Principios de la Electricidad: Carga, Átomos y Leyes Fundamentales

Conceptos Fundamentales de la Electricidad

La electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.

La electrostática es la rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica.

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas.

Tipos de Electrización

• Electrización por contacto: Se puede cargar un cuerpo neutro con solo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva.
• Electrización por frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones igual al número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.
• Electrización por influencia o inducción: Es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que estas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente.

Estructura del Átomo

Hoy día se sabe que el átomo está formado por partículas más pequeñas, llamadas partículas subatómicas.

El Núcleo Atómico

El núcleo del átomo es su parte central. Tiene carga positiva, y en él se concentra casi toda la masa del mismo. Sin embargo, ocupa una fracción muy pequeña del volumen del átomo: su radio es unas diez mil veces más pequeño. El núcleo está formado por protones y neutrones.

Los Electrones

Alrededor del núcleo se encuentran los electrones, partículas de carga negativa y masa muy pequeña comparada con la de los protones y neutrones: un 0,05% aproximadamente. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo, ligados por la fuerza electromagnética que este ejerce sobre ellos, y ocupando la mayor parte del tamaño del átomo, en la llamada nube de electrones.

Modelos Atómicos Históricos

• John Dalton

  El primer modelo atómico fue propuesto por John Dalton, quien sentó las bases de la teoría atómica moderna y formuló las leyes ponderales.

• Joseph John Thomson

  Le siguió Joseph John Thomson, a quien se le atribuye el descubrimiento de los corpúsculos, ahora conocidos como electrones, a través de sus experimentos con tubos de rayos catódicos.

• Ernest Rutherford

  Posteriormente, Ernest Rutherford, mediante su famoso experimento de la lámina de oro (no con rayo catódico, que fue usado por Thomson), descubrió el núcleo atómico. Su modelo propuso que la masa y la carga positiva del átomo se concentran en un pequeño núcleo central, alrededor del cual giran los electrones. Aunque el texto original menciona la identificación de "partículas neutras y partículas negativas que son neutrones y protones respectivamente", es importante precisar que Rutherford identificó el protón, y el neutrón fue descubierto más tarde por Chadwick.

• Niels Bohr

  Finalmente, Niels Bohr integró las ideas de sus predecesores con los conceptos de la mecánica cuántica de Max Planck y el principio de incertidumbre (de Heisenberg), así como otras leyes fundamentales de la física (incluyendo las de Einstein en un contexto más amplio de la física moderna), para desarrollar su propio modelo atómico, que introdujo los niveles de energía cuantizados para los electrones.

Partículas Subatómicas Clave

El electrón es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo, los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.

El protón es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva (1.6 × 10^-19 C), igual en valor absoluto y de signo contrario a la del electrón, y una masa 1.836 veces superior a la de un electrón.

El neutrón es una partícula subatómica sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio.

Instrumentos y Leyes de la Electricidad

El electroscopio es un aparato que permite detectar la presencia de campos eléctricos en un cuerpo e identificar su signo.

El Coulomb (C) es la unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades. Se define como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio. Es decir, representa la cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto en un circuito en un segundo cuando la corriente es de un amperio.

La Ley de Coulomb establece que la magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.