El Tamiz

Si no eres parte de la solución eres parte del precipitado

[Electricidad I] Corriente eléctrica

Ésta es la tercera parte del Bloque [Electricidad I]. En la primera parte hablamos acerca del concepto de carga eléctrica, y en la segunda parte lo hicimos sobre la Ley de Coulomb y la electrización. Si te fijas, hasta ahora no hemos estudiado apenas movimientos de cargas, que es en lo que normalmente pensamos al hablar de “electricidad”. La razón es que, para entender esos movimientos y conceptos relacionados con ellos –como la corriente eléctrica–, necesitábamos establecer unas bases, como el concepto de carga eléctrica. En la última entrada ya hablamos de la causa esencial del movimiento de cargas, la fuerza de Coulomb, con lo que ya estás preparado para entender el concepto de corriente eléctrica.

Fíjate en que digo “no hemos estudiado apenas” porque, aunque no hayamos entrado en detalles, en la entrada anterior sí que describimos movimientos perceptibles de cargas: por ejemplo, en el chorro de agua del grifo en el Experimento 1 o el movimiento del péndulo en el Experimento 2 había cargas moviéndose debido a atracciones y repulsiones de Coulomb. Sin embargo, se trataba de movimientos muy leves, a lo largo de distancias minúsculas, y desde luego no intentamos entonces evaluarlos de ninguna manera rigurosa – a eso nos dedicaremos hoy.

Por cierto, una aclaración: hay cargas moviéndose siempre que cualquier objeto se mueve, porque cualquier objeto está hecho de cargas de ambos tipos. Sin embargo, no se observan efectos eléctricos perceptibles cuando se mueve un objeto con equilibrio de cargas por la misma razón que no se notan las fuerzas de Coulomb salvo que te acerques mucho: porque los efectos de ambos tipos de carga, “desde lejos”, se cancelan.

Solución al Desafío 1 - Pilas y electrones

Como dijimos la semana pasada, el primer Desafío del bloque tenía como principal objetivo acostumbrarte a pensar de cierta manera más que cuestionar tu conocimiento. Si aún no has leído el Desafío, hazlo antes de seguir con la solución, ¡el objetivo es que pienses, no que leas!

El razonamiento básico para demostrar que la explicación que dimos de cómo funcionan las pilas es algo así: si esa explicación fuera cierta, una pila gastada no tendría electrones. Pero, dado que el número total de cargas positivas/negativas en cualquier cuerpo es tan gigantesco, aunque normalmente se compensen unas con otras, esa pila tendría un desequilibrio brutal de carga positiva. Y como la fuerza de Coulomb se nota tanto por pequeño que sea el desequilibrio de carga, una pila gastada sería una fuente de fuerzas increíbles y una catástrofe continua: induciría tremendos desequilibrios de carga en todo lo que la rodease, generando efectos muchos órdenes de magnitud mayores que los del experimento del peine y el chorro de agua. Estos fenómenos tan extremos no se notan en absoluto, luego esa explicación es absurda.

Aunque con eso queda demostrado, tal vez hayas ido un poco más allá: si la pila ha perdido esos electrones según se gastaba, ¿dónde están esas miríadas de electrones? Si han quedado en los aparatos que usan la pila, éstos tendrían entonces un desequilibrio brutal de cargas y originarían, igual que lo hacía la pila –pero al revés, claro, por tener el tipo contrario de carga excesiva– fenómenos tremendos que no se observan. Si esos electrones se quedasen en el cable, lo mismo sucedería entonces con los cables.

Observa cómo, para desmontar una explicación de cómo funciona una pila, no nos hace falta entender cómo funciona de verdad ni dar una explicación alternativa. Simplemente sabemos que las consecuencias de la explicación que se nos dio no se cumplen, luego la explicación es falsa. Más adelante, en este mismo Bloque, explicaremos cómo funciona de verdad una pila… y no es, claro está, porque pierda electrones poco a poco hasta quedarse sin ninguno.

Pero vamos con el contenido del artículo de hoy: la causa de que las cargas se muevan y la manera de cuantificar ese movimiento.

Desequilibrio como fuente del movimiento de cargas

De lo que no debería caberte duda, si comprendiste las dos entradas anteriores, es de que es muy fácil producir movimientos de cargas simplemente creando un desequilibrio entre ambos tipos. Es posible además, si se es cuidadoso, utilizar la Ley de Coulomb para controlar tanto la intensidad como la dirección y sentido de esos movimientos… pero permite que te muestre esto con un pequeño experimento mental.

Imagina que tenemos un protón y un electrón separados una distancia cualquiera (digamos que dos metros). E imagina también, para simplificar nuestro experimento, que de algún modo hemos conseguido “clavar” ambas partículas en las posiciones en las que se encuentran; de otro modo, claro está, se atraerían el uno al otro y acabarían juntos. Observa de lo que partimos: un desequilibrio de cargas.

Corriente 1

Supón que ahora dejamos libre, justo en medio de las dos partículas, un segundo protón. En este caso no lo “clavamos”, sino que lo dejamos moverse libremente. De acuerdo con la Ley del buen Coulomb, ese protón empezará a moverse, alejándose del protón fijo y acercándose al electrón: estamos haciendo que este protón se mueva empleando la fuerza de Coulomb a través de un desequilibrio de cargas. Y podemos controlar hacia dónde se mueve – si el electrón fijo se encuentra al norte del protón fijo, nuestro protón libre irá hacia el norte, y si el electrón está hacia el este, sucederá lo propio.

Pero también podemos controlar cómo de rápido lo hace: si en vez de tener un protón y un electrón fijos tenemos dos protones y dos electrones fijos en cada sitio –es decir, el desequilibrio de cargas es mayor–, el protón sufrirá una mayor fuerza de repulsión por parte de los protones, y de atracción por parte de los electrones, con lo que su movimiento será más violento que antes.

