Los modelos de cargas eléctricas

Viene de Gilbert, el campo y lo eléctrico

En la anotación anterior decíamos que las observaciones experimentales de la atracción y repulsión eléctricas pueden recogerse de forma sistemática en un modelo muy sencillo.

Mientras describimos este modelo de la interacción eléctrica hemos de tener presente continuamente que un modelo no es un hecho experimental quepodamos observar de forma separada. Un modelo en un conjunto de ideas inventadas que ayudan a describir y resumir las observaciones experimentales. Es muy fácil olvidar esta diferencia fundamental entre hechos observables y explicaciones inventadas. Necesitamos ambas, pero no son la misma cosa en absoluto.

static-electricity

El modelo que vamos a considerar, basado en las pruebas experimentales, consiste en el concepto de carga junto con tres reglas para las cargas. Al frotar un objeto y darle la propiedad de atraer pequeños trocitos de cosas diremos que dicho objeto está cargado eléctricamente o que tiene una carga eléctrica. Parémonos un segundo en la palabra carga; en este modelo, y según la concepción original, carga equivale a cargamento; es como si el objeto fuese un camión cisterna que se carga de electricidad; veremos la utilidad de esta imagen dentro de un momento.

Según nuestro modelo todos los objetos que tienen comportamiento eléctrico resulta que tienen uno de dos tipos de cargas posibles. El estudio de su comportamiento se llama electrostática, cuando los objetos cargados no se mueven; cuando lo hacen se llama electrodinámica.

Las tres reglas empíricas que tienen que ver con las cargas electrostáticas son:

1 Solo hay dos tipos de carga.

2 Dos objetos con el mismo tipo de carga se repelen entre sí.

3 Dos objetos con distinto tipo de carga se atraen entre sí.

Démonos cuenta de que esto es un modelo, como hemos dicho antes, no un hecho experimental.

Cuando dos objetos no cargados se frotan entre sí (por ejemplo, una varilla de cristal con un paño de seda) adquieren cargas de tipos distintos. Benjamin Franklin, que hizo muchos experimentos con las cargas eléctricas, propuso un modelo mecánico para este fenómeno. En su modelo, cargar un objeto eléctricamente implicaba la transferencia de un fluido eléctrico que estaba presente en toda la materia. Cuando dos objetos se frotan entre sí parte del fluido eléctrico de uno pasa al otro. Como resultado un objeto tiene un cantidad extra de fluido eléctrico y el otro un déficit de ese fluido. Un exceso de fluido producía una clase de carga eléctrica, que Franklin llamó positiva. Un déficit del mismo fluido producía la otra clase de carga eléctrica, que el llamó negativa.

El modelo de Franklin es como si en un mundo distópico todo el mundo circulase con camiones cisterna que tienen que estar cargados justo a la mitad, bajo pena de extinción fulminante. Los camiones con más carga de la mitad (carga positiva) buscarán afanosamente otros con menos carga de la mitad (carga negativa) para transferirle su exceso de fluido. Los camiones cargados positivamente se evitarán entre sí al igual que harán los que tengan cargas negativas entre ellos.

Anteriormente a Franklin algunos teóricos habían propuesto un modelo diferente, en el que estaban implicados dos tipos de fluido, uno positivo y otro negativo. En este modelo la materia normal contenía iguales cantidades de estos dos fluidos , con lo que se cancelaban los efectos entre sí. Cuando dos objetos se frotaban entre sí se producía una transferencia de fluidos. Un objeto recibía un exceso de fluido positivo y el otro un exceso de fluido negativo.

Hubo cierta disputa entre los defensores de el modelo de un fluido y los de dos fluidos, pero ambas partes estuvieron de acuerdo en hablar de dos clases de cargas eléctricas, que dieron en llamarse positivas (+) y negativas (-). No fue hasta finales de los años noventa del siglo XIX que las pruebas experimentales, con el descubrimiento del electrón, decantaron la balanza a favor de un modelo de cargas eléctricas frente al otro. Franklin pensaba que el fluido eléctrico consistía en pequeñas partículas, y eso es lo que pensamos hoy día también. Es por ello que la palabra carga se suele usar en plural, cargas. Por ejemplo, solemos decir que “las cargas eléctricas se transfieren de un cuerpo a otro”.

Lo que es sorprendente de la electricidad, y ocurre igualmente con otros campos de la física, es que se necesitan muy pocos conceptos para entender muchas observaciones diferentes. Por ejemplo, no hacen falta ni un tercer ni un cuarto tipo de carga además de la positiva y la negativa. Incluso el comportamiento de un objeto no cargado puede ser entendido en términos de cargas + y -. Cualquier trozo de materia lo suficientemente grande para ser visible podemos considerarlo como contenedor de grandes cantidades de cargas eléctricas, positivas y negativas. Si la carga positiva es igual que la negativa, el trozo de materia parecerá tener carga cero, ninguna carga en absoluto. Los efectos de las cargas positivas y negativas simplemente se cancelan entre sí cuando están o actúan juntas (esta es una de las ventajas de llamar a los dos tipos de carga positiva y negativa en vez de, digamos, a y b). La carga eléctrica en un objeto simplemente significa, pues, que hay un ligero exceso de cargas positivas o negativas.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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