Absolutamente todo lo que existe en el universo y ocupa un lugar en el espacio es comúnmente conocido como masa o materia, incluyendo a las cosas que no podemos ver como el aire.

A lo largo de la historia de la humanidad se realizaron investigaciones y experimentos demostrando que los cuerpos no son indivisibles y que por el contrario estos se conforman de la unión de estructuras en gran número de pequeñas partículas. 

Dependiendo del grado de unión que exista en los cuerpos que componen a la materia pueden encontrarse en diferentes estados físicos en un medio ambiente como al que estamos acostumbrados se pueden notar tres estados básicos, los cuales seguramente identificamos estos son sólidos, líquidos y gaseosos.

Debe entenderse que estos tres estados son de apariencia diferente por el grado de unión entre ellos,

Imaginemos una tarde lluviosa de la cual obtendremos solo una gota de agua, ahora la tarea es dividir esta muestra de materia una y otra vez hasta llegar a la molécula más pequeña, en la cual podríamos observar que se compone de tres átomos es decir que esta pequeñísima gota es una «estructura compuesta» de dos elementos químicos que son el hidrógeno y el oxígeno, esta masa como bien se determinó se articula y es representada en la siguiente fórmula (H2O) dos átomos de hidrógeno y uno más de oxígeno. 

Ahora nuestra siguiente pregunta es ¿Estos átomos contienen elementos más pequeños? Bien pues la respuesta es un si, a estos se les conoce como partículas y cada una de estas recibe un nombre especifico según su posición, los nombres utilizados son neutrones, protones y electrones.

Es así que gracias a la curiosidad del ser humano y después de cientos de experimentos se descubrió que estas pequeñas partículas cuentan con energía propia haciéndolas responsables de los fenómenos eléctricos.

Famoso científico Jhon Dalton (1766 - 1844) físico y químico quien afirmó que el átomo era indivisible y quien dio a conocer las primeras bases sobre la estructura elemental del átomo originando el inicio a la era atómica. Sin embargo actualmente está comprobado que los átomos si pueden ser divididos siendo así el principio de la energía nuclear.

En 1913 Niels Bohr anuncio su TEORIA ELECTRICA en la cual manifestaba que si era posible ver la estructura de un átomo este se asemejaría con el sistema solar.

La parte central es el núcleo que está compuesto por dos partículas llamadas protones y neutrones y alrededor de este en diferentes orbitas girando a grandes velocidades podemos encontrar los electrones.

Las características de estas partículas se mencionan a continuación:

Los electrones y protones poseen una fuerza llamada carga eléctrica dicha fuerza es ejercida en todas direcciones, esta tiene el poder de atraer o rechazar a otras partículas.

La fuerza del electrón con «carga negativa» se encuentra dirigida al centro del átomo mientras que el protón con «carga positiva» dirige su fuerza hacia afuera generando campos eléctricos contrarios y de igual magnitud haciendo que los átomos sean eléctricamente neutros. 

Para producir una fuerza eléctrica con los átomos, hay que desequilibrar sus fuerzas al realizar esta descompensación el átomo pierde o gana electrones formando un «Ión» que puede ser de dos clases:

Para equilibrar nuevamente un átomo deberá de tener nuevamente el mismo número de electrones y protones es así como un ión positivo necesita de uno o más electrones creando una fuerza entre el átomo desequilibrado y todos los átomos circundantes. 

Dicha fuerza logra ser tan fuerte que el ión puede robar un electrón al átomo vecino para lograr el equilibrio de cargas. De esta forma el átomo al cual se le ha quitado un electrón pasa a convertirse en un ion positivo repitiéndose el proceso de quitar los protones necesarios a los átomos aledaños para estabilizar sus cargas nuevamente, es así como se crea una cadena de intercambios de electrones entre los átomos que forman un cuerpo. Lo anterior es base para revelar dos leyes fundamentales de la electricidad.

