EF VI: La corriente eléctrica. Sentido real y convencional
En el capítulo anterior vimos los campos magnéticos y las líneas de fuerza. También estudiamos la reluctancia y el flujo magnético. En este tema retomamos la electricidad, en concreto: el flujo de electrones.
Breve recordatorio sobre los electrones
Despues de dedicar dos temas al magnetismo... ¡volvemos a hablar de electrones! Es forzoso, pues, hacer un breve recordatorio.
En el capítulo I vimos cómo los electrones más alejados del núcleo de un átomo pueden desprenderse y pasar a otro átomo. Llamamos a tales partículas subatómicas electrones libres.
Acto seguido (cap. II), se dijo que los materiales conductores tienen electrones de este tipo, no así los aislantes. Por ejemplo, metales como el cobre y el aluminio conducen la electricidad, mientras que la goma o el plástico, o bien no lo hacen, o bien lo hacen con mucha dificultad.
Pues bien, vamos a retomar la lección y a estudiar en detalle la corriente eléctrica. Veremos, ¡por fin!, cómo se produce una corriente eléctrica. También descubriremos el sentido en que viajan los electrones cuando recorren un cable eléctrico.
¿A qué llamamos corriente eléctrica?
En un conductor los electrones libres se mueven al azar. De entrada, no se genera en él ningún tipo de carga eléctrica, ya que los electrones se mueven desordenadamente. Pero ¿qué ocurre si conectamos ese cable a una batería?
En tal caso los electrones viajan por el cable. Y lo hacen en la misma dirección: del polo negativo de la batería al positivo. El polo negativo tiene átomos con exceso de electrones; es decir, carga negativa. En cambio, en el otro polo ocurre lo opuesto: sus átomos no tienen electrones en la última órbita, luego su carga es positiva.
Pues bien: los electrones viajan por el cable para neutralizar las cargas. A ese flujo ordenado de electrones libres lo llamamos corriente eléctrica.
Quiero recordar, llegado este punto, que las cargas positivas atraen a las negativas. Claro, me diréis, porque tienen distinto signo. ¡En efecto! Así que mientras la batería tenga un exceso de electrones en uno de sus polos, la corriente eléctrica circulará por el cable para compensar las cargas. Así funciona una batería.
Ahora bien: en el momento en que ambos polos estén equilibrados, ya no habrá atracción ni repulsión de cargas ni flujo de electrones libres. Es decir: no habrá corriente eléctrica. Nada te impide, por ejemplo, poner unas pilas gastadas en un aparato eléctrico... ¡De ningún modo circularán los electrones!
Pero ¿cómo se mueven los electrones? ¿Son unos más rápidos que otros? Quizá una pregunta más interesante es: ¿tienen que atravesar todo el cable?
El movimiento de los electrones recuerda a un atasco de coches
Accidentes, semáforos, pasar de tres carriles a dos, etc., producen cuellos de botella en las carreteras. Cuando el número de vehículos supera la capacidad de la vía, se presenta el temido atasco y a los conductores les toca, quieran o no, esperar más de la cuenta.
¿Qué ocurre entonces? Pues que cada coche que supera el punto de conflicto deja un espacio en la carretera. Acto seguido, el vehículo que le sigue pasa a ocupar su posición. Y así sucesivamente.
Observa de lejos una autopista. Fíjate en cómo circulan por ella los vehículos. Comprobarás que unos coches entran... y otros salen. A veces por distintas entradas y salidas. Sin embargo, quien pretenda viajar de un extremo a otro, tendrá que ocupar todas las posiciones intermedias. ¡Pues lo mismo sucede con los electrones libres en el cable!. Y esto merece ser visto en detalle.
Cuando un electrón libre abandona el cable, produce una carga positiva justo en ese punto: porque el átomo final del cable pierde su electrón. Como la carga es positiva, atraerá a la carga negativa más cercana; esto es: al siguiente electrón. ¿Ya adivinas lo que va a pasar ahora? ¡Estás en lo cierto!
El electrón que acaba de dar el salto deja atrás otra carga positiva... Que será compensada por el electrón siguiente. ¿Y la siguiente? ¡Por el siguiente! ¡Y la siguiente por el siguiente! Y así sucesivamente a lo largo de todo el cable.
El viaje se prometía feliz...
Pero ¿qué ocurre en el punto de entrada a la autopista? Es decir, en nuestro ejemplo, ¿qué pasa en el extremo de cable conectado al terminal negativo de la batería?
Es muy sencillo, en realidad. Cuando en ese extremo de cable quede un hueco libre, lo ocupará un electrón de la batería. Como el conductor incauto que se incorpora a la autopista... ¡sin saber lo que le espera!
