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¿Qué es la electricidad? - Contruye tu propio circuito

Somos conscientes de que la electricidad se encuentra presente en nuestro día a día, más aún en los tiempos en los que vivimos. La electricidad está presente en la naturaleza, expresándose en forma de relámpagos o tormentas eléctricas, por ejemplo. Aunque puede tomar muchas formas, hoy nos centraremos en la electricidad como corriente eléctrica.

 

¿Pero, qué es la electricidad exactamente?

 

La electricidad puede definirse como el flujo de carga eléctrica. En este post consideraremos todos los conceptos necesarios para entender cómo funciona un circuito eléctrico (ya sea para generar movimiento, iluminar una bombilla, etc). ¡Comenzamos!

 

Los átomos: el modelo atómico

 

Un átomo es la unidad más pequeña en la que puede ser dividido un elemento, sin perder sus propiedades químicas. Los átomos están presentes en los elementos químicos, como por ejemplo el oxígeno, hidrógeno, etc. Estos, a su vez, se combinan formando moléculas: una molécula de agua, por ejemplo, está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

 

Los átomos están formados por partículas subatómicas, las cuales podemos encontrar en el núcleo (protones y neutrones) y en la corteza (electrones). Los protones tienen carga negativa; los electrones, carga negativa; los neutrones, como su nombre indica, carga neutra.

modelo atomico

 

Cada átomo se caracteriza por tener, al menos, un protón en su núcleo. Esto será determinante para identificar el elemento químico: a la cantidad de protones que tiene el núcleo se le denomina número atómico (Z).

 

Un átomo de un mismo elemento siempre tendrá el mismo número atómico, pero su peso atómico (que depende de la cantidad de neutrones) puede variar. Hablamos, de esta manera, de isótopos de un elemento: aquellos que tienen propiedades muy similares al elemento original.

atomo de aluminio

 

Por otro lado, tenemos los electrones de valencia. Estos son los que se encuentran en la capa más externa del átomo (observa la imagen anterior) y tienen más posibilidad de participar en una reacción química. Con la fuerza suficiente (calor, por ejemplo) estos electrones pueden escapar de la órbita del átomo y convertirse en libres. Estos electrones libres serán determinantes en la producción de electricidad.

 

Fuerza electrostática

 

En un átomo, tanto los protones como los electrones tienen la misma cantidad de carga, solo que una es positiva y la otra negativa, respectivamente. La fuerza electrostática opera entre cargas: las cargas del mismo tipo se repelen entre ellas y las de tipos diferentes se atraen. Esta fuerza permite que los átomos se junten.

 

Ley de Coulomb

 

¿Cómo fluyen las cargas?

 

Usando fuerza electrostática en un electrón de valencia, podemos hacer que ese se convierta en un electrón libre. Los electrones son portadores de carga negativa, por lo que, al liberarlos, podemos crear electricidad. El movimiento de electrones dentro de un material conductor es lo que denominamos corriente eléctrica.

 

Conductividad

 

Nos referimos como elementos conductores a aquellos que no se adhieren con tanta fuerza a sus electrones de valencia. Esto significa que estos electrones pueden ser liberados con más facilidad y, por tanto, producir corriente eléctrica. El cobre, la plata o el oro son muy buenos conductores.

 

cable de cobre

 

Por otro lado, los elementos aislantes no son conductores, y juegan un papel muy importante: previenen el paso de corriente eléctrica.

 

Más sobre la Corriente Eléctrica

 

La corriente eléctrica es una forma que tiene la electricidad de manifestarse. La corriente estática también es otra de ellas, por ejemplo, pero hoy nos centraremos en la corriente eléctrica. Esta es dinámica, las cargas están en continuo movimiento.

 

Para conseguir el flujo de corriente eléctrica, hace falta un circuito cerrado compuesto de material conductor. Imagina que contamos con un cable de cobre como parte de nuestro circuito: si este se rompiera, la corriente eléctrica no fluirá. Aunque esto ya lo sabías, ¿verdad?

