EL DESCUBRIMIENTO DE LA ELECTRICIDAD

La palabra electricidad deriva del griego "elektron" que significa "ámbar". Tales de Mileto (600 años A.C.) descubrió que, frotando una varilla de ámbar con un paño, aquélla atraía pequeños objetos como cabellos, plumas, étc. Se dice que la varilla se ha electrizado.

Estructura de la materia

Todos los objetos y substancias que nos rodean están constituidos por materia. El agua, el aire, un lápiz, un vaso de cristal, etc., son diferentes formas que toma la materia, ya que esta se presenta ante nosotros de tres modos o estado: sólido, líquido y gaseoso. Demócrito, cinco siglos A.C. nos dió una idea de la constitución de la materia. Desmenuzó un terrón de tierra hasta reducirlo a polvo lo mas diminuto posible para la época, este polvo seguía conservando las propiedades de la tierra, a estas partículas las llamó átomos, que en griego significa indivisible.

Hipotéticamente si por medios físicos separamos o dividimos al máximo una muestra de agua pero siempre conservando las características originales llegaremos a la úlima división de la misma, la molécula.

Si seguimos aumentando el poder visual de un microscopio electrónico llegaríamos a ver que las moléculas están aisladas entre sí y que están formadas por partículas mas pequeñas diferentes a las anteriores y que están formadas por tres partículas, dos iguales más pequeñas y una de mayor tamaño diferente de las anteriores. Estas partículas que pueden aislarse por medios químicos las conocemos por la denominación de átomos.

En la actualidad se conocen 106 elementos simples o átomos diferentes. Las diferentes combinaciones de átomos dan lugar a todos los compuestos y, en definitiva, a la materia tal como la vemos a nuestro alrededor.

Los cuerpos pueden ser simples o compuestos según que sus moléculas están formadas por átomos iguales o diferentes. Por ejemplo, el cobre, la plata, el aluminio, son cuerpos simples; la sal, el azúcar, el papel, son elementos compuestos.

Sigamos con la descomposición de la molécula de agua. Vemos que está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.

Por deducciones lógicas y mediante grandes ampliaciones a escala microscópica (hipotéticas), llegaríamos a conocer la estructura del átomo.

El átomo posee en su interior una zona densa formada principalmente por los protones y los neutrones y en el exterior una serie de capas que lo envuelven en las que giran los electrones. Electrones, protones y neutrones son los tres tipos de partículas más importantes, y aunque existen otros tipos su estudio no compete a esta obra.

Podíamos asimilar el átomo a un sistema solar en miniatura. En el centro, lugar del Sol, colocaríamos el núcleo que contiene los protones y neutrones mientras que los planetas que giran alrededor estarían representados por los electrones. Véase a este respecto la figura

En cada átomo normalmente hay un protón por cada electrón. Los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva y como los neutrones son partículas sin carga, podemos afirmar que el átomo en su estado normal es neutro.

Ahora bien, surge una pregunta, ¿por qué si los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva no se neutralizan entre si? Sencillamente, porque ello destruiría el átomo y no sucede así porque los electrones giran a una gran velocidad y ello hace que la fuerza de giro (centrífuga) equilibre esta atracción.

Todos los electrones de los átomos no giran alrededor del núcleo a una misma distancia, ni siquiera lo hacen todos en órbitas iguales, unos electrones describen órbitas circulares otros órbitas elípticas y siempre agrupados por capas según la energía que poseen.

Con el fin de facilitar la comprensión hemos simplificado el esquema del átomo representando el núcleo con unos números (el de los protones P, y el de los neutrones N) y cada una de las órbitas o "niveles de energía", por circunferencias concéntricas en las que se distribuyen todos los electrones que tiene cada uno de los átomos (figura 2). Las diferentes capas en las que podemos localizar los electrones de los átomos se representan por las letras K, L, M, N, 0, P, Q, siguiendo un orden de alejamiento a partir del núcleo, tal como se representa en la figura:

Ya conocemos la configuración atómica de los dos elementos del agua, el hidrógeno y el oxígeno. Para abundar en ejemplos, exponemos en la figura 3 la configuración que presentan algunos de los átomos que serán familiares en su estudio: carbono, aluminio, cobre, germanio y silicio.

Los electrones permanecen en las órbitas definidas en función de la energía que poseen y no pueden saltar de una órbita a otra sin que medie una aportación de energía. Así, un electrón próximo al núcleo está más sujeto a la atracción de éste que un electrón de alguna de las capas más alejadas.

Este concepto es muy importante para nosotros; veamos a continuación por qué.

Los electrones libres aparecen cuando se aplica sobre la materia alguna clase de energía que provoca una transformación en la misma. Los métodos utilizados en la práctica para obtener energía eléctrica son los siguientes: frotamiento, magnetismo, calor, luz, química y presión.

Frotamiento,- La energía mecánica desarrollada al frotar una barra de lacre con un paño de lana hace pasar electrones del paño a la barra con lo que ésta queda con carga negativa.

Magnetismo.- Al cortar, mediante un hilo conductor, las líneas de fuerza de un imán se produce una circulación de electrones por el hilo,

Calor.- Calentando la unión de un par termoeléctrico, por ejemplo, bismuto y antimonio, circulan electrones por el conductor que une los extremos libres de ambos metales.

Luz.- Ciertas sustancias como el selenio, silicio, etc., desprenden electrones al estar expuestas a la luz. Este fenómeno se aplica en las células fotoeléctricas y las fotovoltaicas.

Química: Dos metales diferentes, cinc y cobre, por ejemplo, separados por un medio ácido, pueden crear entre ellos una circulación de electrones.

Presión.- Este método es menos utilizado a gran escala industrial aunque se emplea con pequeños utensilios, como mecheros manuales, encendedores de cocina, etc.