lo ya indicado sobre la distribución del exceso de carga en la zona más superficial, mientras que el interior, la mayor parte de la pieza, permanece neutro.

Ánodo Cátodo

-+

Material neutro

-+ +

- -+ +

--+

-+

-+

-+ + +

-+ +

--+ +

-++

Material cargado positivamente

--- -- - - ---+ ++ +

-+ +

-+

-+ --

Material cargado negativamente

0 + -





Cuando frotamos vidrio con cuero, el vidrio queda cargado negativamente y el cuero positivamente.

Cuando frotamos ámbar con lana, la resina fosilizada queda cargada positivamente y la lana se carga negativamente.

Hasta ahora las cargas, una vez generadas, se han mantenido en el mismo cuerpo, es decir, estáticas. Y por ello hablamos de electricidad estática.

Cuando dos cuerpos con carga eléctrica diferente se ponen en contacto, inmediatamente hay un flujo de cargas eléctricas (negativas) entre uno y otro porque ambos buscan la máxima estabilidad, que es mantener la mínima carga.

Realmente cuando dos cuerpos se ponen en contacto eléctrico, quedan como un cuerpo único en cuanto a diferencia de carga se refiere, por lo que el cuerpo total o ambos cuerpos alcanzan un valor único que es el de menor carga en exceso posible.

A este flujo de carga eléctrica negativa o de electrones a través de la materia se le llama corriente eléctrica, flujo eléctrico e incluso también electricidad, como el nombre general que se aplica al fenómeno.

Hasta que en 1800 Volta inventó la pila eléctrica, en ciencia solo se podía trabajar con electricidad estática, es decir descargas de la totalidad de la electricidad almacenada en alguna porción de materia: todo o nada. Pero la pila eléctrica hacía posible justamente lo que Volta buscaba: que la electricidad se descargara poco a poco, es decir, conseguir una corriente eléctrica, y no solo una descarga instantánea más o menos grande: una chispa o un pequeño rayo. Esto fue algo revolucionario en la ciencia, pues comenzó a utilizarse para realizar experimentación.

La corriente eléctrica: “la electricidad”Al flujo de electricidad o de electrones a través de un material le llamamos corriente

eléctrica, flujo eléctrico, y a veces también le damos el nombre del fenómeno general: electricidad.

Para explicar la corriente eléctrica es útil recurrir al flujo de agua entre depósitos.Supongamos que el agua simboliza los electrones, pues son ellos las partículas que

tienen mucha más facilidad de movimiento, comparadas con neutrones y protones, que también se mueven, pero muchísimo menos1.

1 En primer lugar por la propia estabilidad de las estructuras, pues en una estructura debe haber partes que sustenten a las demás, y si estas partes se mueven, toda la estructura se tambalea, si se tambalea un cuadro o se cambia de sitio, un sillón, una cama, no pasa nada, o incluso, se puede cambiar el lienzo completo de una pared, pero mientras no se toquen las vigas maestras, el edificio no se cae. Además de la cuestión de la estabilidad estructural, tenemos el peso. Las partes de sostén son mucho más pesadas, más densas que las que tapan la estructura. Un protón es 1837 veces más pesado que un electrón. Para que nos hagamos una idea; si nuestra masa es 80kg, y nosotros simbolizamos un electrón, la masa de un protón sería de unos 147000kg, es decir, unas 150 toneladas. Actualmente no hay ser vivo con esta cantidad de masa, lo más cercano son las ballenas, que como mucho alcanzarán 40 toneladas o así. Habría que pensar en rocas. Con esta comparación podemos hacernos una idea de la diferencia de masa entre el electrón con el protón o el neutrón, que aproximadamente tienen la misma masa.

vidrio+ - ---

--+

++-+

+++-

Lana

Cuero

+ - ---

--+

++-+

+++-

Frotamiento

Frotamiento

ámbar ++++ + +

++

0

--- - - -

-- --- 0

++

++++ 0

-- -

- -- -

-0





Disponemos de dos depósitos, uno con mucha altura de agua y el otro vacío. Sería como tener dos materiales, uno con un exceso de carga negativa y otro con defecto.

