Cierre las piernas durante una tormenta eléctrica...

...esa fue la conclusión que obtuve en clases de electromagnetismo. Me pareció chistosa por razones obvias y es una forma interesante de abordar un tema que no tiene nada de intuitivo pero que está en todos los aspectos de nuestras vidas: la electricidad y sus fenómenos relacionados.

Creo que es notable como en poco más de 2000 años hemos mejorado nuestra calidad de vida con inventos generados a partir de la observación sistemática de la naturaleza. Una de estas áreas de observación es la electricidad. Resulta que una propiedad intrínseca de las partículas elementales es la carga eléctrica. La carga tiene la conocida propiedad de: cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen. Esta propiedad es la razón por la cual podemos caminar, sentarnos en sillas y la razón por la cual cerrar las piernas durante una tormenta eléctrica reduce las probabilidades de ser atrapado por un rayo. Despedacemos esas 2 afirmaciones. El arco para llegar a la explicación es un poco amplio, les pido un poquito de paciencia.

Para hablar del tema es necesario introducir algunas palabras. La mayoría de estos términos poseen su contraparte formal (un modelo matemático o una argumentación basada en principios básicos y observación). La versión aquí tratada es sin matemáticas y con ejemplos abundantes.

Una parte de la materia que conocemos está formada más o menos por los mismos materiales: electrones, protones y neutrones. A las composiciones de esas bolitas fundamentales les llamamos átomos. Naturalmente, habrá átomos que están formados por combinaciones diferentes. Para eso inventamos una convención útil que clasifica los átomos según la cantidad de bolitas que posean (número atómico). La mayoría de estos átomos tienen combinaciones diferentes con propiedades similares. A estas variantes se les llama isótopos. Ejemplo: existen distintas combinaciones de partículas elementales que forman un átomo de carbono. Una de ellas es el carbono 14. El carbono 14 es un isótopo del carbono.

Entonces, usando el hecho de todos los materiales con los que interactúamos están formados por los mismos materiales: ¿qué pasa cuando agarramos un lápiz con la mano?

Los átomos del lápiz y los de nuestros dedos poseen electrones que se acercan lo suficiente como para que sientan repulsión entre ellos (cargas iguales negativas). Estas pequeñas fuerzas de repulsión ocurren por los millones y van en todas direcciones. A la suma de estas fuerzas se le llama fricción, en el mundo macroscópico de los humanos, los dedos y los lápices. Si no existiera esa repulsión eléctrica, no habría fricción y no podríamos usar herramientas, caminar, comer, etc.

¿Qué pasa entonces cuando nos sentamos? Nuestros electrones y los de la silla se repelen entre si hasta que se balancea nuestro peso. Literalmente, estamos flotando y la fricción es la que evita que flotemos fuera de la silla.

Seguimos con la segunda afirmación.

Entre los átomos existen algunos que llamamos metales. Las propiedades de los metales son conocidas por todos y estamos interesados en una en particular: la resistencia eléctrica. Entre los isótopos de un átomo hay una variedad inestable que siempre está regalando o robando bolitas a sus átomos vecinos. Estos átomos se llaman iones. Son positivos cuando pierden electrones y negativos cuando ganan electrones de los átomos vecinos. Las palabras positivo y negativo no están relacionadas con su otro significado (bueno/malo). Es decir, sólo se usan para diferenciar y hacer enfásis en que poseen un tipo de simetría. En algunas prácticas de la medicina alternativa (los vitamínicos y purificadores, por ejemplo), un ión negativo (o radical libre) es percibido como algo dañino para el organismo. Esto es totalmente absurdo. Toda la materia posee una sopa aleatoria de átomos estables y iones; son parte de nuestro organismo: así estamos hechos. Ahora sabemos que la palabra negativo se refiere a una propiedad eléctrica de algún átomo en partícular. Sigamos.

Regresando al concepto de resistencia eléctrica, y usando las nuevas palabras introducidas, un metal es un compuesto átomos que tiene una proporción alta de iones (es conductor). La presencia de estos átomos inestables facilita que los electrones brinquen de un átomo a otro. Se dice que un material con esta propiedad tiene una resistencia eléctrica baja. Nosotros los changos, curiosos que somos, aprendimos a interactuar con estos electrones sueltos en los metales y desarrollamos un área llamada: electrónica. La electrónica y sus aparatos giran en torno a esta propiedad de la materia (y algunas otras que no se mencionan aquí por no sacrificar la legibilidad del texto).

