NATURALEZA ELECTRICA DE LA MATERIA Todos los distintos medios para producir electricidad son simplemente diferentes maneras de extraer electrones de la materia. De dónde provienen esos electrones, y cómo actúan, puede comprenderse mejor si se estudian brevemente algunos aspectos de la teoría moderna sobre la composición de la materia. "Materia", desde luego, es cualquiera de las sustancias que nos rodean, y que tiene volumen, peso, masa, y muchas otras características. Los alimentos, las rocas, los vestidos, nuestro propio cuerpo, el aire que nos rodea son todas materias de distintas formas, y todas ellas están constituidas por pequeñas partículas llamadas "moléculas". La molécula representa, para la ciencia, la porción más pequeña en que se puede dividir cualquiera de las muchas formas de la materia, conservando siempre sus características originales. Una molécula es tan pequeña que no es posible verla con los más potentes microscopios ópticos, pero con otro aparato científico, el microscopio electrónico —que tiene un poder de aumento de más de 100.000 veces —tal vez pueda verse, algún día, alguna de las moléculas más grandes de la materia. Las moléculas, a su vez, están formadas por partículas todavía más pequeñas, llamadas "átomos". Estos son tan minúsculos que 100.000.000 colocados en fila, uno contra otro, sólo alcanzarían una longitud de unos 2,5 centímetros. Hasta antes de la segunda guerra mundial, la ciencia había conseguido identificar y aislar 92 átomos diferentes, en la materia del globo terrestre, los llamados "elementos"; toda la materia que conoce el hombre está formada por distintas combinaciones o variaciones de esos elementos básicos; últimamente, con el descubrimiento del neptunio, plutonio, américo y curio, el número de elementos diferentes se elevó a 96. En la constitución de la materia, la electricidad desempeña una función de vital importancia, pues la ciencia moderna ha determinado que los átomos de los distintos elementos están constituidos por electrones que, como ya hemos mencionado, son partículas de electricidad negativa, y protones, que son partículas de electricidad positiva, formando conjuntos más o menos completos. La teoría electrónica de la materia enseña, además, que cada átomo posee una porción central muy densa llamada "núcleo", que contiene todos los protones del átomo y posiblemente la mitad de los electrones, y en algunos casos varios neutrones, que son partículas sin ninguna carga, constituidas por la unión muy íntima de un electrón y un protón. Los restantes electrones de cada átomo, cuyo número varía según el elemento de que se trate, por ejemplo carbono, sodio, uranio, etc., giran alrededor del núcleo, más o menos en la misma forma, pero en escala infinitamente menor, que los planetas alrededor del Sol, en el sistema solar a que pertenece la Tierra. Todos los átomos de un mismo elemento están siempre constituidos en la misma forma, con igual cantidad y disposición de protones y electrones; los de elementos distintos difieren en la cantidad y disposición de esas partículas constitutivas. Cualquier átomo en condiciones normales es neutro, es decir, la suma total de las cargas positivas es igual a la de las negativas, equilibrándose y haciendo aparecer el átomo como si no tuviera ninguna carga con respecto a los elementos vecinos. Mas, en ciertas circunstancias, puede agregarse o quitarse un electrón, destruyéndose entonces el equilibrio eléctrico, y quedando el átomo cargado, negativamente cuando se le agrega y positivamente cuando se le quita un electrón. Cuando se le saca un electrón, el átomo aparece cargado positivamente y tiende a atraer las cargasnegativas; de igual manera, cuando se le agrega un electrón se carga negativamente y tiende a atraer las cargas positivas.
El átomo de hidrógeno, neutro, tiene en el núcleo dos protones o cargas positivas, y dos electrones o cargas negativas que, equilibrándolos, giran describiendo una órbita en torno del núcleo. Extrayendo un electrón del átomo de hidrógeno, obtenemos un ión positivo de hidrógeno.
A los átomos les "disgusta" tener cargas de más o de menos; por lo tanto, cuando se los perturba en esa forma, rápidamente tratan de volver al estado neutro de equilibrio, eliminando o tomando un electrón. Más adelante veremos que esa eliminación de electrones es lo que hace circular la corriente eléctrica. La masa del átomo está concentrada, en su mayor parte, en los protones; éstos difieren para los distintos elementos, mientras que los electrones son idénticos en todos los tipos de materia. Los electrones, o sea las cargas negativas, son electricidad. En los metales, que son buenos conductores de la electricidad, los electrones están débilmente ligados al núcleo y pueden pasar fácilmente de un átomo a otro, mientras que en otros materiales que conducen con dificultad la electricidad y que se llaman aisladores, los electrones están firmemente sujetados por el núcleo, y se requiere una fuerza relativamente grande, llamada diferencia de potencial eléctrico, para producir un pequeño movimiento de electrones de un átomo a otro.
Bajo la influencia de un fuerte potencial eléctrico, los electrones se mueven libremente de un átomo a otro dentro de un conductor eléctrico. Circulan de esta manera a lo largo de la diferencia de potencial eléctrico y constituyen lo que se llama corriente eléctrica.
Cuando, a un cuerpo se le agregan electrones, se dice que el cuerpo ha adquirido una carga negativa, o que está cargado negativamente; por el contrario, cuando a un cuerpo se le quitan electrones, se dice que está cargado positivamente. Cuando a un buen conductor, por ejemplo un alambre de cobre, le aplicamos una pequeña diferencia de potencial 1,5 voltios, por ejemplo, que se puede obtener de una pila seca común, los electrones se mueven libremente de átomo a átomo dentro del alambre de cobre, produciendo lo que se llama una corriente eléctrica. Aunque el impulso eléctrico, es decir, la electricidad, se trasmite a través del alambre de cobre, con una velocidad aproximadamente igual a la de la luz, 300.000 kilómetros por segundo, los electrones no marchan con esa velocidad, sino que cada electrón se mueve muy lentamente. Un autor ha comparado a los electrones dentro de un alambre de material conductor, por ejemplo de cobre, con una correa muy larga cubierta de hormigas que se mueven desordenadamente sobre la misma; el efecto de aplicar la diferencia de potencial que crea la
correspondiente corriente eléctrica, sería equivalente a poner en movimiento la correa, por ejemplo, hacerla girar con una polea. El movimiento se trasmite casi instantáneamente de un extremo a otro de la correa —es la velocidad de propagación de la electricidad—, pero las hormigas que están sobre la misma seguirán moviéndose lentamente en todas direcciones, aunque todas tendrán un movimiento de conjunto en una dirección, el de la correa. Los electrones, en este caso las hormigas, se mueven lentamente; sin embargo, el impulso de movimiento, o su equivalente, el impulso eléctrico, se ha trasmitido casi instantáneamente.
No hay comentarios:
Publicar un comentario