Fundamentos de la Electricidad: Electrostática y Estructura Atómica

Fenómenos Eléctricos: Electrostática

Primeras Observaciones

El filósofo griego Tales de Mileto frotó una resina de ámbar con piel de gato y consiguió atraer con ella unos trozos de pluma. Ámbar en griego se denomina electrón, de ahí que ese fenómeno se conozca con el nombre de electricidad.

El médico de la reina de Inglaterra, William Gilbert, realizó estudios cuyos resultados le llevaron a determinar que la fricción era la causa de la aparición de los fenómenos eléctricos. Basándose en su conocimiento del cuerpo humano, supuso que todos los cuerpos tenían un fluido que se movía cuando eran frotados y con ello adquirían electricidad. Pero esta capacidad solo la tenían algunos cuerpos, lo que le llevó a establecer una clasificación entre materiales eléctricos y no eléctricos. Ideó y fabricó instrumentos para saber si un cuerpo era o no eléctrico, como el versorio.

Dos Tipos de Electricidad

Tratando de saber más acerca de esta curiosidad, Gilbert frotó una serie de objetos con tejidos diferentes y encontró que se podían electrizar de dos maneras distintas. Unos se comportaban como el ámbar cuando se frotaba con piel o lana (a esta la llamó electricidad resinosa) y otros lo hacían como el vidrio (electricidad vítrea). Observó las siguientes interacciones:

• Dos objetos electrizados como el ámbar se repelían.
• Dos objetos electrizados como el vidrio se repelían.
• Un objeto electrizado como el ámbar y otro como el vidrio se atraían.

Dedujo de esto que había dos tipos de electricidad.

El Modelo de Franklin

Benjamin Franklin retomó la idea de que la electricidad era una especie de fluido que pasaba de unos cuerpos a otros cuando eran frotados. Llamó electricidad positiva a la que adquirían los cuerpos que ganaban ese fluido al ser frotados y electricidad negativa a la que adquirían los que perdían ese fluido. Concluyó:

"Cuando se acercan dos cuerpos con electricidad del mismo signo, se repelen, y cuando se acercan dos cuerpos con electricidad de signo diferente, se atraen."

La Estructura Eléctrica de la Materia: Las Partículas del Átomo

Más Allá de Dalton

Dalton había determinado que la materia estaba formada por átomos. Sin embargo, distintas experiencias demostraban que la materia podía ganar o perder cargas eléctricas. La teoría de Dalton fue superada por experiencias que relacionaron las propiedades eléctricas de la materia con la existencia en el interior de los átomos de otras partículas más pequeñas responsables del comportamiento eléctrico.

El Descubrimiento del Electrón

J.J. Thomson realizó experiencias en tubos de descarga (tubos de vacío con un polo positivo y otro negativo por los que se hace pasar una corriente eléctrica a alto voltaje). Thomson encontró una partícula con carga eléctrica negativa, a la que denominó electrón, que existía en todos los elementos químicos.

Los rayos catódicos son un haz de electrones moviéndose a gran velocidad y en línea recta que se producen en el interior de los tubos de descarga. Son invisibles, pero provocan fluorescencia en pantallas sensibles.

Al analizar las partículas que formaban el rayo, se observó que eran las mismas, cualquiera que fuese el gas que hubiese en el interior del tubo. Se concluyó que en el interior de todos los átomos hay una o más partículas cargadas negativamente, a las que se llamó electrones.

Partículas Subatómicas Fundamentales

Posteriores descubrimientos completaron la imagen de las partículas fundamentales del átomo:

• Electrón: Posee carga eléctrica negativa. Su masa es muy pequeña en comparación con las otras partículas.
• Protón: Posee carga eléctrica positiva, de igual magnitud (pero signo opuesto) a la del electrón. Su masa es significativa, aproximadamente 1836 veces la del electrón.
• Neutrón: No tiene carga eléctrica (es neutro). Su masa es muy similar a la del protón.

La masa del protón y la masa del neutrón son similares, y la masa del electrón es miles de veces menor. Por tanto, la masa del átomo será, fundamentalmente, igual a la masa de los protones y neutrones juntos que tenga el átomo, porque la masa de los electrones es insignificante en comparación.