La corriente eléctrica · los electrones se arrastran, la luz llega ya

Casi tan rápido como la luz

0:00Pulsas el interruptor y la luz se enciende al instante. Hay metros de cable, así que esos electrones corren por ese cobre, casi tan rápido como la luz.

La carga, y su trozo más pequeño

0:14Para entender qué va por ese cable, primero tienes que saber qué es la carga. Un átomo tiene núcleo y electrones alrededor. El núcleo es positivo, los electrones son negativos, y en un átomo normal los dos son exactamente iguales. Carga neta nula: el átomo es neutro.

0:34La carga es la magnitud Q, y su unidad es el culombio. Y la carga de un electrón es el trozo de carga más pequeño que existe suelto. Se llama carga elemental, símbolo e, y vale uno coma seis cero dos por diez elevado a menos diecinueve culombios.

0:55Es tan pequeña que cuesta imaginarla, así que dale la vuelta: un culombio son más de seis por diez elevado a dieciocho electrones. Un seis con dieciocho ceros detrás. Y como la carga solo viene en electrones enteros: Q es n por e, con n un número entero.

Qué se mueve en un metal

1:17En un metal los átomos están fijos en una red cristalina, pero cada átomo tiene más o menos un electrón que ya no está ligado a su propio núcleo. Se llaman electrones libres, y se mueven entre los iones, en todas direcciones, aunque no haya nada conectado.

1:34En neto, no se desplaza nada. Con una fuente de tensión, van más electrones hacia un lado que hacia el otro. Se desplaza carga neta, y eso es la corriente eléctrica. Lo fuerte que es, lo dices con la intensidad de corriente. Símbolo I, unidad amperio.

1:55Y no es más que carga por segundo: I es Q dividido por t. Toma el cargador de una bici eléctrica. Da dos coma cero amperios, y cargas durante tres horas. Tres horas: diez coma ocho kilosegundos. Q es entonces I por t: dos coma cero por diez coma ocho mil, da dos coma uno seis por diez elevado a cuatro culombios.

2:20Más de veinte mil culombios, por un solo enchufe. Y ojo con la unidad: amperio segundo es culombio. Si te sale seis coma cero, no has pasado las horas a segundos. En el cable, los electrones negativos van del menos al más. ¿Hacia dónde va la corriente eléctrica por convenio?

El convenio, y por qué va al revés

2:45Por convenio, la corriente va en el sentido en que se movería la carga positiva. O sea, del más de la fuente, por el circuito, hasta el menos. Los electrones hacen justo lo contrario. Van del menos al más. Es confuso, y es un accidente histórico: el sentido se fijó antes de que nadie supiera que existían los electrones.

3:09Pero nunca se ha cambiado, porque para los cálculos da igual. Todas las fórmulas siguen valiendo. Así que recuerda dos flechas: el flujo de electrones del menos al más, y la corriente eléctrica, la que dibujas, del más al menos.

A qué velocidad va de verdad un electrón

3:27Y la velocidad del principio. Una bombilla en una pila, y los electrones de ese cable avanzan más o menos un cuarto de milímetro por segundo. En un minuto, un centímetro y medio. En la red eléctrica es aún más raro. Allí la tensión va y viene cincuenta veces por segundo, así que los electrones no llegan a ninguna parte: vibran una milésima de milímetro en torno a su sitio.

3:53Aun así, tu lámpara se enciende ya. Piensa en una manguera que ya está llena de agua. Abres el grifo y sale agua enseguida por el extremo. No es el agua que sale ahora del grifo, porque esa está todavía al principio. Es el agua que ya esperaba al final.

4:14El agua sí se mueve, en toda la manguera a la vez, pero despacio. Lo que pasa rápido es el empujón. En el cable, igual. Ya está lleno de electrones libres, y el empujón lo recorre casi a la velocidad de la luz, así que empiezan a moverse en todas partes a la vez.

4:33Pero ellos mismos van lentísimo.

Tres cosas para recordar

4:38Tres cosas. La carga va en electrones enteros: Q es n por e, y e es uno coma seis cero dos por diez elevado a menos diecinueve culombios. La intensidad es carga por segundo: I es Q dividido por t, en amperios. Y el sentido convencional de la corriente va del más al menos, mientras los electrones van del menos al más. Los electrones se arrastran; el empujón va casi tan rápido como la luz.

Dos preguntas

5:05Dos preguntas. Una. Durante medio segundo, un cable lleva cuatro coma cero amperios. ¿Cuánta carga ha pasado? Dos. Alargas cinco metros el cable de tu flexo. ¿Tarda luego notablemente más en encenderse la lámpara?

Las respuestas

5:25La primera: Q es I por t: cuatro coma cero por cero coma cinco da dos coma cero culombios. Amperio segundo es culombio, así que la unidad cuadra. Segunda: no. Los electrones que encienden tu flexo ya estaban en ese último trozo de cable; no tienen que ir primero desde el enchufe hasta la lámpara.

5:46Lo que sí debe cruzar esos cinco metros es el empujón, y tarda unas pocas cienmillonésimas de segundo.

Corriente, carga y los dos sentidos

5:55Ya sabes qué se mueve y a qué velocidad. De dónde sale la energía que pone en marcha esos electrones, y por qué se expresa en voltios, de eso hay un vídeo aparte en el canal.