El documento describe diferentes formas en que los átomos pueden adquirir una carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, dependiendo de si tienen más o menos electrones que protones. También explica cómo materiales como el vidrio y la seda pueden cargarse eléctricamente a través de la fricción, y cómo esta carga puede transferirse a otros materiales por contacto directo. Finalmente, introduce los conceptos de conductores, aislantes y semiconductores en función de la facilidad con que los electrones pueden liberarse de los átomos.

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Cargas atómicas
Normalmente, un átomo contiene el mismo número de
electrones y protones, de manera que las cargas iguales y
opuestas, es decir las negativas y las positivas, se
equilibran entre si y hacen que el átomo sea
eléctricamente neutro. Ahora bien, según ya se explico, lo
que le da al átomo de un elemento las características, es
el numero de protones que tiene el núcleo; pero el
numero de protones puede variar.
Si un átomo contiene menos electrones que protones,
tendrá una carga positiva. Si tiene más electrones que
protones tendrá una carga negativa. Los átomos reciben el
nombre de iones.

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Después de frotar una
varilla de vidrio con seda,
ambos materiales se
cargan con electricidad.
Materiales eléctricamente cargados.
Cuando en un trozo de materia eléctricamente neutro
muchos átomos pierden o ganan electrones, el material
queda cargado. Hay muchas maneras de producir estos
cambios en los átomos, según se explicara más adelante.
El método que descubrieron los antiguos griegos fue el la
fricción. Por ejemplo, si se frota una varilla de vidrio con un
trozo de seda, la varilla de vidrio le donara algunos
electrones a la seda. La varilla de vidrio se cargara
positivamente y la seda quedara cargada negativamente.

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CUERDA
El número de cargas positivas es
Varilla de cobre que ha adquirido
igual al número de cargas positivas
una carga negativa por contacto.
(A)
Carga negativa B)
Varilla de hule cargada
negativamente
Los electrones se
adhieren a la
superficie de la
varilla
Los electrones se adhieren
a la superficie de la varilla
C)
Carga por contacto.
Se puede cargar negativamente una varilla de caucho
frotándola con la pie. Mediante esta varilla de caucho
cargada, ahora se puede cargar otros materiales, por
ejemplo cobre, con solo tocarlos. Este método recibe el
nombre de carga por contacto, y basa en el hecho de la
carga negativa tiende a repeler electrones de la superficie
de la varilla.

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Los electrones en la superficie de la varilla de caucho
pasaran a la superficie de la varilla de cobre suspendida
para darle una carga negativa. Si en lugar de una varilla
de caucho negativa se usa una varilla de vidrio positiva, los
electrones de la superficie de la varilla de cobre al ser
atraídos le darán una carga positiva.
Neutralización de una carga.
Después de frotar el vidrio con la seda, ambos se cargan
con la electricidad. Pero si la varilla de vidrio y la seda se
juntan nuevamente entonces por la atracción de los iones
positivos en la varilla los electrones salen de la seda, hasta
que ambos materiales queden de nuevo eléctricamente
neutros.

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Carga por inducción.
Debido a que los electrones y los protones tienen fuerzas
de atracción y repulsión, un objeto se puede cargar si que
se toque el cuerpo cargado, por ejemplo, si la varilla de
caucho cargada negativamente se acerca a una pieza de
aluminio, la fuerza negativa de la varilla de caucho
repelerá a los electrones de la varilla del aluminio hacia el
otro extremo. Un extremo de la varilla será entonces
negativo y el otro positivo. Cuando se aleja la varilla de
caucho, los electrones de la varilla de aluminio se
redistribuirán para neutralizar la carga de la varilla. Si se
desea que el aluminio siga cargado, hay que acercar
nuevamente la varilla de caucho y luego tocar con el dedo
el extremo negativo.

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Neutralización de una carga.
Después de frotar el vidrio con la seda, ambos se cargan
con la electricidad. Pero si la varilla de vidrio y la seda se
juntan nuevamente entonces por la atracción de los iones
positivos en la varilla los electrones salen de la seda, hasta
que ambos materiales queden de nuevo eléctricamente
neutros.
Los cuerpos cargados también pueden conectarse con un
alambre para descargarlos. Pero, si las cargas en ambos
materiales son suficientemente grandes, pueden
descargarse a través de un arco, como sucede en el caso
del rayo.

