Repaso sobre la naturaleza de la electricidad y los principales fenómenos que la caracterizan

1. Prof. Sebastián de los Angeles

3. La Electricidad
• La electricidad es un fenómeno muy amplio y
abarca la gama de interacciones que se dan
entre los átomos y entre las partículas sub-
atómicas, en especial los electrones.

4. Los Electrones
• Los electrones son partículas sub-atómicas cargadas
que orbitan el núcleo de los átomos.
• La interacción y el movimiento de los electrones
genera la mayor parte de los fenómenos físicos
relacionados con la electricidad.

5. Por otra parte, en el núcleo de los átomos
están los protones y los neutrones.
Los neutrones no tienen carga eléctrica,
así que son eléctricamente neutros.
Los protones en cambio, tienen la misma
carga eléctrica que un electrón pero con
signo opuesto.
Por lo general un átomo tiene la misma
cantidad de electrones y protones.

6. Los Electrones y Los Protones
p+ e-
Entre los dos, los electrones y los protones deciden la carga
eléctrica de un material, ya que los dos tienen la misma carga pero
con signo opuesto: los electrones tienen carga negativa y los
protones carga positiva
Entre los dos, los electrones y los protones deciden la carga
eléctrica de un material, ya que los dos tienen la misma carga
pero con signo opuesto:
los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva
Ambos son llamados
cargas elementales
Sin embargo los electrones son mucho más pequeños que
los protones: un electrón tiene una masa
1836 veces menor que la de un protón.
Es más o menos la diferencia de masa que existe entre
una pelota de ping-pong y una bola de boliche

7. La carga eléctrica de un objeto depende de la cantidad de electrones presente en
el mismo. Lo “normal” es que esta cantidad sea igual a la cantidad de protones,
por lo que la carga eléctrica del objeto sería neutra.
+
+
+
+
+--
- -
-
...

8. Pero si tiene menos electrones que protones su carga eléctrica sería positiva. Por
otra parte, si pasa al revés, si tiene más electrones que protones su carga eléctrica
sería negativa
+
+
+
+
+--
+
+
+--
- -
-
–
Este cambio en la cantidad de cargas elementales puede suceder, por ejemplo, al frotar un objeto con
otro, lo cual provoca un desprendimiento de electrones en uno de los objetos.

9. Esta diferencia de cargas se mantendrá sólo si el objeto permanece aislado, si entra
en contacto con otro objeto, las cargas se moverán entre los mismos para re-
establecer el equilibrio.
+
+
+
+
+--
+ +
-
Esta descarga puede ser gradual, por mero contacto con el aire, o explosiva, como se puede
experimentar al sentir los “estallidos” que suceden al sacarse una prenda de lana.
-
-
-
-

10. Si la acumulación de cargas es lo suficientemente grande, puede que no sea
necesario que los objetos entren en contacto, y las cargas se precipiten hacia el
otro objeto en una descarga que muchas veces es visible.
+
+
+
+
+--
+ +
-- -
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
Un ejemplo de esto son los
rayos que observamos en
las tormentas eléctricas.

11. Un cuerpo con carga eléctrica positiva o negativa provoca un efecto en los cuerpos
que lo rodean, en especial si también están cargados.
Ese efecto es lo que llamamos Campo Eléctrico
+
+--
- -
-

12. Los objetos dentro del campo eléctrico experimentan una fuerza que depende de
la cantidad de carga eléctrica y la distancia:
• los objetos con carga de signo opuesto se atraen
• los objetos con carga de igual signo se repelen
+
+--
- -
-
-
+

13. Ahora bien, el campo eléctrico es un fenómeno propio de cargas estáticas, cargas
“quietas”.
Si las cargas están en movimiento, entonces nos encontramos con una gama de
fenómenos mucho mas amplia.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
- -

14. Este movimiento puede ser de dos formas:
+ +
-
-
1) Un cambio en la
posición del electrón en su
trayectoria alrededor del
núcleo.
2) Un flujo de electrones a
lo largo de un material
conductor.
-

15. + +
-
-
-
La primera forma de movimiento es el origen de las diferentes formas de radiación
electromagnética: la luz, el calor, las ondas de radio y los rayos ultravioletas son diferentes
tipos de radiación electromagnética.
+ +
-
En primer lugar el electrón recibe energía
extra de una fuente externa, esto provoca
que el electrón se mueva más
rápidamente y a mayor distancia del
núcleo.
-
El electrón no permanece en esa posición
mucho tiempo, sino que muy pronto
vuelve a su posición original y entonces
expulsa esa energía extra en forma de
radiación electromagnética. La potencia de
esa radiación depende de cuán lejos
estuvo el electrón de su posición original,
cuanto más lejos, mayor potencia.