En suma, los electrones libres saltan de átomo en átomo. De ningún modo pasan de una punta hasta la otro como por arte de magia. Se comportan como coches en un atasco: ocupan a paso de tortuga las posiciones liberadas por los vehículos los preceden.
Otra analogía usada para explicar este hecho es la de una locomotora que tira de los vagones. Cuando la locomotora se mueve, arrastra al primer vagón; este, al segundo; el tercero, al cuarto; Y si alguno se detiene, no lo hará él solo: ¡el tren entero se para!
El sentido de la corriente eléctrica
Hace un par de siglos, quienes indagaban los secretos de la electricidad creían que los electrones viajaban del polo positivo al negativo. ¡Hoy sabemos que es al revés! Los electrones siempre van del polo negativo (exceso de electrones) al positivo (falta de electrones).
Sin embargo, cuando se descubrió el error, demasiada gente se había acostumbrado a ello. Y cambiarlo no era posible.
De tal suerte que has de conocer los dos sentidos de la corriente eléctrica:
- En el sentido convencional de la corriente eléctrica los electrones viajan del positivo al negativo.
- En el sentido real los electrones viajan del negativo al positivo (según afirma la teoría del electrón).
Lo curioso es que todo eso no tiene ninguna importancia. Nuestro estudio de la electricidad no se ve afectado por el sentido de la corriente. Eso sí... ¡siempre que en un mismo circuito eléctrico no mezclemos ambos sentidos!
Lo importante en este punto es que recuerdes que el sentido real de la corriente eléctrica es de la carga negativa a la positiva. Y que, por lo que acabo de explicar, en muchos manuales, esquemas y libros sobre electricidad encontrarás información contradictoria, es decir, el sentido convencional.
Aquí te dejo una figura para que lo recuerdes:
¡Uff, la clase de hoy fue dura! Necesitamos un descanso para asimilar todo lo visto. Pues lo más interesante aún está por llegar...
No obstante, antes tenemos que asentar bien estos conceptos. Hay que tener claro cómo se produce la corriente eléctrica: comprender cómo viajan los electrones por el cable. Y aceptar que nuestros antepasados creían en el sentido convencional de la corriente porque carecían de medios para probar lo contrario.
Apuntes adicionales: breve historia de la electricidad
La ciencia está en constante cambio. Lo que hoy se considera verdad es mentira mañana. El estudio de la electricidad tampoco es una excepción. Bien ejemplificado queda este hecho con los dos sentidos de la corriente eléctrica.
Pero ¿por qué no viajamos a un pasado aún más lejano? ¿Cuándo se descubrió la electricidad? Vamos a repasarlo brevemente.
Érase una vez en Egipto... el pez gato eléctrico. Sí, hace ya unos 5000 años que los egipcios descubrieron una misteriosa familia de peces de agua dulce: Malapteruridae.
El fabuloso pez gato era capaz de electrocutar a otros gracias a su electrocito. También llamado electroplaca, el electrocito es un órgano que puede generar un campo eléctrico de más de 350 voltios. Y no es exclusivo del pez gato, pues también lo usa la raya eléctrica o Torpediniformes.
Los egipcios sabían que el pez gato se alimentaba gracias a su arma eléctrica. La potente descarga eléctrica les servía para anular a sus presas. Este pez eléctrico no se ha extinguido: mide unos 90 cm de largo y pesa 18 kg.
Cinco milenios atrás, los antepasados del pez gato son la primera prueba escrita que tenemos de un fenómeno eléctrico. También conocían los peces gato eléctricos, ¡y los mencionaban en sus escritos!, los romanos, los griegos y los árabes.
Vamos a avanzar 2000 años con la máquina del tiempo, en concreto, hasta el siglo vii antes de Cristo. Como ya vimos en el primer capítulo de Electricidad Fácil, los griegos habían descubierto el elektron. Así denominaban el fósil de resina de árbol que hoy llamamos ámbar.
El filósofo, matemático, físico, legislador y geómetra griego Tales de Mileto investigó los fenómenos eléctricos del ámbar. Y aquí tenemos otro error científico, pues Mileto creyó que aquello se trataba de magnetismo y no de electricidad.
Tendría que pasar otro milenio para que se produjeran nuevos avances en el estudio de la electricidad... ¡Pero eso lo veremos más adelante!
Para acabar, y antes de pasar a EF VII, que trata del amperio, es de recomendar este magnífico vídeo sobre la corriente eléctrica:
Muy buen contenido.
Gracias, Arturo. Un saludo.