La diferencia de altura simbolizaría la diferencia de carga, o de potencial eléctrico o de voltaje.Siempre que exista una diferencia de altura, aunque sea pequeña, habrá flujo de agua, y del mismo modo, siempre que dos piezas tengan distinto potencial, habrá flujo de corriente eléctrica entre las piezas hasta que se igualen sus cargas.

Pero mientras no pongamos en contacto ambos depósitos el agua se encuentra estática, agua estática o electricidad estática. Al ponerlos en contacto se produce movimiento hasta que los dos depósitos quedan a la misma altura.

Cuanto mayor sea la diferencia de altura, más velocidad alcanzará el agua que se desplaza, lo mismo que los electrones salen a más velocidad cuanto mayor sea la diferencia de potencial o de carga entre los electrodos.

La razón por la que fluyen los electrones es la búsqueda de la estabilidad, como ya se ha apuntado. Es posible que nos resulte más sencillo entender que las cargas negativas se desplacen cuando un material está cargado positivamente y el otro negativamente, pero el flujo de cargas ocurre entre zonas con carga diferente. Por ello, no debe extrañarnos que la carga se mueva entre cuerpos cargados negativamente y cuerpos neutros o entre cuerpos neutros y cuerpos cargados positivamente. Los siguientes esquemas nos ayudarán a entender:

También es importante entender que la naturaleza busca la estabilidad, pero que no siempre se consigue la neutralidad. Lo que siempre va a ocurrir es que la diferencia de carga entre los dos cuerpos se reduzca a cero, aunque ambos cuerpos queden con una cierta carga, y con lo cual acaben repeliéndose.

0 --+ +

- -+ +

--+

-+

-+

-+

Material neutro neutro

-Material cargado negativamente

- -- -+

-- -+ ++ +

-+ ++- - - - - -- -

+ +-+ +

--+ +

-++


--+ +

- -+ +

--+

-+

-+

-+

Material neutro

+0

Material cargado negativamente

- - ++ +-+ +

--+ +

-++


- -- -+

-- -+ ++ +

-+ ++- - - - - -- -





Esta idea la entenderemos a continuación, cuando enfrentemos cuerpos con distintas cargas. Observemos que, independientemente del valor de la carga, positiva o negativa, existe flujo de electricidad siempre que hay diferencia de carga entre las piezas, y no habrá flujo eléctrico cuando la carga sea la misma.

A continuación representamos cuerpos con círculos (coloreados según estén neutros, positivos o negativos). Lo hacemos de tal manera que aparezcan en dos estados, uno inicial en el que se encuentran aislados, y otro final, después de unirlos con un material conductor. Las llaves indican el sentido de la secuencia, y las flechas el sentido del flujo de electrones.

Poco nos cuesta entender que de un cuerpo negativo pasen cargas negativas a uno positivo, e incluso a uno neutro, pero quizá no entendamos que las cargas pasen de un cuerpo neutro a uno negativo o incluso de uno positivo a uno positivo. No olvidemos que tras un cuerpo neutro, 0, se esconden las cargas positivas y negativas que se compensan, por tanto un cuerpo neutro dispondrá de cargas negativas listas para moverse. Incluso, entre dos cuerpos cargados positivamente, podrá haber flujo si la carga positiva es diferente (último esquema).

Una vez unimos las piezas, inmediatamente se establece un flujo de electrones hacia el ánodo hasta que las cargas en una y otra pieza se igualan, que no quiere decir necesariamente que ambas piezas queden neutras, pueden quedar cargadas, pero lo que se consigue es que la carga en exceso quede lo mejor repartida posible y se reduzcan las repulsiones al máximo.

Cuando la carga se anula ambos cuerpos quedan neutros, pero si no es así, ambos cuerpos se repelen por mostrar el mismo tipo de carga.Si retiramos el cable conductor que permitió el desplazamiento o el flujo de la carga, ambas piezas se repelerían en el caso de no haberse neutralizado las cargas.