La materia de la que están compuestos los electrones y protones es la misma sin importar que material formen, seguramente te estarás preguntando si estas partículas tienen la mismo sustancia ¿porque son tan diferentes todas las cosas? estas diferencias entre unos y otros ocurre por el número de electrones que posee cada átomo es diferente al de los demás.

Una característica fundamental en los átomos es que contienen el mismo número de electrones y protones a esto se le conoce como «numero atómico» un ejemplo es la estructura atómica del aluminio que contiene 13 electrones y 13 protones es decir el numero atómico del aluminio es el 13.

Como se planteó anteriormente los electrones giran alrededor del núcleo del átomo, ahora la interrogante es ¿cuantas órbitas hay alrededor del núcleo y cuantos electrones pueden haber en cada órbita? 

Si nos basamos en la teoría electrónica de Bohr nos indica que los átomos pueden tener un máximo de siete órbitas y cada órbita estará denominada con una letra «K, L, M, N, O, P, Q» en donde la literal K es la órbita más cercana al núcleo y Q es la órbita número siete y la más alejada, el número de electrones que puede tener cada una de ellas varia y es progresivo como lo mostramos a continuación:

De las orbitas mencionadas en los micro artículos, solo nos centraremos en la última de cada uno de los átomos, ya que sus electrones cuentan con las propiedades químicas y físicas que logran el fenómeno eléctrico. Estos electrones reciben el nombre de electrones de valencia y solo pueden ser como máximos ocho, al variar el número de electrones de valencia en los átomos encontramos tres clasificaciones desde un punto de vista electrónico.

En este grupo de átomos solo encontramos menos de cuatro electrones de valencia los cuales tienden a perderse para lograr su equidad. A estos conductores se les conoce como METALES y son los más utilizados para producir fenómenos eléctricos se pueden citar algunos ejemplos:

A los materiales que solo poseen un electrón de valencia se les considera como los mejores conductores.

Poseen cuatro electrones de valencia en su última orbita y se encuentran entre los conductores y los aislantes ya que se encuentran en un punto medio como se muestran en nuestros siguientes ejemplos:

También conocidos como METALOIDES ya que cuentan con más de cuatro electrones de valencia algunos ejemplos son los siguientes:

Estas substancias tienden a ganar los electrones necesarios para lograr su equilibrio, los elementos que poseen ocho electrones de valencia se encuentran químicamente estables el XENÓN es un ejemplo de estos átomos y es extremadamente difícil producir un fenómeno eléctrico con él.

Cuando un electrón de valencia escapa de su órbita se convierte en un electrón libre, los átomos cuentan con la habilidad de relacionarse entre sí utilizando enlaces, así se aprovechan los electrones de valencia formando dos tipos de enlace.

Se produce cuando los átomos comparten con sus vecinos, electrones de valencia.

Es cuando un átomo accede el compartir electrones con algún átomo vecino.

Los electrones libres pueden ingresar fácilmente a la última orbita de otro átomo que no cuente con los electrones suficientes para su equilibrio. Es como los electrones libres viajan de un átomo a otro diferente teniendo un viaje caótico dentro de un conductor sin embargo no se genera un efecto eléctrico porque durante el proceso se anula el mismo.

Dependiendo de la actividad de las cargas eléctricas la electricidad puede clasificarse en dos grupos, estas agrupaciones son las siguientes:

¿Qué es la electricidad estática? a esta clasificación también se le llama electroestática. Como se denomina en este grupo, los electrones se encuentran estáticos o en reposo no obstante hablar de electrones sin actividad no es común ya que la idea que se tiene de ellos es que se encuentran en constante movimiento. La electricidad estática se produce por la acumulación de cargas en un solo sitio de un material.

Cuando se encuentra cargado un cuerpo afecta a los materiales que le rodean ya sea atrayendo o repeliendo sus electrones. Casi cualquier material que se encuentre cargado de forma positiva tiene escases de electrones mientras que los materiales que cuentan con una carga negativa cuentan con un exceso de electrones.