 

La explicación no es simplemente que el cable “se haya roto” sino que el aire en sí es un material no conductor, con la consecuencia que esto tiene en la producción (o no producción) de la corriente eléctrica.

 

Para llegar a entender cómo gracias a la corriente eléctrica puede iluminarse una bombilla, por ejemplo, debemos entender también en qué consisten los campos eléctricos.

 

Campos eléctricos

 

Para permitir el flujo de electrones, hace falta una fuente que, normalmente, proviene de un campo eléctrico. Un campo eléctrico es invisible a los ojos, una parte del espacio en la que una carga experimentará una fuerza eléctrica a causa de la presencia de otra u otras cargas eléctricas.

 

La dirección de un campo eléctrico depende de la dirección de la fuerza a la que estaría sometida una carga positiva situada en ese punto: si la carga es positiva, el campo eléctrico estará dirigido hacia afuera. Si la carga es negativa, entonces el campo eléctrico se dirigirá hacia la carga. Esto quiere decir que si dejamos caer una carga positiva cerca de una carga negativa, la positiva se verá atraída hacia la negativa.

 

campos electricos

 

Como ya sabemos, la electricidad generalmente involucra el flujo de electrones (cargas negativas) que fluyen contra los campos eléctricos. Estos nos proporcionan la fuerza de empuje suficiente para inducir el flujo de corriente.

 

Potencial eléctrico de la energía

 

En un campo eléctrico, el potencial eléctrico es la cantidad de energía eléctrica potencial dividida entre la cantidad de carga. Dentro de un campo eléctrico podemos diferenciar dos puntos elementales:

 
  • Uno donde una carga positiva tendría el mayor potencial de energía

  • Otro donde una carga tendría el menor potencial

 

Otro término común del que se suele hablar para referirse a la electricidad es el voltaje. El voltaje es la diferencia en potencial entre dos puntos en un campo eléctrico. El voltaje nos indica cuánta presión ejerce un suministro de energía eléctrica sobre los electrones en un circuito cerrado.

 

¿Qué necesitamos para crear energía?

 

Ahora que ya tenemos la teoría afianzada, vamos a crear electricidad. Necesitaremos lo siguiente:

 
  • Un circuito cerrado formado por un material conductor para que los electrones puedan fluir continuamente.

  • Electrones libres que que cargarán las cargas (estos permitirán el flujo de energía)

  • Un campo eléctrico que propulse las cargas.

  • Una fuente de potencial eléctrico (voltaje) que empuje los electrones desde un punto de baja energía potencial hacia otro punto de mayor energía potencial.

 

Ejemplo de circuito básico

 

Las pilas tradicionales son un ejemplo de fuente de energía que convierte energía química en energía eléctrica. Cuenta con dos polos; uno negativo, donde se concentran las cargas negativas; y otro positivo, donde están el resto de cargas homólogas.

 

Si conectásemos esta pila a un cable de cobre, el campo eléctrico intercedería en las cargas negativas de los átomos del cobre. El polo negativo empujaría a los electrones y el polo positivo los atraería, creando así el flujo de cargas (electricidad).

 

Pero cuidado, esta energía se movería rápidamente, llegando a calentar el cable, derritiéndolo e incluso llegando a provocar un pequeño incendio, por lo que no es nada recomendable hacer este experimento en casa.

 

Iluminando una bombilla

 

¿Por qué no usamos en su lugar nuestros conocimientos para crear algo más útil? Vamos a proceder a crear un circuito donde usaremos la electricidad para iluminar una bombilla.

 

circuito electrico

 

Esta vez necesitamos, además de la pila y de un cable de cobre, un interruptor y una bombilla. El funcionamiento es similar al del anterior ejemplo. El interruptor nos permitirá, como su propio nombre indica, interrumpir el paso de corriente cuando este se encuentre abierto. Al cerrarlo, la corriente eléctrica fluirá y la electricidad se manifestará en forma de luz, iluminando así la bombilla de nuestro circuito.

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