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Atracción y repulsión
Suponga que se tiene dos varillas: una de vidrio que está cargada
positivamente, después de frotarla con seda, y una varilla de
caucho que se froto con la piel para darle carga negativa. A
continuación, se experimenta con el vidrio, caucho, seda y piel,
pero sin que se toque, y se observara que:
Cargas similares se repelen.
Cargas diferentes se atraen.

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Campos electroestáticos.
Las fuerzas de atracción y repulsión entre los cuerpos cargados se
deben a las líneas de fuerza electroestática que existen alrededor
de los mismos.
En un objeto cargado negativamente, las líneas de fuerza de los
electrones que hay en exceso, se suman para producir un campo
electroestático, en el cual consta de líneas de fuerza que llegan al
objeto desde todas direcciones.
En un objeto cargado positivamente faltan electrones y esto
ocasiona que las líneas que las líneas de fuerza de los protones

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Capa exterior de valencia.
Según se advierte en la tabla de la página 1-25, la tercera capa
puede contener hasta 18 electrones, pero apenas llega a tener 8
electrones de cuando se inicia la cuarta capa. Esto también ocurre
en la cuarta capa, pues apenas tiene 8 electrones, cuando ya se
inicia la quinta capa, a pesar de que la cuarta puede contener
hasta 32 electrones. Esto indica que existe otra regla. La capa
exterior de de un átomo no tendera más de 8 electrones. La capa
exterior de un átomo recibe el nombre de capa de valencia y sus
electrones reciben el nombre de electrones de valencia. El número
de electrones en la capa de valencia de un átomo es importante
en la electricidad, como se verá más tarde.
Energía de un electrón.
Aunque todo electrón tiene la misma carga negativa, no todos los
electrones tiene el mismo nivel de energía. Los electrones cuya
órbita esta próxima al núcleo contiene menos energía que los que
se encuentra en orbitas externas. Cuanto más lejanas estén las
orbitas electrónica del núcleo, mayor será su energía.
Si se añade suficiente energía a un electrón, saldrá fuera de su
órbita, hacia la órbita de orden inmediato superior. Y, si se aplica
suficiente energía a un electrón de valencia, el electrón se
desligara de su átomo, ya que no existe una órbita inmediata
superior.

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Cuando se produce la electricidad.
La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus
átomos. Puesto que los electrones de valencia son los más
alejados de la fuerza atractiva del núcleo y además tienen el nivel
más alto, son los que pueden liberarse más fácilmente. Cuando se
aplica suficiente fuerza o energía a un átomo, los electrones de
valencia se liberan. Sin embargo, la energía suministrada a una
capa de valencia distribuye entre los electrones en dicha capa. Por
lo tanto, para determinada cantidad de energía mientras más
electrones haya, menor será la energía que tendrá cada electrón.
Conductores.
La capa de valencia puede contener hasta 8 electrones y cualquier
energía que se aplique a uno de ellos se reparte entre todos los
electrones de valencia. Por lo tanto, los átomos que tienen menos
electrones de valencia, les dejara liberarse más fácilmente. Los
materiales cuyos electrones se liberan fácilmente se llaman
conductores. Los átomos de los conductores tienen solo 1 o 2
electrones de valencia. Los que tienen 1 electrón de valencia, son
los mejores conductores eléctricos.
Si se examina la tabla de los elementos, puede determinarse los
buenos conductores. Todos tienes un electrón en su capa exterior.
L mayor parte de los metales son buenos conductores. Los más
conocidos son: cobre (núm.29), plata (núm. 47) y oro (núm. 79).