Dos maneras básicas de crear corrientes eléctricas

El desequilibrio entre cargas eléctricas de uno y otro tipo es una de las dos maneras más comunes mediante las que los seres humanos ponemos cargas en movimiento y producimos corrientes eléctricas: es lo que sucede, como veremos más adelante en el Bloque, con las pilas de nuestros aparatos eléctricos. Sin embargo, es más común todavía emplear una segunda manera de hacer que las cargas se muevan: utilizar el campo magnético para crear la corriente eléctrica, como se hace en la mayor parte de las centrales eléctricas. De este segundo modo de producir corriente, sin embargo, hablaremos cuando hayamos estudiado el campo magnético.

Corriente eléctrica

Dado que el movimiento de cargas desempeña un papel fundamental en nuestra sociedad –tanto en ciencia como en tecnología–, es muy conveniente definirlo cuidadosamente y cuantificarlo de algún modo. El fenómeno en sí del movimiento de cargas eléctricas recibe un nombre arcaico, inventado cuando conocíamos bastante menos que ahora acerca de la naturaleza de la carga eléctrica y su comportamiento. Algunos pensaban entonces que la carga eléctrica era una especie de fluido invisible que se encontraba dentro de los cuerpos, y que esta sustancia podía fluir de unos cuerpos a otros. Ese flujo, como el de un río, era una especie de corriente, pero no de agua, sino de electricidad: una corriente eléctrica.

Una vez definido el fenómeno, hace falta una magnitud que lo cuantifique y una unidad para medirla. En el caso de la corriente eléctrica, esa magnitud recibe el nombre de intensidad de corriente. A menudo se utiliza “corriente eléctrica” para referirse a la magnitud, y no al fenómeno, pero esto crea a veces malentendidos que se resuelven fácilmente distinguiendo ambos términos. De modo que, a lo largo de esta serie –si no se me escapa alguna vez, claro– emplearemos el término corriente para referirnos al fenómeno físico del movimiento de cargas, e intensidad de corriente (o simplemente intensidad) para la magnitud que cuantifica el movimiento.

Aquí tienes una definición lo más llana posible de lo que es la intensidad de corriente:

La intensidad de corriente a través de una superficie es la cantidad de carga que la atraviesa por unidad de tiempo.

Como puedes ver, se trata de una definición que no tiene mucho sentido para un solo protón, o electrón, que se mueva. Recuerda que es un concepto antiguo, que no funciona demasiado bien para describir las cosas a escala microscópica sino a gran escala, con continuos movimientos de cargas a través de algo. De ahí que, cuando se trabaja –como hicimos nosotros en nuestro experimento mental unos párrafos más arriba– con unas pocas cargas sueltas, se suelan utilizar para describir su movimiento cosas como su velocidad o aceleración, mientras que, cuando se trabaja con muchas partículas cargadas moviéndose (como sucede, como veremos más adelante, en un cable eléctrico) sea muy útil emplear el concepto de intensidad de corriente.

La idea de un “fluido eléctrico” que se mueve se percibe en la propia definición. Si te fijas, es muy parecida a la del caudal de agua en un río: en vez del volumen de agua que fluye por unidad de tiempo, se mide la cantidad de carga que fluye por unidad de tiempo. El concepto es, de hecho, muy similar: si la intensidad de corriente es pequeña, hay poca carga atravesando la superficie por unidad de tiempo. Si es grande, hay mucha carga atravesando la superficie por unidad de tiempo.

Normalmente se asigna a la intensidad de corriente eléctrica, además de un valor, una dirección y sentido, como hacemos con la velocidad del viento, por ejemplo. Sin embargo, con la velocidad del viento no hay problema: su dirección y sentido es la del aire que se mueve. ¡Pero la corriente eléctrica puede ser un movimiento de cargas positivas, o negativas, o de ambas a la vez! Hace falta establecer un convenio –y podría haber varios, todos arbitrarios, como nos ha sucedido antes en este bloque–. El que se eligió históricamente, y que seguimos usando hoy en día, es el siguiente:

La dirección y sentido de la intensidad de corriente son los del movimiento de las cargas positivas, y contrario al de las cargas negativas.

Con este convenio, si se mueven, por ejemplo, protones hacia la derecha, la intensidad de corriente va hacia la derecha:

Intensidad de corriente con protones

Si se trata, por el contrario, de electrones que se muevan hacia la izquierda, la intensidad de corriente va también hacia la derecha:

Intensidad de corriente con electrones

Este convenio puede parecer peor que otro en principio más simple, como el de que la intensidad de corriente tuviera el sentido de movimiento de las cargas, cualquiera que fuera su tipo… pero tiene ventajas en el cálculo que lo hacen muy útil, aunque a veces cree confusión o incluso induzca a error –aunque, como en este Bloque aún no usaremos fórmulas, por ahora tendrás que creerme–.

Mezcla de corrientes de ambos tipos de carga

Un ejemplo sencillo debería poner de manifiesto la utilidad del convenio que acabamos de describir sin emplear aún ecuaciones. Imagina una tubería que contiene agua salada disuelta: habrá iones positivos (sodio) y negativos (cloro) disueltos en el agua. Si conectamos el agua a un circuito eléctrico de modo que las cargas empiecen a moverse, los iones positivos se moverán en un sentido, los negativos en el contrario. Si el sentido de la corriente es el del movimiento de cargas sin más, ¿hacia dónde va la corriente eléctrica en este caso?

