¿Qué es la electricidad?

¿Qué es la electricidad?

La electricidad es el fenómeno físico producido por el movimiento de los electrones, las partículas de carga negativa del átomo. Se divide en dos ramas: la electrostática que estudia las cargas en reposo y la electrodinámica que estudia las cargas eléctricas en movimiento.

La electricidad es un fenómeno físico que se manifiesta naturalmente en los rayos, las descargas eléctricas producidas por el rozamiento «electricidad estática» en el funcionamiento de los sistemas nerviosos de los animales, incluidos los seres humanos. También se denomina electricidad a la rama de la ciencia que la estudia, la rama de la tecnología que la aplica. Desde que en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción, se ha convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación, distribución y al gran número de aplicaciones.

El origen de la electricidad son las cargas eléctricas, estáticas o en movimiento, su interacción. Una carga eléctrica en reposo produce fuerzas sobre otras cargas. Si la carga eléctrica está en movimiento, produce también fuerzas magnéticas. Hay sólo dos tipos de cargas eléctricas, las positivas y las negativas. Las cargas eléctricas elementales son los protones, los electrones, responsables de la formación de los átomos, moléculas, pero también hay otras partículas elementales cargadas.

Del átomo de los griegos a los leptones y los quarks

Ahora es común que escuchemos hablar del átomo, sin embargo, este conocimiento no se desarrolló de la noche a la mañana, hizo falta el trabajo de muchos científicos para que tuviéramos una idea de la conformación del átomo y la participación que cada partícula descubierta tiene. Pero, aunque en los libros de texto se mencione que el átomo está formado por tres partículas fundamentales, de las cuales, dos se encuentran en el núcleo y que son el protón y el neutrón y otra de carga negativa, girando alrededor de éste núcleo y que es el electrón, ya se han descubierto muchas cosas en el campo de las partículas. Con motivo de este interesante tema, te paso algunos puntos de la entrevista hecha a María José Herrero Solans, catedrática del departamento de Física Teórica de la UAM y Miembro del Instituto de Física Teórica, quien realiza investigación sobre la fenomenología de las partículas elementales y sus interacciones fundamentales y estudia diversos modelos teóricos para su descripción. La entrevista completa la puedes encontrar en la página de físicahoy.

María José Herrero Solans, catedrática del departamento de Física Teórica de la UAM y Miembro del Instituto de Física Teórica

Empecemos por la pregunta más básica: qué estudia y cuál es la importancia de la Física de partículas…..

A un nivel muy simple, la Física de Partículas o Física de Altas Energías (luego entenderás porqué también se denomina así) es importante porque si conociéramos los componentes más básicos de la materia, lo que denominamos partículas elementales (son elementales porque, supuestamente, no se pueden dividir a un nivel más pequeño), y sus interacciones esto implicaría conocer el comportamiento de toda la materia, su forma de interactuar y, consecuentemente, entenderíamos mejor el mundo que nos rodea, porqué los cuerpos se atraen o no, porqué la materia se transforma, porqué vemos las imágenes en un televisor, porqué escuchamos nuestras voces en un teléfono fijo, y en uno móvil…..

El mundo de la Física de Partículas se mueve en el marco de la Física Cuántica, concretamente en el mundo “sub-sub-atómico”, lo que en términos de medida sería lo que vemos a distancias tan pequeñas como 1/1000000000000000000 metros……..es decir un mundo muy, muy pequeñito….

¿Y no hay nada más pequeño?…

Bueno, los físicos entendemos que, por ahora, no hay nada más pequeño….aunque en la ciencia siempre hay que estar preparado para sorpresas. La naturaleza nos ha sorprendido varias veces a lo largo de la historia mostrándonos nuevas estructuras que no nos esperábamos. Quizás en el futuro encontremos nuevas estructuras, pero de momento aceptamos que toda la materia conocida está hecha de dos tipos de partículas elementales: quarks y leptones. De arriba abajo en estructura, si partimos de las moléculas y bajamos un nivel, nos encontramos con los átomos, en los átomos está el núcleo y, orbitando sobre éste, los electrones. Dentro del núcleo, los protones y neutrones y dentro de estos, los quarks . Los electrones pertenecen a un grupo de partículas que se llaman leptones (que en griego significa “ ligeros”, es decir de masa muy pequeña) , al que pertenecen también otras partículas, muy parecidas a los electrones (réplicas o clones de los electrones), y los llamados neutrinos (el nombre viene de que son neutros, es decir sin carga eléctrica, y de que son muy muy ligeros). En total hay seis quarks diferentes y seis leptones diferentes que se agrupan en tres familias o también llamadas generaciones. No te menciono los nombres para no liar mucho el asunto, y porque tengo que reconocer que suenan un tanto ridículos (quark extraño, quark con encanto etc…). La propia palabra quark no significa nada concreto, simplemente fué el capricho del físico (Gell-Mann) que planteó su existencia, y la extrajo de una obra (‘Finnegans Wake’) de James Joyce.

 

¿Por qué un nuevo modelo para explicar el comportamiento de la materia?

Modelo de J.J.Thomson llamado comúnmente «budín de pasas»

La ciencia se fundamenta en los modelos. Éstos nos explican cómo son las cosas o por qué se produce un fenómeno, además de eso, nos permite hacer predicciones o crear nuevos modelos a partir de un primero. El modelo cinético de partículas mantuvo tranquilos a los científicos por un buen tiempo, ya que éste, permite explicar las propiedades y el comportamiento de la materia. Pero de repente, se encontraron con ciertos fenómenos que no podían ser explicados usando este modelo. ¿Qué sucedería entonces?, ¿el modelo es incorrecto?, ¿la materia de repente se comportaba de una forma diferente? Bueno, pues para explicar estos fenómenos era necesario formular un nuevo modelo. Uno de estos fenómenos es la descomposición de la luz blanca en diferentes colores, fenómeno descubierto por Isaac Newton en el siglo XVIII. Hasta este momento, se consideraba que la partícula más pequeña que forma toda la materia es el “átomo”, concepto introducido hacía más de 2000 años en la antigua Grecia por los filósofos Leucipo y Demócrito. Esta antigua y rescatada teoría de la materia fue retomada y complementada por el químico Jonh Dalton, quien establece ciertos postulados enfocados a explicar la formación de compuestos, más que a referirse a fenómenos físicos. La descripción de Dalton ha sido muy útil, pero aún era necesario ampliar el modelo del átomo. La historia de la física estaba a punto de dar un giro total, cuando en 1897 J.J. Thomson descubre una nueva partícula: el electrón y además demostró que era más de 1000 veces más pequeña que el átomo de hidrógeno, y que esta partícula tiene carga eléctrica negativa. ¡Qué impresión!, ¡Qué suceso tan más relevante para los científicos de esa época! ¿Sabes lo que significaba? El átomo ya no es la partícula indivisible que hasta entonces consideraban, estaba constituido por partículas más diminutas. Los científicos entonces, vuelven su interés a estudiar el átomo y descubrir si posee más partículas constituyentes, además de tratar de relacionar este nuevo conocimiento, con dar respuestas a los fenómenos que hasta entonces no habían sido explicados.  Nace también, un nuevo campo de estudio de la Física.