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Aislante.
Los aisladores son los materiales que no dejan que sus electrones
se liberen fácilmente. Los átomos de los aisladores tienen capas
de valencia que están llenas con 8 electrones o bien llenas a más
de la mitad. Cualquier energía que se aplique uno de estos átomos
se distribuirá entre un número de electrones relativamente
grande. Además, estos átomos de se resisten a desprenderse de
sus electrones debido a un fenómeno que se conoce como
estabilidad química.
Un átomo es completamente estable cuando su capa exterior está
completamente saturada o cuando tiene ocho electrones de
valencia. Un átomo estable resiste cualquier tipo de actividad. En
efecto, nos se combinara con ningún otro átomo para formar
compuestos. Existen seis elementos naturalmente estables: helio,
neón, argón, kriptón, xenón y radón. A estos se le conocen como
gases inertes.
Todos lo átomos que tienen menos de 8 electrones de valencia
tienden a alcanzar el estado estable. Los que están llenos a menos
de la mitad (los conductores), tienden a liberar los electrones para
vaciar la capa inestable. Pero los que están llenos a más de la
mitad (los aisladores) tienden a recoger electrones para llenar la
capa de valencia. A si pues, no solamente es difícil liberar a sus
electrones, si no que los átomos de los aisladores también se
apondrán a la producción de electricidad debido a su tendencia a
atrapar a cualesquiera electrones que puedan ser liberados. Los
átomos. Los átomos con siete electrones de valencia, son los que
tratan más activamente de llenar la capa de valencia y construyen
excelentes aisladores eléctricos.

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Compuestos como aislantes
La tendencia de los átomos al volverse estables es un factor
fundamental para determinar cómo se combinan los átomos de
los elementos para formar moléculas de un compuesto. Los
átomos tienden a combinarse de manera que las moléculas
contengan 8 electrones de valencia.
Debido a la tendencia hacia la estabilidad que tiene los átomos,
cuando se combinan, la mayor parte de los compuestos, por
ejemplo, el vidrio, madera, cucho, plástico, mica, etc., constituyen
buenos aislantes. Sin embargo, cabe notar que no existe tal cosa
como un aislador perfecto. Simplemente es muy difícil liberar
electrones de tales materiales.
Semiconductores.
Puesto que los conductores tienen sus capas de valencia llenas a
menos de la mitad y los aisladores tienen las suyas llenas a más de
la mitad, las substancias que tienen átomos con cuatro de
electrones de valencias reciben el nombre de semiconductores.
Estos conducen mejor que los aisladores, pero no tan bien como
los conductores. Algunos ejemplos son: el germanio, el silicio y el
selenio.
Por otra parte, muchos compuestos que tienden a ser estables,
generalmente contienen impurezas que facilitan la conducción
eléctrica.

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Comparación de los conductores.
Algunos materiales son los mejores conductores que otros. Por
ejemplo, aun cuando los átomos de cobre, plata y oro tienen, cada
uno, un solo electrón de valencia que puede liberarse fácilmente,
la plata es el mejor conductor. Le sigue el cobre y luego el oro.
Esto se debe al hecho de que una cantidad dada de material la
plata tiene mas atamos que los demás metales y por consiguiente,
se dispone de un mayor número de electrones libres.
Comparación de los conductores, aisladores y semiconductores.
Los conductores son materiales que tienen electrones cuya
liberación es fácil. La mayor partes de los metales son buenos
conductores eléctricos, generalmente se describen como
materiales con muchos electrones “libres”.
Los aisladores más usados son el vidrio, hule, plástico, madera,
cerámica y madera.
Como se produce la electricidad
Hasta ahora, solo se ha tratado en forma general de la idea de
aplicar una fuerza o energía a los electrones para desalojarlos de
sus orbitas; pero todavía no se ha dicho nada acerca de cómo
lograrlo. Se puede hacer esto de diversas maneras, que suelen
agruparse en seis grandes categorías.