Podríamos decir que hay dos corrientes independientes (la de los iones de sodio por un lado, y los de cloro por otro), pero el efecto neto de la corriente en el circuito es uno solo. Podríamos decir que al sumar las dos intensidades de corriente (iguales pero de sentidos contrarios) el resultado es nulo… pero esto no tiene mucho sentido, porque evidentemente se están moviendo cargas: cada vez hay más carga positiva a un lado y más negativa al otro.

No, es mucho más fácil definir el sentido de la corriente como el del movimiento de carga positiva y contrario al de la negativa. De esa manera, en este caso ambas intensidades tienen el mismo sentido (el de los iones de sodio), y ambas se suman para producir un transporte neto de carga mayor que el que habría si sólo uno de los dos tipos de iones se estuviera moviendo.

Un consejo para recordar hacia dónde va la intensidad de la corriente, por si alguna vez te lías: hacia donde aumenta la cantidad de carga positiva. Da igual que esto sea porque cada vez hay más protones, por ejemplo, o que sea porque cada vez hay menos electrones, o por la razón que sea. Si sigues el aumento de carga positiva, tendrás la dirección y el sentido de la corriente.

Espero también que estos dos ejemplos hayan servido para que no caigas en un error que a veces se ve por ahí: el de pensar que la corriente eléctrica es el movimiento de los electrones. La corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas, cualquiera que sea su tipo, tamaño y naturaleza. Sí es cierto que, a menudo, estas cargas son electrones, pero a lo largo de estos artículos veremos ejemplos en los que esto no es así.

De modo que, si la intensidad es cero, no hay movimiento de cargas, y cuanto mayor sea la intensidad, más cantidad de carga se está moviendo a través de una superficie. Pero, como siempre en Física, una vez definida una magnitud hace falta definir la unidad en la que se mide… y aquí, una vez más, la herencia histórica nos muerde en salva sea la parte.

Unidad de intensidad de corriente eléctrica: el amperio

Como en el caso del culombio, la unidad de medida de la intensidad de corriente recibe su nombre en honor a un físico (y, esta vez, también matemático). En este caso se trata de otro francés, el genial André-Marie Ampère, cuyos descubrimientos en electricidad y, especialmente, en electromagnetismo, fueron fundamentales para el avance de la Física. La unidad de intensidad de corriente es el amperio (A), a veces también escrito ampere.

La definición oficial del amperio, igual que la del culombio, me causa cierto escozor interno, pero no tengo más remedio que mencionarla, antes de darte una segunda definición extraoficial que me gusta mucho más pero que, como pasaba entonces, requiere redefinir ciertos aspectos del Sistema Internacional de unidades. Aquí tienes la definición ortodoxa:

Un amperio es la intensidad de corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7 newtons por cada metro de longitud de los cables.

¡Chúpate esa! No sólo es una definición engorrosa –y que, por cierto, no puedo explicar en detalle porque la fuerza a la que se refiere es una fuerza magnética y no hemos hablado aún de magnetismo–; además, el amperio se convierte con ella en una magnitud fundamental, no derivada, a pesar de que se refiere realmente al movimiento de las cargas eléctricas, que son algo más básico que la intensidad de corriente. En fin.

Ya que dimos una definición alternativa de culombio que convertía a aquella unidad en fundamental (“un culombio es la carga de 6 241 509 629 152 650 000 protones o electrones”), lo suyo es ahora dar una definición alternativa del amperio a partir del culombio, en vez de al revés:

Un amperio es la intensidad de corriente que se corresponde con el flujo de un culombio cada segundo.

De este modo es mucho más fácil –en mi opinión, claro– tener una idea de qué significa decir, por ejemplo, que por un cable circula una intensidad de 0,5 A: que cada segundo atraviesan cualquier sección del cable 0,5 culombios, es decir, 3 120 754 814 576 325 000 electrones o protones. Con la analogía del agua, esta definición es algo así como una definición del caudal de un río: un amperio es algo así como un “litro cada segundo”, sólo que al medir carga no hablamos de “litros” sino de culombios. Pero, como ya hicimos al hablar de los culombios, ¿cuánto es realmente un amperio?

Antes de nada, miremos a nuestro alrededor para ver de qué orden son las intensidades de corriente que nos rodean. Para que te hagas una idea, utilizaré como ejemplos los aparatos que tengo cerca: el ordenador con el que escribo estas líneas recibe una intensidad de corriente desde el transformador de unos 4,7 A, y el transformador a su vez recibe unos 1,5 A del enchufe. Mi casa puede consumir una intensidad máxima de unos 40 A. La batería de un coche puede llegar a suministrar unos cuantos cientos de amperios. Como ves, la cosa varía muchísimo – y, antes de que lo preguntes, todavía tenemos que avanzar más para responder a la pregunta de “¿a partir de cuántos amperios es peligrosa la corriente eléctrica?” porque la respuesta es “depende de más cosas que no hemos visto aún”.

Algo que puede que te plantees a estas alturas es, si un culombio de carga “desnuda” genera fuerzas tremendas, una intensidad de 1 A (es decir, 1 C cada segundo) ¿no debería hacer lo mismo? La respuesta es: no necesariamente. Un culombio de electrones moviéndose cada segundo sin ninguna otra carga más, desde luego, originaría fuerzas tremendas por esa misma razón… pero si hay otro culombio de protones con ellos, la carga total es neutra y no se notan efectos por ella.

Puedes imaginarlo así: supón que tienes un donut de carga roja, y el mismo donut de carga verde, y que los pones uno sobre el otro, solapándolos como hemos hecho tantas veces en el bloque, de modo que tienes un donut “negro” (rojo + verde). Si ahora mantienes el donut de carga verde sin moverse, pero haces girar el de carga roja en el sentido de las agujas del reloj, el donut sigue siendo negro (es decir, neutro de forma neta), ¡pero hay cargas moviéndose en él! El movimiento de carga, incluso si tiene valores muy grandes, no significa que haya grandes cantidades de carga excesiva de uno u otro tipo en el cuerpo.