16. Algunos fenómenos relacionados con este tipo de movimiento:
La Luz
El Calor
Las Ondas de
Radio
ETC…

17. La segunda forma de movimiento de los electrones es propia de los metales.
En esta forma de movimiento, la energía aplicada a los electrones provoca
que estos se muevan a lo largo de un material conductor formando un
flujo que llamamos Corriente Eléctrica

18. Imagen obtenida con un microscopio de efecto túnel
que muestra los átomos individuales de una placa de oro.
Los metales tienen la particularidad de estar formados por átomos inmersos en
un “mar” de electrones con mucha movilidad.
Esa característica es la que hace posible la conductividad eléctrica de los
metales, ya que los electrones “saltan” de un átomo a otro con mucha
facilidad, por lo que formar la corriente eléctrica requiere muy poca energía.

19. La corriente eléctrica provoca varios fenómenos muy interesantes
para la tecnología:
 La Resistencia Eléctrica
 El Electromagnetismo
 La Inducción Electromagnética
entre otros…

20. Se debe a que los electrones que viajan impulsados por la corriente eléctrica
chocan con otros electrones que no se han “movido” de sus posiciones
originales. Esto retrasa el movimiento de la corriente eléctrica.
La Resistencia Eléctrica es una característica de cada material, y es la
resistencia que ofrece el material al pasaje de corriente eléctrica por su
interior.

21. Como consecuencia de estos choques, los electrones involucrados sufren una
aceleración y la energía extra se desprende principalmente en forma de
calor.

22. Este calor puede llegar a ser tan
elevado que el material termina
derritiéndose. Esta propiedad es la
que usan los fusibles, ya que es
posible calcular con exactitud la
cantidad de corriente eléctrica
necesaria para que un cierto trozo
de material se derrita.

23. Aparte de desplazarse, los electrones también giran sobre si mismos, esto
provoca que el campo eléctrico que generan alrededor de ellos también gire.

24. Cuando varios electrones cercanos giran de igual forma, esto provoca que
estos campos giratorios se combinen y formen un campo mayor. A grandes
rasgos este es el origen del fenómeno del magnetismo.

25. Por lo tanto, observaremos el mismo fenómeno en un material conductor que este
siendo atravesado por una corriente eléctrica: los electrones viajando en su interior
están moviéndose de la misma forma, en la misma dirección, combinando sus
campos y generando un campo magnético alrededor del conductor. Este fenómeno
es el electromagnetismo.

26. Un material conductor, al ser expuesto a
un campo magnético de intensidad
variable, experimenta que sus electrones
comienzan a moverse, formando una
corriente eléctrica. Este fenómeno es
llamado Inducción Electromagnética.
No solo los campos magnéticos
provocan corrientes eléctricas
por inducción.
Las ondas de radio y otras
formas de radiación
electromagnética también son
capaces de generar corrientes
eléctricas de este tipo. La radio,
las células fotoeléctricas, los
transformadores y otros
dispositivos, basan su
funcionamiento en este
fenómeno.

27. Magnitudes de Medida Eléctrica
1. Intensidad
La intensidad mide la cantidad de cargas eléctricas que atraviesan
un material en un tiempo determinado. Se mide en Amperios,
unidad nombrada en honor a André-Marie Ampère, formulador de una
de las primeras teorías sobre el electromagnetismo.

28. Magnitudes de Medida Eléctrica
2. Voltaje
El voltaje mide la diferencia de potencial eléctrico entre dos
puntos y básicamente representa la diferencia en la cantidad de
cargas eléctricas entre esos dos puntos. Se mide en Voltios, unidad
nombrada en honor a Alessandro Volta, inventor de la primera batería
química.

29. Magnitudes de Medida Eléctrica
3. Resistencia
La resistencia mide la resistencia al pasaje de corriente eléctrica
de un determinado material. Se mide en Ohmios, unidad
nombrada en honor a Georg Simon Ohm , quien redactó la ley que lleva
su nombre (ley de Ohm) y que relaciona estas tres magnitudes
fundamentales.

30. Material redactado por prof. Sebastián de losAngeles basándose en documentación obtenida en las
siguientes páginas o libros:
• http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetism
• http://en.wikipedia.org/wiki/Electricity
• http://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_resistivity_and_conductivity
• http://en.wikipedia.org/wiki/Voltage
• http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_current
• http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetism
• http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_charge
• http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_field
•http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field
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gratuita.
© Luis Sebastián de los Angeles,2013
Melo,Cerro Largo,Uruguay