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*FRICCION
*REACCIONES QUIMICAS
*CALOR
*PRESION
*LUZ
*MEGNETISMO.
Electricidad producida por fricción
Este es el método descubierto por los griegos. Una carga eléctrica
se produce cuando se frotan uno contra otros dos pedazos de
ciertos materiales; por ejemplo, seda y una varilla de vidrio, o
cuando se peina el cabello. ¿Alguna vez ha camino el lector sobre
una y experimentado una descarga eléctrica al tocar una perilla
metálica? Las suelas de los zapatos se cargan al frotarlos sobre la
alfombra y esta se transfiere a la persona que, luego, se descarga
en la perilla. Estas descargas reciben el nombre de electricidad
estática, lo cual se produce cuando un material transfiere sus
electrones a otro.
Esto es algo que aun no se entiende perfectamente. Pero una
teoría dice que la superficie de una materia existen muchos
átomos que no pueden combinarse con otros de la misma forma
en que lo hacen, cuando esta dentro de la materia; por lo tanto,
los átomos superficiales contiene algunos átomos algunos
electrones libre, esta es la razón por la cual los aisladores, por
ejemplo vidrio y caucho, pueden producir cargas de electricidad
estática.
Electricidad producida por reacciones químicas

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Las substancias químicas pueden combinarse con ciertos metales
para iniciar una actividad química en la cual habrá transferencia
de electrones, produciéndose cargas eléctricas. Esta es la forma en
que funciona una batería ordinaria. El proceso se basa en el
principio de la electroquímica.
Electricidad producida por presión
Cuando se aplica presión a algunos materiales, la fuerza de la
presión pasa a través del material a sus átomos, desalojando los
electrones de sus orbitas y empujándolos en la misma dirección
que tiene la fuerza. Estos huyen a un lado de la materia y se
acumulan en el lado puesto. Así pues se originan cargas positivas
y negativas en los lados opuestos. Cuando cesa la presión, los
electrones regresan a sus orbitas. Los materiales se cortan en
determinadas formas para facilitar el control de las superficies
que habrá de cargase; algunos materiales reaccionaran a una
presión de flexión en tanto que a los otros responderán a una
reacción de torsión.
Piezoelectricidad es el nombre que se da a las cargas eléctricas
producidas por el efecto de la electricidad.
Electricidad producida por calor
Debido a que algunos materiales liberan fácilmente sus electrones
y otros materiales los aceptan, puede hacer transferencia de
electrones, cuando se ponen en contacto dos metales distintos,
por ejemplo: Con metales particularmente activos, la energía
calorífica del ambiente a temperatura normales suficiente para
que estos metales liberen electrones. Por ejemplo, el cobre y el
cinc se comportan de esta manera. Los electrones saldrán de los

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átomos de cobre pasaran a los átomo de cinc. Así pues el átomo
de cinc adquiere un exceso de electrones, por lo que se carga
negativamente. El cobre, después de perder electrones, tiene una
carga positiva. Sin embargo, las cargas originales a la
temperatura ambiente son pequeñas, debido a que no hay
suficiente energía calorífica para liberar más de unos cuantos
electrones. Pero, si se aplica calor a la unión de los dos metales
para suministrar más energía, se liberaran más electrones. Este
método es llamado termoelectricidad.
Electricidad producida por luz (fotoelectricidad)
La luz en sí misma es una forma de energía y muchos científicos
las consideran formada de pequeños “paquetes” de energía
llamados fotones. Cuando los fotones de un rayo luminoso inciden
sobre un material, liberan su energía. En algunos materiales, la
energía procedente de los fotones puede ocasionar la liberación
de algunos electrones de los átomos.
Electricidad producida por magnetismo
Todos conocen a los imanes, los han manejado alguna otra vez.
Por lo tanto, podrán a ver observado que, en algunos casos, los
imanes se atraen y en otros casos se repelen. L razón es que los
imanes tienen campos de fuerza que actúan uno sobre otro
recíprocamente.
La fuerza de un campo magnético también se puede usar para
desplazar electrones. Este fenómeno recibe el nombre de
magnetoelectricidad; a base de un generador produce
electricidad.