Intensidad de corriente en los rayos

Los rayos son fascinantes por muchísimas razones, y no en vano les hemos dedicado una mini-serie en El Tamiz en el pasado. Entre otras cosas, porque nos muestran magnitudes eléctricas como las de los aparatos que nos rodean… pero a lo bestia. En un rayo pueden alcanzarse intensidades de corriente de hasta 120 000 amperios, ¡que se dice pronto!

Además, los rayos son interesantes porque ponen de manifiesto lo arbitrario de los convenios en el movimiento de cargas. La gente discute a veces sobre si el rayo cae desde la nube al suelo o al revés… pero pasan las dos cosas. Los electrones bajan hacia el suelo, mientras que iones positivos del aire suben hacia la nube. ¿Hacia dónde va el rayo? Hacia arriba y hacia abajo a la vez.

Pero, hablando en términos de intensidad de corriente, ¿hacia dónde va la intensidad? Hacia arriba. Ahí no hay duda alguna, pero no la hay porque hemos elegido arbitrariamente un convenio en el sentido de la corriente.

Otra manera de comprender “cuánto es” un amperio es hacerlo a partir de lo que ya hemos asimilado: el culombio. Si por un cable circula una intensidad de un amperio, es decir, un culombio cada segundo, ¿cuánto es eso comparado con la carga total del cable? La respuesta puedes darla tú mismo, si comprendiste la entrada anterior y conoces la magnitud de un culombio y la carga total de cualquier objeto macroscópico – una fracción minúscula de su carga total de cada tipo. Un culombio, comparado con la carga total de un objeto de la vida cotidiana, es algo ridículamente pequeño… pero, eso sí, que la fracción de carga sea pequeña no quiere decir que no se noten sus efectos.

Podrías llegar a la conclusión, ya que la fracción de carga que atraviesa una superficie determinada es pequeña, de que apenas hay cargas moviéndose en el cable… pero estarías descartando, sin pensar en ella, una de las dos posibles explicaciones de lo minúsculo de ese 1 culombio/segundo comparado con la carga total del cable. Para explicar por qué esto es así, un par de ejemplos de intensidades de corriente.

En primer lugar, observa esta figura, en la que hay muy pocos protones moviéndose por un cable, pero cada uno se mueve muy rápido. Imagina que medimos cuántos de ellos atraviesan el aro azul cada segundo, es decir, medimos la intensidad de corriente (si convertimos el número de protones a amperios), y resulta que atraviesan el aro cien protones cada segundo:

Pero ahora, fíjate en esta otra, en la que hay muchísimos protones movíendose, pero se mueven muy despacio. Si medimos una vez más el flujo de carga a través del aro azul, es posible que midamos exactamente lo mismo que antes, y que atraviesen el aro cien protones cada segundo:

¿Ves a lo que me refiero? La intensidad no indica cuánta carga se está moviendo, indica cuánta carga atraviesa cada segundo una superficie determinada. De igual modo, un río puede tener un caudal grande porque sea muy ancho aunque el agua se mueva despacio, o porque sea estrecho pero el agua fluya a gran velocidad. Una corriente puede tener poca intensidad porque haya pocas cargas moviéndose, o porque las que se mueven lo hacen muy despacio.

Pero ¿cuál de las dos posibilidades es la correcta en el caso de la corriente eléctrica del cable de mi ordenador? ¿Hay una fracción minúscula de cargas moviéndose, o es que se están moviendo a paso de tortuga? De eso, y de otras cosas relacionadas con los materiales y la corriente eléctrica, hablaremos en la siguiente entrada del Bloque.

Ideas clave

Lo esencial que debes tener claro para poder continuar con el siguiente artículo del Bloque con garantías es:

  • La intensidad de corriente a través de una superficie indica qué cantidad de carga la atraviesa por unidad de tiempo.

  • El sentido de la intensidad coincide con el movimiento de las cargas positivas (y contrario al de las negativas).

  • La intensidad se mide en amperios, es decir, en culombios que atraviesan la superficie cada segundo.

  • Una intensidad puede ser pequeña o grande dependiendo de la cantidad de carga en movimiento, pero también de la velocidad de las cargas.

Hasta la próxima…

Aparte de recomendarte que eches un ojo a los amperios que hay en los aparatos que empleas, en el cuadro de fusibles de tu casa, etc., un pequeño desafío para que ejercites la mente hasta la próxima entrada. En este caso hace falta hacer algunos números y buscar algunos datos, de modo que tal vez te haga falta una calculadora (aunque siempre puedes estimar burdamente sin utilizar una, si lo prefieres).

Parte de la “moraleja” del desafío de hoy es que la búsqueda de datos es esencial en Ciencia. A veces no hay más que experimentar para determinar esos datos, otras veces –como hoy– es posible acudir a fuentes que dispongan de esos datos, porque otro antes que nosotros ha realizado los experimentos necesarios para determinarlos. En cualquier caso, si las matemáticas no son tu fuerte, puede que acabes frustrado (hay que realizar cambios de unidades y cosas así, y puede que estés oxidado). Si es así, no te preocupes – el mero hecho de que pienses sobre ello es importante, aunque no llegues al resultado correcto, o incluso a ningún resultado.

Desafío 2 - ¿A qué velocidad se mueven los electrones de un cable?

¡Sí, hora de realizar aproximaciones abyectas una vez más! Sólo que, en este caso, no voy a ser yo quien las haga –al menos, hasta el próximo artículo–, sino tú, si te atreves. El desafío consiste en dar una estimación de la velocidad media a la que se mueven los electrones en un cable.

