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La naturaleza eléctrica de la materia

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1. La estructura de la materia

La materia es todo aquello que tiene masa y que, por lo tanto, ocupa un volumen.

Desde hace muchos años, una de las grandes preocupaciones de los científicos ha sido poder conocer la constitución de la materia para poder llegar a predecir su comportamiento.

Los avances experimentales y teóricos del siglo XX han permitido conocer 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:

  • El núcleo, que 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 subátomicas.
  • La corteza, que 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.  

estructura materia  

Estructura de la materia

2. La carga eléctrica

Los protones (partículas que forman parte del núcleo del átomo) y electrones (que rodean el núcleo del átomo) crean fuerzas de atracción y de repulsión debido a que estas partículas atómicas tienen una carga eléctrica.

Se puede establecer una ley muy sencilla en relación a las fuerzas de atracción y repulsión entre partículas: las cargas de diferente símbolo se atraen y las del mismo signo se repelen.

La carga de un protón es la misma que la de un electrón, con la diferencia de que la carga de protones es positiva y la de los electrones negativa.

 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 que se puede medir, cuya unidad es el Coulomb (C).

La masa y la carga eléctrica de las principales partículas subatómicas son:                                         

3. El campo eléctrico

El campo eléctrico es el espacio alredededor de una carga eléctrica. En él se manifiestan las fuerzas de atracción o de repulsión sobre otras cargas eléctricas situadas en este espacio.

4. Pérdida o ganancia de electrones

En relación a la naturaleza eléctrica del átomo, hay que destacar que la carga eléctrica de un átomo es nula porque tiene el mismo número de protones que de electrones, teniendo así la misma cantidad de cargas positivas que negativas.

Hay, sin embargo, excepciones que hay que 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.
  • De forma contraria, cuando un átomo gana uno o varios electrones queda cargado negativamente, recibiendo el nombre de anión.

5. ¿De dónde viene la electricidad?

La energía eléctrica o electricidad es un fenómeno físico que se origina a raíz de las cargas eléctricas y de la interacción entre ellas. Así, son los electrones y los protones las dos partículas subatómicas principales que pueden originar la aparición de energía eléctrica.

La electricidad se puede originar o transmitir provocando el movimiento de cargas eléctricas de un punto a otro.

Esta situacion es muy común ya en la propia Naturaleza, dado que 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.

En el siguiente enlace puedes conocer una serie de magnitudes eléctricas que ayudan a definir las características de la electricidad.

La rama que estudia la interacción de las cargas eléctricas cuando estas están en reposo se denomina electrostática.

6. Materiales conductores y materiales aislantes

Las cargas eléctricas se pueden mover a través de los materiales, per no se mueven de la misma manera en todos ellos. A la propiedad que indica la facilidad con que las cargas se mueven a 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.

¿Deseas saber más sobre la conductividad eléctrica? Tienes un juego a tu disposición.

7. La corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el movimiento de los electrones por un conductor. Este movimiento de cargas eléctricas se puede comparar con el agua del río, y de la misma manera que podemos medir el caudal de un río en un punto podemos medir la intensidad de la corriente eléctrica.

Para que el movimiento de electrones se produzca hace falta que entre los extremos del conductor haya una diferencia de potencial , que también se llama tensión o voltaje.

8. Tipos de corriente eléctrica  

El movimiento de electrones (cargas negativas) del generador se produce desde su polo positivo (lugar de salida de los electrones) hasta su polo negativo (lugar donde vuelven los electrones). Cuando dicho flujo es al revés (de polo negativo a positivo), se considera que la corriente es negativa. Asi, y dependiendo del sentido del movimiento de dichos electrones, se puede clasificar la corriente eléctrica en:

  • Corriente continua , que 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, cuya 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 generacion de este tipo de corriente la realizan los alternadores.

En el siguiente juego puedes saber más acerca ed la corriente continua y la corriente alterna.