Otra propiedad que es necesario introducir es una que resulta un poco complicada de explicar porque se usa constamente en lenguaje coloquial: voltaje o diferencia de potencial eléctrico. Pensemos en 2 barritas de metal cargadas negativa y positivamente (es decir, una tiene electrones de más y a la otra le faltan). Ahora conectamos ambas barritas con un alambre conductor (recordemos que el conductor es aquel metal que tiene la propiedad de conducir electrones “sueltos” a través de él). Cuando el alambre toca la barra positiva, los eléctrones sueltos del alambre van a querer moverse hacia la barra (cargas opuestas se atraen). Al mismo tiempo la barra negativa va reemplazando los electrones que el alambre le regaló a la barra positiva. Este proceso continúa hasta que ambas barras y el alambre quedan con la misma carga. Este “intercambio de electrones” se conoce como corriente eléctrica. Noten como en ambos ejemplos, los 3 componentes terminan con la misma carga. A la naturaleza le place el equilibrio (por razones muy interesantes que se salen del rango de esta discusión).

¿Qué pasaría si en lugar de un alambre ponemos un foco entre las barras? Repitamos el proceso. Los electrones dejan la barra negativa, entran al cable, algunos son utilizados por el mecanismo del foco para generar luz y los que sobran llegan a la barra positiva. El foco se apagará cuando ambas barras tengan la misma carga, igual que en el ejemplo anterior. Si ahora agregamos una fuente de electrones para que la barra negativa rellene su carga, tenemos una batería. Las baterías extraen electrones de un ácido y placas de distintos metales para hacer que este proceso sea continuo. Abran su mente por favor... Al hecho de acercar las barras se le conoce como establecer una diferencia de potencial. Es decir, entre la barra positiva y la negativa existe un voltaje (o una diferencia de potencial) que propicia el movimiento de electrones a través de un conductor situado entre ambas barras. El conductor puede ser un alambre, un foco o una colección enorme de circuitos (como una computadora). El principio es el mismo para todas. Esta diferencia de potencial depende de la distancia entre las barritas. Entre más cerca esten, su diferencia de potencial se aproxima más a cero. Aquí hay una bifurcación que dejo para las personas interesadas: ¿qué tanto podré acercar las barritas antes de producir una chispa o descarga eléctrica entre ellas (es decir, que el aire haga las de cable conductor)? Investigar “voltaje de ruptura” o “breakdown voltage”.

Con esto ya tenemos suficientes herramientas para entender mejor la segunda afirmación. Imaginemos una tormeta en cámara lenta. Si cae un rayo cerca de nosotros, los electrones del rayo se disipan de manera radial por la tierra (formando círculos cada vez más grandes). Cuando el primer círculo toca una de nuestras piernas, ésta se carga eléctricamente mientras que la otra pierna permanece con su carga original. Esto cumple lo necesario para establecer una diferencia de potencial y propiciar una corriente eléctrica. Nuestro cuerpo hace las veces de alambre conductor conectando nuestras piernas y se produce una corriente. Mantener las piernas cerradas reduce la diferencia de potencial entre ellas, reduciendo a su vez la probabilidad de una corriente eléctrica por un rayo disipándose durante una tormenta.

Otra conclusión que puede resultar útil para eliminar algunos vicios del lenguaje: una diferencia de potencial alta (alto voltaje) no es peligrosa por si sola. Es la corriente que se puede generar la que conlleva el riesgo. Decir “Peligro: Alto Voltaje” equivale a “Peligro: Cielo abierto, le puede caer un avión en la cabeza”. “Peligro: posible descarga eléctrica” es mucho más preciso.

La electricidad es un tema muy amplio y muy interesante. Se ha venido desarrollando, formalmente, desde los 1700's (si no es que mucho antes) y vio un tremendo avance a partir del trabajo de varios científicos, en particular: James Clerk Maxwell. Un tipo admirable; académico completo. Creo que está de sobra mencionar el papel tan relevante que este descubrimiento tiene en nuestras vidas. La electricidad es nuestra amiga y lo será por otro largo rato. Sin embargo, la tecnología nueva apunta en otra dirección. Posiblemente, nuestra generación no vea el desuso de la electrónica, pero si la introducción comercial de tecnologías [relativamente] recientes como: computación cuántica o fotónica. De hecho, ya existen aplicaciones domésticas relacionadas con la fotónica (telecomunicaciones con fibra óptica). Siempre que exista una posibilidad por explotar, habrá alguien interesado; es una consecuencia básica de la curiosidad. Sin duda, una característica útil para la supervivencia de cualquier especie.