Primero, los datos y pistas de los que dispones para contestar a la pregunta:

  • El cable en cuestión tiene 1 metro de largo y 10 mm2 de grosor (sección).
  • Cada gramo de cobre contiene 9,5·1021 electrones móviles, que son quienes constituyen la corriente eléctrica del cable.
  • La intensidad de corriente que circula por el cable es de 1 A.
  • La densidad del cobre es… si te hace falta, búscala.
  • Pista: Si estás bloqueado, pregúntate, ¿cuánto tiempo haría falta para que todos los electrones que están en el cable en un momento dado salieran de él?

Es posible que, si llegas a la respuesta correcta (aproximadamente, claro), el resultado te parezca imposible. Te aseguro que no lo es, aunque contradiga una de las ideas preconcebidas que tiene casi todo el mundo acerca de la corriente eléctrica. Pero de eso, como he dicho antes, hablaremos en la próxima entrega: este aviso es simplemente para que no pienses que has calculado necesariamente mal.

Aviso: No respondas al desafío en comentarios. No es para que nos demuestres lo que sabes, sino para que te lo demuestres a ti mismo. Simplemente espera a que, en la próxima entrada, demos la respuesta, para saber si tenías razón o no.

Puedes encontrar este artículo y otros como él en el número de noviembre de 2009 de nuestra revista electrónica, disponible a través de Lulu:

Para saber más:

Electricidad

35 comentarios

De: Macluskey
2009-11-03 18:19:02

Excelente, Pedro, como siempre...

Un par de erratillas:

1) ... de electrones que se muevan hacia la derecha, la intensidad de corriente va también hacia la derecha... Es hacia la "izquierda".

2) En el desafío... ¿Cuál es la pregunta? ¿La que está en la pista? Y entonces... ¿por qué está en la pista? No lo entiendo.

Saludos


De: jpc
2009-11-03 18:36:11

Macluskey: en el desafío, la pregunta está en el título.
"Desafío 2 – ¿A qué velocidad se mueven los electrones de un cable?"
A mí también me costó encontrarla, conste. Señal de que pasamos olímpicamente del título XD (o al menos tendemos a olvidarlo rápido).


De: Pedro
2009-11-03 19:00:53

Corregidas ambas, ¡gracias! Lo del desafío, es cierto que está en el título, pero la idea es siempre plantear la pregunta dentro del cuadro de todos modos, para que no quede duda.


De: nible
2009-11-04 00:43:35

No se si será correcto lo que me ha dado ya que hace mucho tiempo que tenía olvidado todo esto. pero la respuesta, o la cagada en el cálculo que he hecho, es asombrosa. ¿Quién decía algo de la velocidad de la luz? :)


De: Naeros
2009-11-04 09:31:55

Me ha gustado el desafío, nunca me había puesto a hacer los cálculos y aunque esperaba el resultado el orden me ha sorprendido :D

En cuanto a la corriente y los amperios, dado que lo que yo he estudiado es microelectrónica los números a los que estoy acostumbrado son del orden de microamperios.


De: Jerbbil
2009-11-04 11:43:56

Buenísimos días.

Me he perdido, profe, me he perdido. Pero del todo. Probablemente es una pregunta chorra que cualquier adolescente me podría contestar, pero es que no lo veo.

Verás. En el primer capítulo de este bloque, "[Electricidad I] - Carga eléctrica", se indicaba en uno de los cuadros amarillos que el bosón que media la fuerza electromagnética es el fotón. Luego, en el segundo bloque nos pusiste un ejemplo de la intensidad con la que actúa esta fuerza -ya sabes, aquello de que si cojo un culombio positivo con cada mano ya me puedo despedir de teclear-. Y aquí nos indicas que la corriente eléctrica es movimiento de cargas.

Y mi pregunta chorra es: ¿cómo demonios median los fotones en todo esto? Es decir, ¿qué hacen exactamente los fotones en el caso de que yo coja un culombio de carga positiva con cada mano para que haya esa apabullante repulsión? Insisto, que no termino de ver qué hacen los fotones en este escenario... me siento con bastante estupidez encima ahora mismo, pero a ver si alguno de los sabios que hay por aquí me puede ayudar.

¡Saludetes!


De: Daryl
2009-11-04 11:46:27

Por cierto, encuentro los datos sobre el cobre más claros en Wolframalpha que en la wikipedia. Están mejor estructurados y en unidades más "familiares" , por ejemplo densidad en gramos y no en kilos. Claro que en wolfram están en perfecto inglés: buscar por copper.
Y el resultado si es asombroso. Si me llegan a preguntar esto en un examen (hace tiempo, mucho tiempo) lo suspendo seguro, pues pensaria que me habría equivocado y estaría todo el tiempo rehaciéndolo.


De: keme
2009-11-04 11:54:03

Genial el artículo, como siempre, gracias de nuevo.

Y ahora la parte mala, dos erratas:

1.- En el cuadro amarillo sobre los rayos falta la mayúscula después del primer punto y seguido.

2.- En la primera frase después del título "Ideas Clave" sobra un "que" o falta un "puedas": "Lo esencial que debes tener claro para que [puedas] continuar con el siguiente artículo del Bloque con garantías es:".

P.D.: Pregunta existencial: ¿El texto de los comentarios admite algún tipo de formato como BBCode o algo así? (como no hay botón de vista previa no quiero ponerme a experimentar para no ensuciar el artículo).


De: keme
2009-11-04 11:58:29

@Jerbbil: los fotones son los que hacen que se note la fuerza electromagnética, no tienen nada que ver que la corriente eléctrica, que es un movimiento de cargas. Es decir, para que dos cargas interactúen entre sí (ya sea atrayéndose o repeliendose, dependiendo de su tipo) hace falta un intercambio de fotones, pero para que haya una corriente eléctrica no hacen falta los fotones, son las propias cargas las que se mueven (claro que para que esas cargas interactúen entre sí si que hacen falta fotones).