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¿Qué es la corriente eléctrica?
Es el material presentado hasta ahora, se explico lo que es la
electricidad y como se producen las cargas eléctricas. En
particular, se estudiaron relativos a la electricidad estática, es
decir, a la carga eléctrica en reposo. Pero, por lo general, una
carga eléctrica estática no puede desempeñar una función útil. Si
se quiere usar energía eléctrica para realizar algún trabajo, es
preciso que la electricidad se “ponga en marcha”. Esto sucede
cuando se tiene una corriente eléctrica. La corriente se produce,
cuando en un conductor hay muchos electrones libres que se
mueven en la misma dirección.
Electrones libres
Para comprender como pueden los electrones producir
corriente eléctrica, será útil ilustrar la forma en que los átomos
de un buen conductor, por ejemplo el cobre, están unidos en un
trozo de metal en estado sólido. Todos los materiales deben
tener sus átomos (o moléculas) unidas en alguna forma, pues
de lo contrario se desintegrarían. Existen diferentes tipos y
formas de uniones; por eso, unos elementos son gases, algunos
son líquidos y otros son sólidos. Además, existen varias formas
en que los átomos de los sólidos están unidos, y por esta razón
algunos metales son suaves y otros duros. El tipo de unión que
nos interesa para el estudio de la electricidad básica es la unión
metálica.

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Movimiento de los electrones
Para producir una corriente eléctrica, los electrones libres en el
conductor de cobre deben moverse en la misma dirección, y no
al azar. Esto se puede hacer aplicando cargas eléctricas en cada
extremo del alambre de cobre; una carga negativa en un
extremo y una carga positiva en el otro.
Puesto que los electrones son negativos, la carga negativa los
repele y los atraen a la positiva. Debido a ello, no pueden pasar
a aquellas orbitas que los haría moverse contra las cargas
eléctricas. En cambio, se desplazan de orbita en órbita hacia la
carga positiva, haciendo que se produzca una corriente
eléctrica en esta dirección.
Flujo de corriente
Aunque a veces es más fácil considerar que los electrones
que se mueven libremente construyen la corriente eléctrica,
es importante considerar que esto no es exacto. El
movimiento del electrón libre produce la corriente. Esto se
entiende mejor, si se compara la velocidad del electrón con
la de la corriente. La velocidad del electrón puede variar,
según el material del conductor y el número de cargas
eléctricas usadas. Pero la velocidad de la corriente siempre
será la misma.
El electrón libre que se mueve al azar, lo hace con rapidez
relativa debido a que está únicamente bajo la influencia de
las fuerzas atómicas orbitales, su velocidad puede ser de
unos cuantos kilómetros por segundo.

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El impulso de corriente
La corriente eléctrica, en realidad es el impulso de energía
eléctrica que trasmite un electrón a otro, al cambiar de orbita.
Cuando se aplica energía a un electrón y este se desprende
de su órbita, al salir de ella, tiene que toparse con alguna
orbita de otro átomo, ya que todas las orbitas exteriores se
superponen y obstruyen el paso libre del electrón. Cuando el
electrón liberado entra a la nueva orbita, su carga negativa
reacciona con la carga negativa del electrón que se
encontraba en la órbita antes de él. El primer electrón repele
al otro, expulsándolo de la órbita y, a la vez, transmitiéndole
su energía. El segundo electrón, al encontrarse en la órbita
del siguiente, repite lo que hizo el primero. Este proceso
continua en todo el alambre. El impulso de energía,
transferido de un electrón al siguiente, construye la corriente
eléctrica.
Velocidad de la corriente eléctrica
Puesto que los átomos están muy próximos uno de otros y
las orbitas se superponen, el electrón liberado no tiene que ir
muy lejos para encontrar una órbita muy lejos para encontrar
una órbita nueva. El momento en el que entra a la nueva
orbita, transfiere su energía al siguiente electrón, liberándolo.
La acción es casi instantánea. Lo mismo ocurre con todos
los electrones en movimiento, de manera que aunque cada
electrón se mueve con relativa lentitud, el impulso de la
energía eléctrica se transfiere a través de líneas de atamos a
una velocidad muy grande: 300,000 kilómetros por segundo.
Se considera que los electrones libres son portadores de
corriente.
El circuito completo (cerrado)
Si se aplicara una carga negativa en un extremo del alambre,
esta carga repelerá a los electrones libres del otro extremo