-

-10

-10

-10

-10 +2,30

+2,30

+2,30

+2,30

-40

+50 +5

+5

-

0

0 0

0

-24

+24

-

0

0

0

+50

-

+25

+25

0

-60

-

-30

-30

+50

+35+20

+35

-

La carga eléctrica (los electrones) fluye cuando unimos cuerpos con diferencia de carga eléctrica (o diferencia de potencial eléctrico o voltaje), no solo cuando unimos cuerpos con carga positiva y carga negativa, este es uno de los muchos casos posibles, como vemos en estos modelos.





La toma de Tierra y el aprovechamiento de la electricidadLa materia es más estable cuando es neutra, pero si no es posible la neutralización, la

opción siguiente es repartir el exceso de carga entra la mayor cantidad de masa posible 2 (no decimos volumen porque el flujo de electrones necesita materia. Por ello, siempre que hay una diferencia de carga, va a fluir entre los cuerpos que se ponen en contacto hacia el de mayor masa. El cuerpo de mayor masa en la Tierra es ella misma, por eso, todas las cargas tienden a fluir hacia la Tierra, y de ahí el concepto y la técnica de las tomas de Tierra.

La prueba definitiva de que se trata más de buscar la mínima repulsión que la neutralidad, es la idea de toma de tierra: da igual con qué tipo de carga (positiva o negativa) carguemos un cuerpo, si a continuación lo unimos a tierra las cargas van a fluir hacia la Tierra, y el cuerpo queda descargado, queda neutro de nuevo, pues la diferencia de masa es tan enorme que la Tierra asume ese exceso de carga completo. En los esquemas anteriores representábamos cuerpos pequeños y de tamaños parecidos, pero el tamaño de la Tierra es tan descomunal comparado con cualquier cuerpo que el cuerpo queda descargado totalmente, y las repulsiones que crea una diferencia de carga tan pequeña tienden a anularse en un cuerpo tan grande como la Tierra.

Pero por si esta idea no fuera suficiente, no hemos de olvidar que si un cuerpo pequeño queda cargado positivamente, el otro lo hará negativamente. Si, como decíamos antes, el negativo se une a tierra, se descarga, pero tarde o temprano el positivo tiene la misma suerte, por lo que la Tierra, al final, siempre recibe cargas positivas y negativas, con lo cual nunca se carga, es el pozo de la carga, el pozo de la diferencia de potencial.

La Tierra es, con diferencia, es el cuerpo más grande a nuestro alcance, por ello, cuando un cuerpo queda cargado,(positiva o negativamente) en cuanto se pone en contacto con la Tierra, fluyen las cargas en exceso, pues las repulsiones serán mínimas cuando se distribuyen en un cuerpo tan enorme.

Un circuito eléctrico consiste en el montaje resultante de unir las dos piezas que tienen carga eléctrica diferente; les pondremos en contacto con un material conductor de los electrones (o de la electricidad) de forma tubular y radio pequeño, es decir, un cable.

Tomemos como ejemplo para montar un circuito un cuerpo cargado positivamente y otro cuerpo negativamente ambos con el mismo número de cargas. Consideremos los dos cuerpos cargados, cada uno por su cuenta:

Con estas piezas cargadas pueden ocurrir tres cosas:1) Unirse a tierra y descargarse2) Unirse entre sí y descargarse3) Unirse entre sí pero interponiendo un aparato del que podamos obtener algún

beneficio: calor, luz, imagen, movimiento...Veamos estos tres casos esquematizados con líneas y formas en dos situaciones: una inicial

en la que los cuerpos se encuentran aislados, y otra final en los que los unimos con un cuerpo conductor.

1) Unirse a Tierra y descargarse

2 Siempre que los cuerpos tengan la misma densidad, composición y estructura química. De no ser así, que es la realidad, las posibilidades son infinitas. Pero para simplificar esta cuestión que nos podría confundir, consideremos que todos los modelos se refieren a cuerpos con la misma densidad, composición y estructura química.

0 0

Tierra





2) Unirse entre sí y descargarse

3) Unirse entre sí pero interponiendo un aparato del que podamos obtener algún beneficio: calor, luz, imagen, movimiento...