Espero que quede claro, no se si yo mismo he liado más la explicación, nunca se me ha dado bien explicar a los demás lo que yo entiendo bien.


De: Sergio
2009-11-04 12:13:12

Bueno... creo que sigo el ritmo de la clase, de los cuatro puntos del resumen los he entendido todos, pero me da la sensación de que hay algo que se me escapa:

si 1A = 1C/s y un C es una fuerza desmesurada, 40A debería ser algo catastrófico. ¿Por qué mi casa no se combierte en un amasijo de ladrillos y vigas? :/


De: Toms
2009-11-04 13:28:10

@ Sergio

Porque la carga está compensada, hay los mismos protones que neutrones.

Cuando nos referimos a que el C tiene una fuerza desmesurada nos referimos a cargas aisladas.

Esta explicación no es de mi cosecha, la he aprendido de Pedro, por supuesto.


De: Angel
2009-11-04 13:31:49

Sergio: porque la carga neta en el cable es nula. Hay electrones moviéndose, pero los protones siguen también ahí con lo que la carga total sigue siendo neutra.


De: Pedro
2009-11-04 13:46:04

Jerbbil, lo de los fotones estaba, creo, en un cuadrito amarillo. Es una ampliación así que, si no te cuadra, no es un problema para lo demás. En cualquier caso, los fotones tienen que ver con la corriente en el sentido de que, puesto que la corriente está producida por la fuerza de Coulomb, existe un intercambio de fotones virtuales... además de por otras cosas que no vienen al caso ahora. Pero insisto, no hace falta que eso te cuadre para seguir la serie.

keme, admite unas cuantas etiquetas html básicas, como strong, em, blockquote... y gracias por las erratas, ahora no puedo corregirlo pero esta tarde lo hago :)

Sergio, gracias por la duda, que te han contestado perfectamente Toms y Angel: me servirá para poner un comentario al respecto en el propio artículo, porque seguro que esa duda le surge a más de uno.


De: chamaeleo
2009-11-04 14:34:59

nible, supongamos un palo rígido que mide 3.000.000 de kilómetros, y lo empujas desde un extremo para otorgarle una velocidad de 1m/s. En ese instante, el extremo que estás empujando empieza a moverse a 1m/s. Pero la fuerza no se transmite a todo el palo de forma instantánea, sino que lo hace a la velocidad de la luz. Por eso, el extremo opuesto del palo no empezará a moverse a 1m/s hasta dentro de unos 10 segundos. El que la fuerza se transmita a la velocidad de la luz no significa que el palo se mueva a la velocidad de la luz. El palo se mueve a 1m/s, que es a la velocidad a la que lo estás empujando. Imagino que algo parecido sucede con la corriente eléctrica, y de ahí la confusión.

Pasando a una duda que tenía, agradezco las explicaciones de Toms y Angel, pero me surge otra duda: si la carga neta es nula, los electrones y protones están compensados. Entonces, no debería haber corriente, ¿no? Porque el movimiento de los electrones se compensaría con el movimiento de los protones (a menos que el movimiento de ambos no sea el mismo o sea en direcciones opuestas).

Y como último comentario, la analogía del río con la corriente eléctrica es algo a lo que recurría para simplificar problemas (el amperaje era el caudal, y el voltaje era la altura, y la fuerza con que te arreara el agua de una cascada dependía de ambos). Pero ahora comprendo mejor el concepto de corriente eléctrica, y aunque la analogía me ayudara a visualizar algunos problemas, no dejaba de ser una analogía un poco manipulada.


De: Angel
2009-11-04 15:09:44

chamaeleo: En el caso del cable, solo los electrones se encuentran libres para moverse, los protones permanece fijos en la estructura cristalina del metal (Pedro, ¿algún día te atreverás con "Física del estado sólido sin formulas"? ;-) ). Pero si hay tanto cargas positivas como negativas para moverse, la corriente tampoco sería nula, ya que se moverían en sentidos opuestos. Se explica perfectamente en el artículo, en el cuadro "Mezcla de corrientes de ambos tipos de carga".


De: kemero
2009-11-04 15:38:54

La experiencia la hicimos en una clase de la facultad, el resultado es increíble.

En lo personal creo que esta frase tiene que estar al principio del artículo con letras grandes, en rojo y dos calaveras a cada lado!!

"no caigas en un error que a veces se ve por ahí: el de pensar que la corriente eléctrica es el movimiento de los electrones. La corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas, cualquiera que sea su tipo, tamaño y naturaleza."

A mi me enseñaron en química que en las uniones metálicas, los protones estan en el "centro" de la estructura y los electrones al rededor como si fueran una nube, y que son éstos los que se pueden mover. Creo que de ahí viene el error de creer que solo los electrones se mueven. Nunca hubiese pensado que los protones también lo hacen... ahora, en un sólido también?


De: Pedro
2009-11-04 17:15:09

Artículo actualizado con erratas corregidas, y una aclaración a la duda de Sergio incluida :)


De: Angel
2009-11-04 17:25:39

kemero: no se me ocurre ningún solido en el que pueda haber una corriente de protones, ya que estos se encuentran en los núcleos formando la estructura del sólido y no pueden andar moviéndose por ahí a lo loco ;-) Como mucho en semiconductores tienes corrientes de huecos, pero es solo un artificio para facilitar los cálculos, ya que siguen siendo los electrones los que se mueven realmente.


De: Pedro
2009-11-04 17:29:01

kemero, a mí tampoco se me ocurre ninguno...

