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La materia, entendida como todo aquello que tiene masa y que, por tanto, ocupa un volumen, ha sido uno de los grandes misterios de la humanidad. Una de las grandes preocupaciones de los científicos a lo largo de la historia ha sido conocer su constitución para poder llegar a predecir su comportamiento.
Gracias a los avances experimentales y teóricos del siglo XX, hoy conocemos mejor la estructura interna de la materia. Ahora sabemos que toda materia está formada por un conjunto de átomos que, a su vez, están constituidos por las llamadas partículas subatómicas: los electrones, los protones y los neutrones (principalmente).
En los átomos que forman la materia se pueden distinguir dos partes fundamentales:
- El núcleo. Es la parte central del átomo y que ocupa una parte muy pequeña. En su interior se encuentran los protones y los neutrones, entre otras partículas subatómicas.
- La corteza. Es la parte exterior del átomo y ocupa la mayor parte de su volumen. Esta parte está formada por un único tipo de partículas subatómicas, los electrones, que se mueven a una gran velocidad alrededor del núcleo, describiendo unas trayectorias elípticas llamadas órbitas.
La carga eléctrica de la materia
Entonces, ¿de dónde viene la electricidad? Los protones (dentro del núcleo del átomo) y los electrones (que forman la corteza) cuentan con una carga eléctrica. En ambos casos es la misma, con la diferencia de que la carga de protones es positiva y la de los electrones negativa.
Esto produce una fuerza de atracción y de repulsión entre las partículas subatómicas siguiendo una ley de relación muy sencilla: las cargas de diferente símbolo se atraen y las del mismo signo se repelen. Esto ocurre en el campo eléctrico, el espacio alrededor de la carga eléctrica de la materia.
En cambio, los neutrones no tienen carga eléctrica, ni positiva ni negativa. Por lo tanto, los neutrones no son atraídos ni repelidos por los protones ni los electrones.
La carga eléctrica es una propiedad general de la materia y se mide en una unidad llamada Coulomb (C).
La masa y la carga eléctrica de las principales partículas subatómicas son:
| Celda de tabla vacía | Masa (Kg) | Carga (C) |
|---|---|---|
| Protón (p) | 1,6725 · 10-27 | 1,6 · 10 -19 |
| Neutrón (n) | 1,6748 · 10-27 | - |
| Electrón (e) | 9,1095 · 10-31 | 1,6 · 10 -19 |
Pérdida o ganancia de electrones
La carga eléctrica de un átomo se considera nula debido a que tiene el mismo número de protones que de electrones, lo que se traduce en la misma cantidad de cargas positivas que negativas.
Sin embargo, existen algunas excepciones a tener en cuenta:
- En algunas situaciones los átomos pueden perder o ganar electrones y quedar cargados eléctricamente. Estos átomos se llaman iones.
- Cuando un átomo pierde uno o diversos electrones queda cargado positivamente y recibe el nombre de catión.
- Si un átomo gana uno o varios electrones queda cargado negativamente, recibiendo el nombre de anión.
El origen de la electricidad
La energía eléctrica o electricidad es un fenómeno físico que se produce a raíz de las cargas eléctricas y de la interacción entre ellas. De esta forma, son los electrones y los protones las principales partículas subatómicas responsables de su aparición.
La electricidad se puede originar o transmitir provocando el movimiento de cargas eléctricas de un punto a otro. Se trata de una situación muy común dentro de la propia naturaleza, donde la energía eléctrica se manifiesta de diversas formas, transformándose en otros tipos de energía. Ejemplos de este fenómeno son las tormentas eléctricas o el sistema nervioso de los seres vivos.
La rama que estudia la interacción de las cargas eléctricas cuando estas están en reposo se denomina electrostática.
Materiales conductores y materiales aislantes
Las cargas eléctricas se pueden mover a través de los materiales, pero no lo hacen de la misma manera en todos ellos. A la propiedad que indica la facilidad con que las cargas se mueven a través de un material específico se la denomina conductividad.
Según su conductividad, podemos dividir todos los materiales en dos grandes grupos:
- Materiales conductores. Son los que tienen una estructura atómica que favorece que las cargas eléctricas se puedan mover con facilidad por su interior. En general, todos los metales son buenos conductores.
- Materiales aislantes. Son los que tienen los electrones muy ligados al átomo al que pertenecen, de manera que no se pueden mover con facilidad. Algunos ejemplos aislantes son la madera, la resina o el cristal.
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La corriente eléctrica y sus tipos
Cuando los electrones se mueven a través de un material conductor se origina lo que se denomina corriente eléctrica. Se trata de un movimiento de cargas eléctricas que se puede comparar, por ejemplo, con el que hace el agua de un río: de la misma manera que ponemos medir el caudal de un río en un punto concreto, podemos medir la intensidad de la corriente eléctrica.
Para que el movimiento de electrones se produzca es necesario que entre los extremos del conductor haya una diferencia de potencial a la que se denomina tensión o voltaje.
En un generador, el movimiento de electrones (de carga negativa) se produce desde su polo positivo hasta su polo negativo. Si, por el contrario, este flujo es al revés (de polo negativo a positivo), se considera que la corriente es negativa. De esta forma, el sentido del movimiento de los electrones determina la siguiente clasificación de corriente eléctrica:
- Corriente continua. Se caracteriza porque los electrones se mueven en un solo sentido por el hilo conductor. Ejemplos de generadores de corriente continua son las pilas o las dinamos.
- Corriente alterna. Su característica principal es que los polos del generador cambian de negativo a positivo en el mismo periodo, provocando que el flujo de electrones no mantengan el mismo sentido. La generación de este tipo de corriente la realizan los alternadores.
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