La electricidad y los átomos

L a electricidad es una manifestación de la energía que se relaciona con los electrones de los átomos. Para entender este fenómeno más claramente, es necesario explicar algunos aspectos como los siguientes:

La estructura del átomo

Para comenzar, pensemos en el universo que conocemos. Todas las cosas materiales están conformadas por pequeñas partículas llamadas átomos, y están sometidas a ciertas leyes de la física. En un principio, se pensó que los átomos eran partículas individibles, pero los descubrimientos científicos de comienzos del siglo XX permitieron pensar en modelos atómicos diferentes, que estaban constituidos por partes más pequeñas.
Entre distintos modelos propuestos para comprender la estructura del átomo, podemos tomar en cuenta a los físicos Ernest Rutherford (1871-1937) y Niels Bohr (1885-1962). Estos científicos formularon dos modelos atómicos que, para analizar la electricidad, podemos resumir de la siguiente manera:

• El átomo está conformado por un conjunto de partículas que se mantienen juntas para conformar un núcleo central, mientras otras partículas flotan a su alrededor girando a gran velocidad.
• Las partículas que conforman el núcleo se conocen como nucleones. Estas permanecen unidas en el núcleo gracias a la fuerza nuclear fuerte. Unas son llamadas protones y otras neutrones.
• Otras partículas llamadas electrones giran alrededor del núcleo y se ubican en órbitas más o menos circulares. Los electrones adquieren mayor energía en las órbitas más lejanas al núcleo.

A esta conformación del átomo se le conoce como modelo planetario, debido a que se parece al sistema solar, es decir, con el sol ubicado en el núcleo y los planetas girando a su alrededor en órbitas definidas.

Actualmente se conocen otros modelos del átomo que describen órbitas elípticas y con subniveles considerando principios relativistas y cuánticos, etc. No obstante, el modelo planetario del átomo resulta más fácil para entender el fenómeno de la electricidad y lo seguiremos empleando para esta explicación.

Características de las partículas del átomo

Las partículas que conforman el átomo son llamadas partículas subatómicas. Para entender sus principales características, presentaremos algunas comparaciones importantes entre ellas:

• Tamaño: las subpartículas atómicas son diminutas en comparación con el átomo. Por ejemplo, se estima que el tamaño del núcleo (conformado por la unión de varios protones y neutrones) puede ser entre 10000 y 100000 veces más pequeño que el mismo átomo. Además, el protón y el neutrón son prácticamente del mismo tamaño.
• Masa: es la propiedad de la materia que indica cuanto se puede acelerar o desacelerar cuando se le aplica una fuerza externa. Comparando las subpartículas atómicas, se estima que la masa de un protón es más de 1800 veces mayor que la de un electrón. Además, los valores de masa del protón y el neutrón son prácticamente iguales.
• Carga eléctrica: es la propiedad de la materia que tiene que ver con fuerzas de atracción y repulsión relacionadas con campos eléctricos y magnéticos. Se dice que los neutrones carecen de esta propiedad, mientras que las otras subpartículas presentan cargas eléctricas opuestas contrarias: los protones poseen carga positiva y los electrones poseen carga negativa.

Datos interesantes

Para entender mejor las características mencionadas anteriormente, podemos tomar en cuenta los siguientes valores con sus correspondientes escalas y unidades:

• El átomo de hidrógeno: se estima que su diámetro equivale aproximadamente a 1x10^(-10)m (es decir 0,0000000001 metros). El valor de su masa es aproximada a 1,7x10^(-27)kg (es decir, tan solo 0,0000000000000000000000000017 kilogramos) y prácticamente este valor de masa está concentrado en el núcleo del átomo, conformado por un protón.
• El electrón: tiene un valor de masa aproximado a 9,11x10^(-31) kg (kilogramos), y su carga eléctrica negativa es de aproximadamente 1,6x10^(-19)C (columbios). Aunque los electrones no giran exactamente en órbitas, de acuerdo con las nuevas teorías atómicas, se ha podido estimar que su velocidad alrededor del núcleo en el átomo de hidrógeno sería aproximadamente 2,2x10^6m/s (es decir, cerca de 8000000Km/h).