Angel,

Pedro, ¿algún día te atreverás con “Física del estado sólido sin formulas”? ;-)

Ni harto de vino, pero si te animas, El Cedazo está a tu disposición ;)


De:
2009-11-04 17:37:08

42


De: Angel
2009-11-04 17:42:18

Pedro: Uff, sudores fríos me entran solo de pensarlo...


De: Toms
2009-11-05 10:02:26

Pedro, como siempe, excelente artículo, tus explicaciones son extraordinarias, se entienden "a la perfección".

Lo único decirte que al principio del artículo dices:

"De modo que hoy estudiaremos precisamente ese concepto, además de los de conductor y aislante".

No sé si es que yo no lo veo, pero no he leído nada sobre conductor y aislante, o ¿sí lo dices y no me entero?, bueno ya me comentarás.

Un saludo y sigue así.

Felicitaciones a la autora de los dibujos.


De: javi
2009-11-05 12:09:25

Genial, de verdad. Yo soy de los que piensan que si en los libros de texto hubiera dos millones de dibujos y cuatro frases no se nos olvidaría todo nada más vomitarlo en el examen de turno. Gracias por esos ejemplos gráficos!

Y una duda. Yo tenía entendido que las baterías de coche trabajaban a unos 2A pero tú dices que pueden llegar a suministrar varios cientos. He intentado hacer memoria para ver de donde saqué esa idea (que sabía que había salido de Internet) y he llegado a un post que leí en su día y que en aquel momento me pareció fetén:

http://fisicayciencia.blogspot.com/2007/05/lo-que-mata-es-la-intensidad-y-cunto-me.html

En él se dice que: "Una batería de coche proporciona unos 2A, en casa podemos llegar a tener hasta uno o dos amperios"... lo que no tiene nada que ver con lo que has comentado en tu artículo (y con lo que yo he podido comprobar en otras páginas). Así que la pregunta es: ¿Ese tio no tiene ni idea de lo que habla o, como suele pasar, hay matices que lo explican todo?


De: Jerbbil
2009-11-05 12:39:04

Buenos días,

Gracias por las contestaciones... ¿fotones virtu_qué?... Vale, vale, seguiré la serie obviando este aspecto, pues como indicas, no es esencial para la comprensión del resto, tan bien explicado como de costumbre. Aunque espero, más bien ruego humildemente y humillando la cerviz, que más adelante lo menciones, siquiera sea de pasada...
(Es que me quedo principalmente con la duda de qué hacen los fotones, virtuales o no, para que dos manojitos de carga positiva de un culombio cada uno se repelan con esa fuerza tan desmesurada. Tendré paciencia, lo prometo.)

Saludos y a seguir así, por favor.


De: Naeros
2009-11-05 15:33:12

Jerbbil, creo que se comenta algo sobre partículas virtuales en la serie de las partículas: http://eltamiz.com/esas-maravillosas-particulas/


De: Angel
2009-11-05 15:44:47

Jerbbil: no sé cual será la intención de Pedro, pero todo el asunto de los fotones como partículas mediadoras de la fuerza electromagnética, etc, etc, no forman parte de la teoría clásica del electromagnetismo, así que introducirlos en este contexto puede llevar a mucha confusión.

Si quieres, para tener una imagen sencilla, piensa en ellos como aquello que hace que una partícula cargada sienta la atracción o repulsión de otra, nada más.


De: Sergio
2009-11-05 17:27:13

Siempre es un placer exponer las dudas en este blog.

Muchas gracias Pedro (y a todos en general), ahora lo tengo más claro.


De: Pedro
2009-11-05 19:19:20

Toms, tienes toda la razón, no hablo nada de eso (ahora elimino esa referencia). Es que la idea inicial era hablar de ello en este artículo, pero como suele pasar, según me iba acercando al final me di cuenta de que era demasiado para una sola sentada, y lo dejé para el siguiente. Así que ya sabes de qué irá el próximo artículo :) Ah, ¡y el autor de los dibujos soy yo! Geli me ha estado enseñando a usar Inkscape, que es una maravilla para este tipo de cosas, y me lo estoy pasando teta con él.

Javier, entonces es que estoy consiguiendo -exactamente- lo que pretendía (por lo de los "nuevos ojos de niño"), ¡gracias! :)

javi, la batería de un coche puede proporcionar, como digo en el artículo, hasta unos cuantos cientos de amperios de intensidad. Estos picos de I se producen cuando arrancas el coche. Con 2A no arrancas ni en broma. Pero, incluso si no estás arrancando, cuando tienes bastantes cosas encendidas y estás tirando de batería, puedes consumir a un ritmo de unas decenas de A. Una intensidad de 2A, para una batería de coche de 12 V, supondrían una potencia de 24 W, es decir, ni para encender los faros. Un enlace con algún ejemplo concreto: http://hypertextbook.com/facts/2000/AronFisch.shtml .

Jerbbil / Angel, lo que pretenden los cuadros amarillos de ampliación es precisamente eso... ampliar, para aquellos que quieren más del artículo porque van sobrados, o que son viejos lectores de El Tamiz y agradecen los guiños a otras series y asuntos --como las partículas virtuales-- que de vez en cuando asoman la cabeza por aquí. Como bien dices, ignora el cuadrito y aprende lo básico, que ya habrá tiempo de buscarle tres pies al gato :)


De: J
2009-11-06 08:04:32

@Javi: solo tienes que ir y mirarlo:

-Vete al cuadro de automáticos de tu casa, y verás cuantos amperios pueden pasar por ellos.

-Mira tu factura eléctrica, y te dirá cuñantos vatios tienes contratados. Como sabes que W=V·I, y sabes que V=220V, si tienes contratados 4400W, entonces I=20A. Esa es la máxima corriente que tu suministrador te entregará antes de cortar.

