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Principios Físicos de la Electrónica
En esta nota explicaremos los conceptos físicos que dan sustento a los principios eléctricos que fundamentan a la electrónica.
Materia y molécula.
Podemos definir a la materia como a todo aquello que afecta nuestros sentidos, que puede ser percibido por ellos.
Todo lo que se conoce está formado por materia (desde la Tierra, las plantas, el agua y nosotros mismos)
Si tomáramos un trozo de papel y o rompemos, cada trozo seguirá siendo papel. Podemos romperlo y dividirlo indefinidamente, pero cada trozo seguirá siendo papel. Cada una de estas porciones conservará las propiedades y características físicas y quimicas del papel.
Si siguiéramos dividiéndolo llegaremos invariablemente a un punto en el que al dividir el papel, lo que se obtiene ya no es papel, sino que tiene otras propiedades fisico-quimicas.
Ese ejemplo nos sirve para comprender el concepto de molécula: una molécula es la mínima parte en el que se puede dividir la materia manteniendo las propiedades fisicas y quimicas del componente considerado.
En el gráfico superior (Gráfico 1) podemos ver a una molécula de agua, formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, representado por la fórmula quimica del agua (H2O)
Átomo
Siguiendo con el ejemplo, si continuáramos dividiendo al papel en trozos cada vez más pequeños, llegaríamos a un punto en el que obtendríamos moleculas de papel.
Si continuáramos dividiendo la materia (en este caso papel), el resultado resultado ya no sería papel, sino un conjunto de partículas que tendrían propiedades diferentes al papel.
Estas partículas reciben el nombre de átomos.
Un átomo es la mínima parte en la que se puede dividir una molécula.
Partículas subatómicas
El término átomo significa indivisible. En un principio, se pensaba que los átmos eran la base de todo lo conocido y que la materia no podía dividirse en elementos más pequeños.
Pero la realidad es diferente. El átomo se puede dividir en componentes aún más pequeños, que reciben el nombre de partículas subatómicas.
Las partículas subatómicas se distribuyen de una manera muy novedosa. Vea el Gráfico 2 que acompaña a esta sección Un átomo está formado por un conjunto de partículas que se concentra con gran densidad en una zona que se conoce como Núcleo. Otras partículas se encuentran fuera de la zona nuclear, y clásicamente fueron representadas durante varios años como partículas que daban vueltas alrededor del núcleo atómico.
Bajo estos conceptos, se puede asemejar a ese modelo atómico como un sistema planetario, cuyo núcleo representa al sol y las partículas que giran alrededor de él como si fueran planetas.
Este viejo modelo atómico aún es enseñado en muchos colegios e institutos, con dudosos fines pedagógicos, pero fue rápidamente descartado por los físicos a muy poco tiempo de investigar las estructuras subatómicas en profundidad.
Modelo Atómico Cuántico
El viejo modelo de "sistema planetario" lleva los alumnos y principiantes a comprender de manera equivocada la realidad física de la materia. Ese modelo fue descartado rápidamente y fue reemplazado por el Modelo Atómico Cuántico.
Actualmente sabemos que las partículas que se concentran el el núcleo no cantactan entre sí fisicamente, sino que tienen una gran proximidad física, pero sin tomar contacto entre ellas y dejando grandes espacios vacíos.
Varias partículas subatómicas (pero no todas), poseen carga eléctrica. Gracias a la existencia de esas cargas eléctricas y a otros principios que están fuera del objetivo final de este artículo, se mantiene la estructura física del átomo, de la materia, de las partículas, y se explican los fenómenos químicos básicos.
Existen varios tipos de partículas subatómicas, pero a los fines didácticos, sólo mencionaremos a tres de ellas:
Estabilidad atómica y molecular
Debido a su carga opuesta, el electrón se ve atraído por el protón. Los protones que se concentran en la zona nuclear están unidos por fuerzas llamadas interatómicas, que principalmente son de repulsión y son también en parte responsables de que los núcleos no sean sólidos, sino que existan grandes espacios entre partícula y partícula.
Teniendo en cuenta a las partículas con carga (protones y electrones), los átomos tienden a ser más reactivos cuando mayor sea el desequilibrio entre ellas. Si predominan protones, el átomo tendrá un predominio de cargas positivas (ion positivo), si predominan electrones, el átomo tendrá cargas negativas (ion negativo).
Los átomos pueden hacer diferentes combinaciones, generando diversas moléculas. Las combinaciones atómicas dependen de fenómenos de atracción o repulsión resultantes de las cargas eléctricas.
Cuando dos o más átomos forman moléculas, aportan no sólo sus partículas, sino que también aportan sus cargas eléctricas, haciendo a su vez a la molécula más o menos inestable desde el punto de vista químico. A mayor desequilibrio de cargas eléctricas, mayor inestabilidad molecular.
Existen elementos cuyos átomos tienen igual cantidad de protones y electrones, pero diferente cantidad de neutrones. Esos elementos emparentados cuyo peso es diferente porque difieren en la cantidad de masa nuclear, reciben el nombre de isótopos.
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| Gráfico 1 - Molécula de Agua |
En esta nota explicaremos los conceptos físicos que dan sustento a los principios eléctricos que fundamentan a la electrónica.
Materia y molécula.
Podemos definir a la materia como a todo aquello que afecta nuestros sentidos, que puede ser percibido por ellos.