Si la diferencia de carga es limitada, como acabamos de representar, al cabo del tiempo necesario para que las cargas se repartan, las piezas quedan igual de cargadas, y cesa el flujo. Pero si mantenemos la diferencia de potencial mediante algún proceso, podremos conseguir calor, luz, movimiento, etc. mientras mantengamos unido nuestro pequeño circuito al generador de diferencia de potencial. Este generador sería una central eléctrica, y tendríamos el siguiente circuito:

Movimiento de los electrones a través del medioPodemos pensar que los electrones se mueven en la materia dando “saltos” entre las

partículas materiales. Si las partículas son neutras, les cuesta más asimilar un electrón, pero si son dipolos o más aún, iones, atraerán en más o menos medida a los electrones y el salto del electrón resultará más sencillo.

Cuanto más cerca estén las partículas (cuanto más denso sea el material) más fácilmente pasaran los electrones.

Cuanto más ordenadas estén las partículas, más fácilmente se moverán los electrones, es decir, no es lo mismo que los electrones se asomen desde la ventana del cátodo a un medio con moléculas independientes o a un medio con redes más o menos conductoras.

Los metales cumplen todos los requisitos de un medio material buen conductor: son muy densos, se estructuran en redes tridimensionales ordenadas y sus electrones externos se encuentran relativamente poco sujetos en los átomos de la red.

0 0

-

++

-- ---

Clavija, macho

Enchufe, hembra

Resistencia radiador de calor

+-

Tierra

- +

- + 0 0





Los gases son el ejemplo del peor medio conductor posible: son poco densos, sus moléculas se encuentran ordenadas al azar, y los electrones superficiales se encuentran muy sujetos a la estructura molecular.

Cuándo un medio poco conductor se hace conductor.Las maravillas de la conducción de electricidad en gasesConsideremos un medio material fijo. La materia que se mueve, los electrones tampoco

cambia, lo único que nos queda es la fuerza impulsora. El modelo de un dique de agua funciona muy bien. Mientras el dique aguante, no hay

conducción, pero si se acumula una cantidad de agua tan enorme, puede hacer que la diferencia de fuerzas a uno y otro lado sea tan grande que el dique rompa.

Así, un gran dique puede romperse, de forma que el río conduzca la corriente, es decir, que un medio se haga conductor bajo esas circunstancias.

Lo mismo le puede ocurrir al aire para la electricidad. En principio, debido a la poca densidad del gas, a la poca “cantidad de masa en tanto volumen”, (y a las fuertes uniones entre los electrones de las moléculas, esto es otra historia, pero hay que decirlo), el aire no es conductor. Si lo fuera, habría que aislar los enchufes, por ejemplo los de clase, pues los electrones pasarían a través del aire, nos alcanzarían y pasarían a nuestro través hacia la tierra, de modo que nos electrocutaríamos. Otro modo de verlo es que dos alumnas sostengan con guantes aislantes un cable de metal (conductor) que se ha introducido en uno de los polos del enchufe e inviten al profesor a tocarlo. Los electrones, en este caso, aprovecharían el cable conductor como nosotros el puente de un río, para cruzar el gas, (un medio poco conductor), y llegarían hasta mi mano, atravesando todo mi cuerpo hasta alcanzar tierra, dejando muy maltrecho al profesor.

Sin embargo, podemos conseguir que los gases conduzcan la electricidad. El hecho de que se den chispas al tocar el pomo de la puerta sin necesidad de tocarlo nos da pistas de cómo conseguirlo. Si la distancia es muy pequeña, los electrones pueden pasar a través de las moléculas de aire como quien salta por varias piedras colocadas en el cauce de un río y pasa a la otra orilla. Pero si la distancia es más grande, ya no vemos chispas, es decir, los electrones ya no pasan. En el símil del río sería como cruzar un río caudaloso y muy ancho, donde asoman piedras a distancias adecuadas para dar pasos. Probablemente no cruzaríamos por miedo a caer, a pesar de que las piedras fueran grandes… dejémonos de tanta metáfora y sigamos con la electricidad.

Bien. Si aumentamos la diferencia de carga entre los dos polos, el positivo y el negativo, muchísimo, las fuerzas de repulsión entre electrones serán tan grandes que buscarán estabilidad saltando al otro polo, y lo harán aprovechando las moléculas de gas.