-Mira las especificaciones de consumo de tu aparato. A menudo lo pone en la caja, en el manual o en alguna plaquita por la parte de atrás. Si no, mira una estimación por ejemplo en http://www.gstriatum.com/energiasolar/articulosenergia/244-consumo-electricidad-aparatos-electricos.html o en http://www.kalipedia.com/tecnologia/tema/consumo-aparatos-electricos-empleados.html?x1=20070822klpingtcn_105.Kes&x=20070822klpingtcn_106.Kes . Para hacer una estimación de un aparato sencillo: el microondas. Suele poner en serigrafía en su frontal "1000W" como diciendo que cuanto más grande ese número, más calienta. No nos dice si eso se la potencia consumida o la convertida en microondas para calentar, pero bueno, supongamos que es la consumida. W=V·I --> I = 4,5A. Otro ejemplo: en mi monitor pone directamente: 220V/1,3A.

-Ve a buscar el transformador (cargador) de tus aparatitos pequeños. En el de mi teléfono móvil, que lo tengo aquí delante, dice "Input: 240V~/125mA".

En resumen, que cuando el post dice 2A... no debe referirse a 2A en total, sino a 2A para cada aparato que tienes en casa. Pero incluso eso, me parece poco: los electrodomésticos "pequeños" (como ordenador, tele, DVD,...) consumirán eso, y puede que incluso menos, pero los grandes o "agresivos" (como lavadora, nevera, plancha, tostadora, horno,...) consumen bastante más de 2A.

Por eso, cuando tienes encendidos a la vez el horno, la lavadora y el lavaplatos, salta el automático: estás consumiendo más de los 20A que tienes contratados y la compañía te dice que no, que si quieers más pagues más, y te corta.


De: oldman
2009-11-06 23:21:14

@Javi:
Una batería de vehículo está identificada comercialmente por dos valores:
-Voltaje nominal : normalmente 12V en coches y 24V en camiones.
-CAPACIDAD nominal en “Amperios hora” (Ah): siempre definida como la cantidad de electricidad suministrada (intensidad de la corriente X tiempo) en una descarga de 20h de duración (y con el electrolito a 27ºC).
En un coche pequeño un batería normal es de 12V – 40 Ah (de capacidad nominal), lo que significa que si se descargase en 20 h la corriente media que suministraría sería de 2 A, lo que coincide con el dato que citastes, pero es de media durante 20h... La realidad es que en funcionamiento normal se consume a un ritmo de varios centenas de A como aclaró Pedro, que se recuperan con la carga del alternador, y por ej., al arrancar el consumo es elevado, más de 100A en pocos segundos y hasta 1000A con grandes motores que reqieren baterías de mayor capacidad. (puedes ver Wikipedia / batería de automóvil / capacidad).


De: Rolo
2009-11-06 23:58:49

Muy bueno el articulo y muy interesante el desafio... todavia no calcule nada pero ya me imagino por donde va la cosa. Espero el resultado =)


De: Peluca
2009-12-06 00:51:34

Estoy re pesado comentando en tu blog jaja el desafío de la pila lo superé :D wii

El artículo pinta lindo, pero ahora es tarde, me voy a dormir.

Y como siempre, sos un fenómeno Pedro.

Saludos!


De: madelsp
2010-02-02 12:41:21

"Ya que dimos una definición alternativa de culombio que convertía a aquella unidad en fundamental (”un culombio es la carga de 6 241 509 629 152 650 000 protones o electrones”), lo suyo es ahora dar una definición alternativa del amperio a partir del culombio, en vez de al revés:

Un amperio es la intensidad de corriente que se corresponde con el flujo de un culombio cada segundo.
De este modo es mucho más fácil –en mi opinión, claro– tener una idea de qué significa decir, por ejemplo, que por un cable circula una intensidad de 0,5 A: que cada segundo atraviesan cualquier sección del cable 0,5 culombios, es decir, 3 120 754 814 576 325 000 electrones o protones."

Tengo algunas dudas:
¿En realidad los electrones se mueven a lo largo del cable?. Supongo que sí.
¿De donde salen esos electrones?. Supongo que de los electrones libres del conductor.
¿Los electrones libres del conductor son los electrones de valencia?. Pienso que lo son.
Entonces, suponiendo un conductor de cobre, que contiene un solo electron en su capa exterior, al perderlo queda estable y no acepta más electrones en esa capa. Como se explica la conducción?.

Posiblemente esté equivocado en todo porque no entiendo nada.

Saludos y gracias por vuestras explicaciones, que espero las haya.


De: Pedro
2010-02-02 17:18:07

madelsp, las explicaciones ya deberían haber estado claras antes de acabar este artículo porque creo recordar que he hablado antes de ello. ¿Has leído el bloque desde el principio? Porque, si es así, tengo que cambiar algo... debería haber dejado bien claro que los electrones están inicialmente por todas partes en el conductor, lo que pasa al aplicar una diferencia de potencial entre los extremos, etc.

Sobre los electrones de valencia y demás, lo siento, pero una explicación a más nivel se escapa a este bloque. Los átomos no pierden electrones de forma neta en el metal porque otros los reemplazan, pero si quieres leer sobre bandas de valencia y conducción, echa un ojo a la Wikipedia que no lo explica del todo mal.


De: marat
2010-03-23 12:12:31

Hola pedro

Una vez acabado el bloque de elctricidad y leido por mi.
Me ha quedado una duda. La escribo en este artículo porque
veo que alguien ya hizo una pregunta parecida aquí.

O sea en los materiales en estado sólido la corriente electrica es por causa del movimiento de los electrones,no?

En que caso se mueven los protones? (porque si se mueven los protones también habria corriente electrica,verdad?)

Gracias


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