La corriente eléctrica

¿Qué sucede si tomamos un conjunto de cargas eléctricas y las sometemos a una diferencia de potencial o de voltaje? Por lo discutido anteriormente, sabemos que se moverán en la dirección en que el valor de la diferencia de potencial sea mayor.

Por tanto, la única forma de mover cargas en el espacio es sometiéndolas a una diferencia de potencial, o, dicho de otra forma, permitiendo que estas sientan la presencia de un campo eléctrico. A su vez, cuando tenemos un conjunto de cargas moviéndose en el espacio, hablamos de que en ese lugar existe una corriente eléctrica.

El término “corriente” se refiere al transporte o movimiento de “algo” a través del espacio. Y en física se ocupa en forma análoga a como se utiliza en otras áreas de la ciencia. Por ejemplo, en ciertas regiones del océano observamos que hay grandes masas de agua moviéndose a través del mar. En tal caso, se habla de corrientes marinas. Cuando atravesamos un pasillo junto a un grupo de personas, podemos decir que en ese lugar existe una corriente de seres humanos. Análogamente, cuando hablamos de la corriente eléctrica nos referimos al movimiento de partículas cargadas a través de un medio o material.

Un material –por ejemplo, un sólido– está compuesto por átomos. A su vez, los átomos poseen electrones, que se encuentran orbitando en torno al núcleo del átomo. Pues bien, existen algunos electrones que no siempre se encuentran orbitando en torno a un mismo núcleo, sino que se van moviendo a través de los átomos del material. A estos electrones se les llama electrones libres o de conducción. Por lo tanto, las corrientes eléctricas se producen por el transporte y desplazamiento de los electrones libres o de conducción en un material que puede conducir electricidad.

Si un material posee electrones libres, entonces se dice que es un conductor eléctrico, ya que permite el paso de energía eléctrica. Es el caso de los metales, como el oro, la plata, el cobre, el aluminio y el hierro, así como distintas aleaciones metálicas, que son excelentes conductores y se emplean para realizar las partes activas de los circuitos eléctricos (ver infografía).

Por otra parte, si el material no posee electrones libres (es decir, no hay electrones que se puedan mover en el material), se dice que es un aislante eléctrico. Algunos de estos materiales son el aire, los plásticos, la goma, la porcelana y el vidrio. Se utilizan para proteger y aislar a las partes del circuito eléctrico por las que no se desea que circule la corriente eléctrica.

Modelo del “juego de las manzanas verdes”

Si sometemos un material conductor a una diferencia de potencial o voltaje, tendremos entonces que los electrones libres presentes en el material, al moverse, generarán una corriente eléctrica.

Para visualizar lo anterior, imaginemos un modelo simple. Supongamos que existe un gran grupo de personas sobre un campo de fútbol, jugando el juego de las “manzanas verdes”. Además, junto a ellas existen unos gigantescos cajones llenos de manzanas verdes. Pues bien, el juego de las “manzanas verdes” consiste en que cada individuo del grupo debe mantener, mientras dure el juego, una manzana verde en cada una de sus manos. Imaginemos que, de pronto, entra un niño travieso al campo de fútbol, y le quita, de una de las manos, una de las manzanas a un individuo del grupo que se encuentra en el extremo opuesto del campo al lugar donde están los cajones. Obviamente, como este individuo no desea perder el juego, le quitará una manzana a otro individuo que sea vecino suyo, quien, a su vez, le quitará una manzana a otro, y este a otro, y así sucesivamente, hasta llegar a los individuos que se encuentran al lado del cajón de manzanas, quienes directamente extraerán manzanas desde el cajón. Ahora bien, si el niño travieso decide juntar muchas manzanas, solo le bastará quitárselas a los individuos del grupo, lo que generará entonces una corriente de manzanas verdes que va desde el cajón hasta el niño travieso.

Existe otra forma de entender la corriente en el campo de fútbol. Si alguien en las graderías del estadio se fija solamente en las manos de los individuos, ¿qué observará? Si te fijas solo en las manos de los individuos, verás que existe una corriente de manos vacías a través del campo, la cual va desde el niño travieso hasta el cajón de manzanas.

Pensemos ahora acerca de cómo es el movimiento de las manzanas en el campo. Obviamente, no es lo mismo tomar una gran máquina –de esas que usan las empresas frutícolas– y transportar las manzanas a través del campo, desde los cajones hasta las manos del niño travieso, que transportarlas utilizando el “juego de las manzanas verdes”. Esto, pues el solo hecho de que cada manzana vaya pasando de individuo en individuo implica que el transporte es más lento. Además, entre tanta gente, muchas de las manzanas se caerán al suelo y jamás llegarán a manos del niño travieso. También puede suceder que, de tanto trabajar, muchos de los individuos comiencen a mascar algunas de las manzanas, por lo que estas no llegarán en óptimas condiciones al niño travieso, quien no se las comerá; es decir, serán manzanas perdidas para el niño.

Entonces, podemos afirmar que: en el juego de las manzanas verdes no se transportan o “conducen” tan bien las manzanas, a través del campo, como lo haría una máquina frutícola.

¿De qué nos sirve el modelo del “juego de las manzanas verdes”?... Nos permite entender lo que sucede cuando existe una corriente eléctrica en un medio que es conductor de la electricidad, o, dicho de otra forma, lo que sucede con partículas cargadas moviéndose al interior de un material conductor.

Un material conductor es como el campo de fútbol en el “juego de las manzanas”. A su vez, las manzanas son como partículas cargadas moviéndose en un conductor, y los individuos son como los átomos que componen dicho conductor. En base al modelo del “juego de las manzanas verdes”, ¿puedes imaginarte cómo es el proceso de conducción de partículas cargadas al interior de un material conductor?