El mundo se mueve con electricidad. Los aviones, automóviles, refrigeradores, teléfonos e internet no existirían sin ella. Usted no podría disfrutar una minuta helada en un día caluroso sin electricidad. La luz para estudiar por las noches, para ver las noticias por televisión o escuchar música por la radio serían comodidades desconocidas. La naturaleza misma se mueve con este fenómeno. No podríamos ver sin electricidad. Nuestros músculos no se contraerían sin electricidad. Nuestro corazón no latiera sin electricidad. Y no podríamos ni siquiera pensar o sentir emociones si no fuera por las cargas eléctricas que se mueven entre las neuronas de nuestro cerebro.
En la antigüedad se había notado que si se frota resina con algunas telas, entonces podía atraer pedazos de hojas secas. De hecho la palabra griega para resina era “elektron”. En el siglo XVI se sabía que había otras sustancias que hacían esto, como el vidrio y el sulfuro. Hay relatos que narran que, como entretenimiento y juego durante fiestas, las mujeres solían frotar sus joyas de resina y tocaban ranas que entonces saltaban en desesperación. Luego notaron que había dos variantes de este comportamiento, uno cuando frotaban vidrio y otro cuando frotaban resina o hule. Vieron que las iguales se repelen y que las distintas se atraen. Benjamin Franklin les dio el nombre de flujos positivo (+) y negativo(-).
Entonces nadie lo entendía muy bien, pero este comportamiento es el resultado de acumular partículas eléctricas muy pequeñas, llamadas electrones, con carga negativa. Al quitarle electrones, la otra superficie queda entonces con carga positiva. Es esa diferencia lo que produce la atracción. El físico francés Charles-Augustine Coulomb formalizó en 1785 este conocimiento matemáticamente con una ecuación que nos cuantifica la fuerza que existe entre dos cargas eléctricas.
F=(1/4?E) (q1q2)/r2
Cuando las cargas (q1 y q2) tienen el mismo signo, la fuerza (F) es repulsiva. Cuando tienen signos distintos, es atractiva. Varía con la distancia (r) entre las dos cargas y con la capacidad del espacio que las separa para ser penetrado por un campo eléctrico (?). En honor de su proponente, la unidad de carga ahora se llama “coulomb”.
El fenómeno descrito por esta ecuación ha encontrado innumerables aplicaciones en nuestra vida moderna. Tome por ejemplo los filtros de aire. Para limpiar lo que respiramos, estos filtros hacen pasar el aire por finas telas que cargan las partículas de polvo y otros contaminantes para luego aplicarles una fuerza eléctrica que las atrae y las remueve. Las fotocopiadoras cargan las partículas del tóner y las dirigen, con la fuerza Coulomb, hacia los lugares correctos del papel, obteniendo la impresión deseada. Pero la más común de las aplicaciones es la corriente.
La corriente, por la que pagamos mes a mes, es simplemente el movimiento de carga eléctrica hacia nuestra casa. Pagamos para que empresas energéticas generen cientos de miles de coulombs de carga que luego las distribuidoras transportan con cables hasta nuestro hogar. Para llegar hasta ahí, las cargas se van empujando entre sí con esta fuerza, y es ese flujo el que enciende luces, mueve la lavadora, calienta cocinas y potencia el horno microondas. En un hogar típico en El Salvador, con seis focos de 40 watts encendidos, usted recibirá aproximadamente 2 coulombs de carga eléctrica cada segundo.
Hace unos 100 años, el surgimiento de la física cuántica abrió una caja de pandora sobre los misterios del átomo. En esa revolución se descubrió que la ecuación de Coulomb es en realidad una aproximación, pues a escalas atómicas existen muchos otros efectos que influyen en el comportamiento de las partículas. Reveló además fenómenos que parecían ignorar esta fuerza. En el núcleo atómico están juntas partículas extremadamente pequeñas, los protones, que siempre tienen carga positiva. ¿Cómo puede entonces un átomo ser estable? ¿No deberían repelerse y deshacer el núcleo de inmediato? ¿Está errada la ley de Coulomb? La ciencia no pudo responder estas preguntas sino hasta 1935, cuando se estableció que en distancias tan pequeñas como las de un núcleo atómico, domina otra fuerza, la llamada “fuerza fuerte” que sobrepasa la intensidad de la otra. Esta fuerza es extremadamente intensa en alcances cortos pero pierde influencia rápidamente con la distancia, donde entonces vuelve a dominar la ecuación de Coulomb.
Charles-Augustine Coulomb murió en 1806, pero gracias a sus contribuciones y legado, es uno de los 72 nombres inscritos en la Torre Eiffel de París. En su honor, un cráter en la Luna también lleva su nombre.
(La edición impresa puede no mostrar las fórmulas adecuadamente. Para ver la notación correcta y leer mas, visite el sitio web: http://52ecuaciones.xyz).
Ingeniero Aeroespacial salvadoreño,
radicado en Holanda.
cornejo@52ecuaciones.xyz