Todo lo que se conoce está formado por materia (desde la Tierra, las plantas, el agua y nosotros mismos)
Si tomáramos un trozo de papel y o rompemos, cada trozo seguirá siendo papel. Podemos romperlo y dividirlo indefinidamente, pero cada trozo seguirá siendo papel. Cada una de estas porciones conservará las propiedades y características físicas y quimicas del papel.
Si siguiéramos dividiéndolo llegaremos invariablemente a un punto en el que al dividir el papel, lo que se obtiene ya no es papel, sino que tiene otras propiedades fisico-quimicas.
Ese ejemplo nos sirve para comprender el concepto de molécula: una molécula es la mínima parte en el que se puede dividir la materia manteniendo las propiedades fisicas y quimicas del componente considerado.
En el gráfico superior (Gráfico 1) podemos ver a una molécula de agua, formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, representado por la fórmula quimica del agua (H2O)
Átomo
Siguiendo con el ejemplo, si continuáramos dividiendo al papel en trozos cada vez más pequeños, llegaríamos a un punto en el que obtendríamos moleculas de papel.
Si continuáramos dividiendo la materia (en este caso papel), el resultado resultado ya no sería papel, sino un conjunto de partículas que tendrían propiedades diferentes al papel.
Estas partículas reciben el nombre de átomos.
Un átomo es la mínima parte en la que se puede dividir una molécula.
Partículas subatómicas
El término átomo significa indivisible. En un principio, se pensaba que los átmos eran la base de todo lo conocido y que la materia no podía dividirse en elementos más pequeños.
Pero la realidad es diferente. El átomo se puede dividir en componentes aún más pequeños, que reciben el nombre de partículas subatómicas.
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| Grafico 2 - Viejo Modelo Atómico (obsoleto) |
Bajo estos conceptos, se puede asemejar a ese modelo atómico como un sistema planetario, cuyo núcleo representa al sol y las partículas que giran alrededor de él como si fueran planetas.
Este viejo modelo atómico aún es enseñado en muchos colegios e institutos, con dudosos fines pedagógicos, pero fue rápidamente descartado por los físicos a muy poco tiempo de investigar las estructuras subatómicas en profundidad.
Modelo Atómico Cuántico
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| Grafico 3 - Modelo Atómico Cuántico (actual) |
Actualmente sabemos que las partículas que se concentran el el núcleo no cantactan entre sí fisicamente, sino que tienen una gran proximidad física, pero sin tomar contacto entre ellas y dejando grandes espacios vacíos.
Varias partículas subatómicas (pero no todas), poseen carga eléctrica. Gracias a la existencia de esas cargas eléctricas y a otros principios que están fuera del objetivo final de este artículo, se mantiene la estructura física del átomo, de la materia, de las partículas, y se explican los fenómenos químicos básicos.
Existen varios tipos de partículas subatómicas, pero a los fines didácticos, sólo mencionaremos a tres de ellas:
- Protones: Poseen carga eléctrica positiva (por convención) y se concentran en la zona del núcleo. Por la masa que poseen, inciden en el peso atómico.
- Neutrones: Concentrados también en la zona del núcleo, los encontramos mezclados con protones. No poseen carga eléctrica, pero sí contribuyen al peso atómico.
- Electrones: Se los puede encontrar más cerca o más lejos del núcleo, dependiendo esto de su nivel energético. Tienen un trayecto pseudoerrático pero que puede calcularse en base a principios cuánticos que resultan en probabilidades estadísticas. Se sabe que cada electrón tiene una zona espacial en la cual es más probable encontrarlo en algún momento de su movimiento. Esa zona espacial en la cual es más probable encontrarlo, recibe el nombre de "orbita" y se la representa tridimensionalmente con la forma de una gota de agua, cuyo extremo fino apunta a la zona nuclear. Los electrones tienen (a los efectos prácticos hasta ahora conocidos), una masa despreciable, por lo que se dice que no contribuyen al peso atómico de los átomos. Poseen una carga eléctrica considerada (por convención) como negativa.
Estabilidad atómica y molecular
Debido a su carga opuesta, el electrón se ve atraído por el protón. Los protones que se concentran en la zona nuclear están unidos por fuerzas llamadas interatómicas, que principalmente son de repulsión y son también en parte responsables de que los núcleos no sean sólidos, sino que existan grandes espacios entre partícula y partícula.
Teniendo en cuenta a las partículas con carga (protones y electrones), los átomos tienden a ser más reactivos cuando mayor sea el desequilibrio entre ellas. Si predominan protones, el átomo tendrá un predominio de cargas positivas (ion positivo), si predominan electrones, el átomo tendrá cargas negativas (ion negativo).
Los átomos pueden hacer diferentes combinaciones, generando diversas moléculas. Las combinaciones atómicas dependen de fenómenos de atracción o repulsión resultantes de las cargas eléctricas.
Cuando dos o más átomos forman moléculas, aportan no sólo sus partículas, sino que también aportan sus cargas eléctricas, haciendo a su vez a la molécula más o menos inestable desde el punto de vista químico. A mayor desequilibrio de cargas eléctricas, mayor inestabilidad molecular.
Existen elementos cuyos átomos tienen igual cantidad de protones y electrones, pero diferente cantidad de neutrones. Esos elementos emparentados cuyo peso es diferente porque difieren en la cantidad de masa nuclear, reciben el nombre de isótopos.
Por Ricardo Ponce
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