Digámoslo de otro modo. Si aumentamos la diferencia de potencial, creamos tal inestabilidad en cátodo por las cargas negativas y en ánodo por las positivas, que habrá un momento en que las fuerzas que impiden que los electrones pasen por el gas sean menores que las fuerzas de repulsión en ambos electrodos, por lo que las cargas eléctricas comenzarán a pasar a través de las moléculas de gas.

Este es el fundamento de los tubos de descarga de gases a baja presión, el experimento que Thomson y sus colaboradores interpretaron, y con ello mejoraron la teoría atómica de la materia que propusiera Dalton.

El tubo de descarga de gases a baja presión puede convertirse en una esfera. Un polo se encontrará en el interior, el negativo (pues observamos cómo los rayos de luz salen de él) y otro será el vidrio de la esfera, que pasa los electrones al soporte de plástico que a su vez está conectado a tierra.





Con este artilugio tan espectacular, llamado “bola de plasma” (el concepto de plasma da para libros y libros; nosotros lo definiremos de forma sencilla a lo largo de las clases), podemos entender un poco más la electricidad.

En primer lugar llama la atención que tocar la esfera con un dedo, muchos rayos se dirijan a él, muchos más que los que salen normalmente hacia cualquier parte de la esfera. Este hecho indica que nuestro dedo, nosotros, conducimos mejor los electrones hacia tierra que la esfera y la carcasa que soporta la bola.

Pero otra cosa nos llama la atención. Las trayectorias de los rayos son tan irregulares como las de los propios relámpagos. En los experimentos con tubos de descarga a baja presión, la línea de luz es recta, aunque algo más “gruesa”.

La explicación es la densidad del gas, aunque teniendo presente que el volumen es fijo también podemos decir la cantidad de gas. También podemos decir la presión del gas encerrado, pues a más cantidad o densidad, más choques, y por tanto más presión. Realmente hay una razón aún más importante: la intensidad de la corriente, que podemos entender como la cantidad de electrones que salen del cátodo (polo o extremo negativo)por unidad de tiempo.

Concretemos, pues con decir que la culpable de las trayectorias es la presión o la intensidad no es suficiente. En ambos casos, con presiones muy bajas o con presiones algo más altas, o con intensidades más o menos altas, ocurre lo mismo: electrones saltando de una molécula a otra y dejando un rastro de luz. Pero si hay muchos electrones saltando, o más moléculas (mayor presión) habrá muchos “senderos de luz”, que al final se mezclarán debido a la rapidez con que ocurre todo, y darán la impresión de una línea recta o un rayo grueso recto de luz donde la irregularidad de las trayectorias se compensa. Si hay poco gas y poca intensidad, (como ocurre en la bola de plasma, pues a mayor intensidad mayor riesgo de electrocución), las trayectorias serán más escasas y tardarán más en ocurrir, con lo cual nos da tiempo a ver las irregularidades.

Un símil sería un grupo de personas o de ñus cruzando un río desde la zona de salida (cátodo o extremo negativo) hacia una zona más adecuada para superar la rivera, por ejemplo un claro en la vegetación con una rampa (el polo positivo o cátodo). Imaginemos una imagen cenital, es decir, desde arriba. Si solo cruza uno veremos con claridad su trayectoria irregular, pero si salen muchos, nos dará impresión de que el trayecto resulta una línea aproximadamente recta. Sería como ver, por los caminos de hormigas, a una sola hormiga o bien a una columna de aproximadamente 6 o 7 hormigas de anchura moviéndose.

A QUÉ SE DEBE QUE NOS ELECTROCUTEMOS

La electrocución consiste en el paso de electricidad a través de un cuerpo. Es fácil equivocarse y pensar si se carga de electricidad un cuerpo, éste se electrocuta. Un cuerpo puede estar cargado con una cantidad enorme de electricidad y sin embargo no se electrocuta.