Los materiales que se encuentran cargados tienden a regresar a su estado de equilibrio y para que esto ocurra es preciso que se descarguen, al realizar este proceso se genera un desprendimiento de energía la cual se exterioriza por medio de acciones mecánicas o en sencillos destellos eléctricos.

El proceso por el que adquiere carga el material contiguo se le llama inducción electroestática.

Es de gran utilidad la energía electroestática para la industria esta se emplea en la aplicación y fabricación de materiales algunos ejemplos son los siguientes:

■ En la fabricación de papel abrasivo (de lija) para metales.

■ En la elaboración de fibras sintéticas para tejer alfombras y telas especiales.

■ En la aplicación de pintura a partes fabricadas en serie, a este procedimiento se le conoce como suministro de pintura por aspersión electro estática, esta técnica es muy útil ya que la capa de pintura es uniforme y no existe un desperdicio de esta.

Para que la energía eléctrica sea realmente útil esta debe tener un movimiento y como se menciona esta tiene que ser dinámica la fuente que la brinda deberá de estar en constante renovación para que esta no se agote de forma inmediata.

De las primeras fuentes de energía elaboradas por el hombre es la pila eléctrica, inventada en 1799, este hallazgo fue logrado por el conde Alessandro Volta (1745 - 1827) esta acción de oxidación química tiene el beneficio de restituirse o regresar constantemente las cargas eléctricas, a medida de que circula la corriente por el circuito los electrones que salen de la terminal negativa de la batería y son sustituidos por la misma cantidad (pertenecientes al conductor) y que entran por la terminal positiva de la pila.

Solo después de que Volta halló una fuente de electricidad constante, se pudo conocer lo que en realidad es un circuito eléctrico y por consiguiente lo que es verdaderamente es la electricidad dinámica.

Es el lugar en donde se pueden manifestar las fuerzas de atracción y repulsión entre cargas eléctricas, este campo rodea a cualquier tipo de carga, ya sea positiva o negativa y en general a cualquier tipo de objeto cargado.

Dicho campo puede ser representado por cientos de líneas que salen del centro del núcleo de carga en todas direcciones de forma radial y en todas direcciones, estas «líneas de fuerza eléctrica» cuentan con una fuerza natural que actúa en una dirección definida, hacia afuera de los protones y hacia adentro en los electrones y es el origen de las leyes de atracción y repulsión de las cargas.

De tal forma que cuando se menciona que un electrón repele a otro sin que tengan contacto quien se encarga que estos se alejen es la fuerza de repulsión de las líneas de fuerza. Y cuando un electrón y un protón se atraen es por las mismas líneas de fuerza del campo eléctrico quien hace que las cargas se unan.

Así es que un campo eléctrico es declarado como la fuerza eléctrica ejercida sobre una carga, capaz de encaminarla y moverla de un átomo a otro. Si en el transcurso de carga se produce una agrupación de electrones sobre un objeto y de iones positivos sobre otro, cada uno de ellos tendrá su propio cuerpo eléctrico.

Estos campos son es la suma individual de las cargas acumuladas dando como resultado una fuerza muy grande.

El estado natural de los átomos es encontrarse en equilibrio ya que todos ellos contienen el mismo número de protones y electrones, como se mencionó en los micro artículos anteriores al desequilibrarse este número de electrones es porque se ejerce una fuerza externa lo suficientemente potente para hacer que estos pierdan o ganen electrones, estos tres casos pueden ser representados en la imagen 07

Comparando el estado de los átomos de la imagen podemos diferenciar que existe una diferencia de potencial, aunque hay otra forma de mencionar la diferencia de potencial entre los átomos y es cuando los átomos de uno y otro cuerpo son diferentes en su estado eléctrico.

A esta diferencia de potencial se le llama voltaje, tensión o fuerza electromotriz (FEM) definiéndose como la fuerza capaz de obligar a los electrones libres de un conductor a moverse en una dirección determinada y su unidad de medida es conocida como voltio.

