Introducción A pesar de que la influencia de la electricidad es decisiva en nuestro mundo, los fenómenos eléctricos no dejan de impresionar a la humanidad. Incluso al poder observar fenómenos eléctricos naturales como el rayo siempre nos causa temor, ya que nos recuerda el peligro que encierra la electricidad. A pesar de esto el poder que encierra un rayo nos permite comprender el tamaño de los esfuerzos que se han ejecutado para producir electricidad, transmitirla y realizar trabajo. Todo inicio en la antigüedad cuando los griegos observaron que al frotar ámbar con gamuza se podía atraer pelos, plumas o hilos, fácil en ese momento pensar que al ver esas cosas se trataba de magia. Lo cierto es que el primer concepto fundamental para conocer el fenómeno de la electricidad se remonta de ese momento ya que ámbar en griego significa electrón. Poco a poco fueron los físicos con mentes brillantes como Faraday, Volta, Ampere, Kirchhoff, Maxwell, Ohm, Siemens, que lograron profundizar en la investigación de los fenómenos de la electricidad y el magnetismo, primero logrando crear generadores rudimentarios que darían paso a las centrales generadoras, baterías, motores, conductores eléctricos que tenemos de la actualidad. Para el que no conoce o comprende los conceptos principales de la electricidad, es muy difícil entender la importancia de su dominio para crear mentes brillantes, entrenadas, criticas que tengan la capacidad de solucionar problemas en sistemas o maquinas eléctricas o electrónicas. La misión de los profesionales en la industria es básicamente la comprobación, mantenimiento y puesta en funcionamiento de sistemas o elementos eléctricos de control, automatización, comunicaciones o generación de electricidad.
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1. Teoría electrónica Objetivo: Comprender como se genera el movimiento de electrones de átomo a átomo para el entendimiento de los conceptos básicos de la electricidad. Los fenómenos eléctricos tienen un proceso muy simple de generación, por ejemplo, cuando tenemos una prenda de fibra sintética que utilizamos todo el día en un ambiente muy seco puede producir pequeñas chispas que provocan sonidos o adherencia de trocitos de papel, plástico o pelo. Trataremos de interpretar estos fenómenos. También podemos observar el efecto de repulsión. Si tenemos atracción y repulsión de objetos y ambos son fenómenos eléctricos. Cuando frotamos una regla de plástico con nuestro cabello, decimos que la regla se carga. Para el ser humano es muy difícil percibir directamente las cargas eléctricas, porque simplemente no tenemos ningún sentido que nos sirva, pero si podemos reconocer los efectos de esas cargas y sacar conclusiones del estado de la carga en que se encuentran los objetos. Esto nos lleva a la pregunta ¿Qué causa que los objetos se carguen?
1.1. Estructura de la materia Todos los cuerpos en estado normal son eléctricamente neutros, a pesar de esto pueden cargarse por influencias externas sin que cambie su aspecto exterior. Para entender el estado de carga de un cuerpo puede explicarse si se conoce la estructura de la materia. La materia puede definirse según la física como toda entidad dotada de masa propia y capaz de ocupar un espacio en un momento determinado. Todos los objetos físicos están compuestos de materia, desde un auto hasta un átomo y las partículas elementales que lo componen. (Fuente: https://concepto.de/materia-enfisica/#ixzz6igy4wJM4) La materia puede clasificarse simplificadamente en elementos (cuerpos simples) y compuestos químicos. Además, existen las mezclas, que sin embargo se componen de diferentes elementos y compuestos. El aire es, por ejemplo, una mezcla de diferentes gases. En la actualidad se conocen algo más de 100 elementos. Algunos de ellos no se encuentran en la naturaleza, pero pueden obtenerse artificialmente.
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Los cuerpos simples o elementos no pueden descomponerse en otras sustancias ni por procedimientos químicos ni por procedimientos mecánicos. Ejemplos de elementos son el hidrogeno, oxigeno, cobre, aluminio, plata, otro, silicio, germanio. Estos elementos están compuestos de átomos palabra que en griego significa indivisible, son las partículas más pequeñas de un elemento que aún presentan las propiedades químicas de este. Cuando unimos átomos diferentes o iguales creamos moléculas. Los átomos son tan pequeños que ni siquiera pueden visualizarse con dispositivos auxiliares. Por eso diferentes físicos han creado modelos teóricos para explicar su estructura y funcionamiento, uno de ellos ya superado, aunque perfecto para aprender sobre como se comportan es el modelo de Bohr. (Explicación del modelo de Bohr. https://www.geoenciclopedia.com/modelo-atomico-de-bohr/).
Figura. La foto de un átomo de David Nadlinger https://francis.naukas.com/2018/02/14/la-foto-de-un-atomo/
Según el modelo de Bohr el átomo se compone de un núcleo y una corteza también se llamada niveles de energía u orbitas. El núcleo este compuesto por Neutrones y Protones y alrededor en orbitas con trayectorias circulares o elípticas están los electrones.
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Figura Descripción de un átomo según Bohr. En un átomo el número de protones y electrones son iguales. El número de neutrones casi siempre es diferente al de los protones. Los protones y los electrones dan lugar a los fenómenos eléctricos. Ya mencionamos que los electrones viajan en órbitas, capas o niveles de energía que se les denomina por medio de letras, que tienen una cantidad máxima posible de electrones. Nombre de la capa
Máxima cantidad posible electrones
K 2 L 8 M 18 N 32 O 50 P 72 Q 98 Tabla 1. Máxima cantidad posible de electrones por capa
1.2 Propiedades Eléctricas de los átomos Para explicar cuales son las propiedades eléctricas de los átomos tomaremos como ejemplo simple como el helio, esta compuesto por dos electrones y dos protones.
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Figura Átomo de helio Los electrones describen orbitas alrededor del núcleo. En toda su trayectoria actúa sobre el una fuerza de inercia que le haría alejarse del centro. Pero existe una fuerza de atracción de origen eléctrico, ya que se considera que los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva. Analicemos, algunas caracteristicas electricas de los atomos; los electrones no son atraidos electricamente con la misma fuerza, depende de que tan cerca este del nucleo. A los electrones más alejados del núcleo se denominan electrones de valencia y transitan en una orbita o capa que se denomina orbita de valencia, si aplicamos una fuerza a los electrones de valencia, que estan debilmente atraidos del nucleo estos se pueden convertir en electrones libres, el átomo pierde carga negativa y se denomina ion negativo o anion. Si el electrón libre pierde energia se recombina con otro atomo posiblemente haciendolo ganar electrones convirtiendolo en un ion positivo o cation. Por lo que podemos definir como ion como un atomo que gana o pierde electrones.
Figura Átomo que pierde electrones
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1.3 Autoevaluación 1. ¿Defina átomo?
2. ¿Dibuje la configuración de un átomo?
3. ¿Defina ion?
4. ¿Explique cómo un átomo pierde o gana electrones?
5. ¿Como se denomina ion negativo?
6. Dibuje un ion negativo
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7. ÂżComo se denomina Ion positivo?
8. Dibuje un ion positivo.
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