La electrocución se debe, como acabamos de apuntar, al paso de electricidad a través de un cuerpo, y aún así, es posible que no se electrocute, pues aunque sentirá cierto efecto, si la cantidad de electricidad y el tiempo que transita dicha electricidad a través del cuerpo no son suficientes, entonces no se alcanzará más que un efecto desagradable que quién lo sufre podrá expresar como un ¡ay, me ha dado la corriente!

Por tanto, la cuestión de la fatalidad de la electricidad está en la cantidad y en el tiempo. En términos eléctricos, de la diferencia de potencial eléctrico y de la intensidad eléctrica.

De nuevo el símil del agua fluyendo nos sirve para entenderlo mejor.Imaginemos agua moviéndose a una velocidad enorme y fija, por ejemplo 100km/h.

Pongámonos delante de ella en los siguientes casos:





El agua circula a través de una tubería de 2mm de diámetro: no daría más problema que una leve presión, que notaríamos más cuanto más permaneciésemos delante, pero no nos causaría problemas.

El agua circula por una tubería de 20cm: aquí tendríamos más problemas para soportar el empujón, pero aún no sería un problema grave, e incluso podríamos aguantar cierto tiempo.

El agua circula por una tubería de 2m: más vale que nos colocásemos en otro lugar, pues la corriente nos zarandearía y nos arrastraría sin remedio, y no podríamos aguantar ni un segundo.

La diferencia entre estos tres casos es el caudal, es decir, la cantidad de agua por unidad de tiempo. En electricidad, el caudal equivale a la intensidad. Y la velocidad tendría relación con la diferencia de altura entre donde estamos y el depósito desde donde se encuentra el agua.

Cuanto más diferencia de altura hubiera más velocidad alcanzaría el agua y por tanto mayor sería el caudal que aguantaríamos: cuanto mayor fuera la diferencia de potencial mayor sería la intensidad de corriente y mayor sería el efecto sufrido.

También lo podemos ver uniendo depósitos en vez de colocándonos en medio de la corriente. Partamos de una cierta cantidad de litros de agua y de una cierta diferencia de altura entre depósitos.

Dependiendo del diámetro con que conectemos los depósitos obtendremos un caudal u otro y durante un cierto tiempo, el necesario para que se igualen los depósitos. En electricidad el caudal equivaldría a la intensidad de corriente.

Con una tubería de diámetro pequeño conseguimos una gran velocidad en el flujo de la corriente de agua, y el tiempo en igualarse las alturas será relativamente grande. Obtendríamos un chorro ante el que cualquiera se colocaría sin miedo a ser arrollado.

Al contrario, si la tubería es muy gruesa, el flujo de agua se hace muy rápido y los depósitos se nivelan rápidamente, con lo cual, nos llevamos un gran susto, pero muy corto, pues las alturas de los depósitos se igualarían rápidamente.

Sin embargo, cuando la tubería tiene un diámetro medio podemos conseguir velocidades considerables para el agua y durante un tiempo apreciable, de modo que colocarnos ante el chorro nos resultaría doloroso.Otro modelo sería el del calentamiento de una sartén. Podemos llegar a calentarnos...

Nuestro cuerpo está regulado por procesos eléctricos. Si lo desequilibramos eléctricamente, nos sentiremos mal, esto es una descarga. Un cable me permite sentir descargas. Una descarga es una sensación extraña: el cable mantiene su masa y yo la mía, sin embargo algo se transfiere entre el cable y yo. Para entenderlo hemos de buscarlo experimentalmente.

Experimentar con la materia para estudiar la electricidadSi pretendemos entender que la materia (y la energía) poseen naturaleza eléctrica,

tendremos que diseñar experimentos que relacionen la materia (y la energía) con la electricidad, incluso si es posible, entender la parte de la materia directamente relacionada con la electricidad. Esta idea general fue la que animó a los científicos de la segunda mitad del siglo XVIII y todo el siglo XIX, y de esa emoción por el conocimiento surgió toda la experimentación con los tubos de rayos catódicos, que desembocó en el descubrimiento de que la materia tenía una estructura a nivel submicroscópico: el átomo con sus electrones, neutrones y protones.

-

núcleos

electrón

--- --- - -

--+

Pila

- - --

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