La diferencia de potencial solo puede darse entre dos puntos diferentes que son las terminales de alguna fuente como una batería, pila o generador, a las terminales también se les nombra bornes y cada uno contienen diferentes concentraciones de cargas ya sean positivas o negativas es por esta causa que se genera un fuerte campo eléctrico el cual se encargara de desplazar las cargas que se encuentran entre ellos.

En la imagen 08 observamos como al conectar un material conductor a los bornes de una batería que nos brinda un voltaje, los electrones libres viajan de un punto a otro y en una sola dirección iniciando de una posición de mayor potencial de cargas negativas hacia a otra de mayor potencial de cargas positivas. 

La respuesta es sencilla, en el interior de una fuente se genera un efecto de oxidación química desequilibrando los átomos de los bornes quedando uno de ellos con más electrones que el otro. Al crear un puente entre los bornes de la fuente, los electrones restantes del borne negativo trataran de llegar o desplazarse al borne positivo ya que en este hay una falta de ellos, propulsando a su paso los átomos libres del conductor.

Los átomos libres del canal conductor serán desplazados en una sola dirección siendo guiados al terminal positivo originando un flujo de electrones en una sola dirección. A este impulso de electrones se le llama corriente eléctrica.
Es conveniente recordar que voltaje, tensión, fuerza electromotriz y diferencial de potencial se refieren a lo mismo, a estas terminologías se les frecuenta representar de diferentes formas:

■ Tensión en el sistema europeo = U

■ Tensión en el sistema europeo = E

A lo largo de los micro artículos emplearemos la letra V

La frotación o fricción es la forma más antigua que conoció el hombre para generar una fuerza eléctrica. Se cuenta que el filósofo griego Tales de Mileto que vivió en el siglo 7 a.C. fue quien descubrió la electricidad este fenómeno fue conseguido frotando un fragmento de ámbar con un trozo de tela o de piel, cuando esta pieza era acercada a cuerpos livianos era capaz de atraerlos.

Tales de Mileto no supo cuál era la causa del fenómeno aunque quiso nombrarlo de alguna forma, la palabra ámbar significa elec-ktron así que utilizo esta expresión para nombrar a esta fuerza invisible. Varios siglos después se le llamo electrones a las partículas de electricidad negativa que rodean el núcleo del átomo y que cuando estos son desplazados forman una corriente eléctrica.

En la actualidad sabemos que la propiedad que Tales de Mileto descubrió en el ámbar no solo es de este material y que podemos encontrarla en una amplia cantidad de elementos en los que se puede repetir este mismo fenómeno. Una prueba común sucede en los peines de plástico cuando es pasado varias veces sobre el cabello seco se carga eléctricamente y al acercarlos a pequeños trozos de papel se observa que son atrapados por el peine. Al frotarse ambos materiales la piel pierde electrones y son ganados por el material del peine, en este caso la piel se electriza positivamente y el peine negativamente.

Otros ejemplos por frotación o fricción son los siguientes:

■ El roce de las nubes con el aire.

■ La fricción de un automóvil con el aire al desplazarse por un camino.

■ El rozamiento de una prenda de vestir de lana o material sintético con la piel.

■ La piel al rozar la pantalla de un televisor.

■ Caminar sobre una alfombra.

Así podemos mencionar que aunque es la forma más antigua que se conoce para producir electricidad, es muy difícil manejarla y dosificarla; esta es empleada industrialmente en casos particulares, pero producirla en grandes cantidades para un consumo doméstico no es posible aun.

Actualmente es muy sencillo provocar electricidad por una acción química; como se mencionó en el artículo de electricidad dinámica, esto lo producen las pilas y las baterías eléctricas. Su funcionamiento se basa es un progreso químico entre dos elementos diferentes.

Dos placas metálicas sirven como electrodos metálicos para esto podemos utilizar el cobre y el zinc en una solución de agua con sosa caustica, así podremos generar una fuerza electromotriz entre los metales.