Lo cierto es que llevo ya un cierto tiempo apartado de estas páginas de Mundo Obrero. Y no por falta de temas que tratar, ni por miedo a las represalias del Emperador Calígula redivivo, sino por problemas personales con los que no he de abrumar a mis pocos, pero selectos lectores.
Los que tenemos la manía de manchar el papel con garabatos más o menos inteligibles, que luego pasamos al procesador de textos para que sean leídos por aquellos que carecen de la capacidad de descifrar la grafía de aquellos cuyo cerebro corre más rápido que su mano, tenemos la buena costumbre de nuestras abuelas: no tirar nada que pueda ser reutilizado con mayor o menor fortuna. Así que, como el día de la entrega del texto se acercaba sin que tuviera tiempo para pergeñar algo medianamente digerible, me decido por dar forma al texto de la respuesta que le di a mi nieta a la pregunta que da título a estos párrafos.
«Avú»: ¿a que velocidad “va” la electricidad?
¿Sabes que acabas de preguntar algo que la mayoría de los ingenieros responderían mal? Porque la respuesta más habitual sería que la misma velocidad que luz: 300.000 kilómetros por segundo. Pero este dato es cierto solamente en el vacío, o sea que cuándo la luz atraviesa la atmósfera, el vidrio de una ventana, o el agua del mar, la velocidad de la luz disminuye, es menor.
¿Y con la electricidad pasa lo mismo?
Parecido, pero no lo mismo. Porque el fotón y el electrón no son la misma partícula. El fotón carece de masa y el electrón no; el fotón no tiene carga eléctrica y el electrón sí. Y para acabar de complicar la respuesta a tu pregunta, los mecanismos de la conducción eléctrica son diferentes en los gases, en los líquidos y en los sólidos. ¡Un poco complicado como ves!
¿Pero abuelo, los gases conducen la electricidad?
En su estado natural, no. Para que un gas conduzca electricidad debe ser ionizado, es decir, se deben separar electrones de los átomos o moléculas para formar iones y electrones libres. Este proceso se puede lograr aplicando al gas altas temperaturas, radiación o fuertes campos eléctricos. Los rayos son un buen ejemplo de conducción eléctrica en un gas, la atmósfera, en la que el aire se ioniza por la gran diferencia de potencial existente entre las nubes y el suelo. Por no complicar mucho más las cosas y darte alguna respuesta concreta, podemos estimar que la velocidad media del flujo de la carga eléctrica en este fenómeno atmosférico es de un valor comprendido entre la mitad y los dos tercios de la velocidad de la luz en el vacío. Es decir entre 200 000 a 150 000 km/s.
¿Y en los líquidos?
La conducción eléctrica en líquidos es otro inmenso lío. Su mecanismo principal se debe al movimiento de iones, que cómo recordarás, son átomos o moléculas con carga eléctrica, iones que se forman al disolver las sales en el líquido. Aquí sí que ya no te puedo dar una velocidad, ni una gama de ellas porque estas velocidades son muy variables y dependen de múltiples factores. En todo caso todas ellas están muy lejos de la velocidad de la luz.
Luego es en la conducción eléctrica en los sólidos en la que encontraremos esas velocidades…
¡Acertaste! Pero no por las razones que estás pensando. Porque en la conducción eléctrica en los sólidos —especialmente los metales que son buenos conductores de la corriente eléctrica, y por lo tanto los que usamos en nuestras instalaciones— se debe al movimiento de electrones libres, es decir no ligados a átomos individuales, que pueden moverse libremente a través de la red cristalina del material cuando se aplica un campo eléctrico. (Una tensión o una diferencia de potencial son otros nombres empleados frecuentemente, aunque con una menor precisión).
Volvamos ahora a tu pregunta: “a que velocidad va la electricidad”. Y te puedo dar una respuesta gallega: ¡Cuando va!, porque la electricidad estática, como su nombre indica, no «va» por lo que se podría decir que la velocidad de esa electricidad es cero. Ya ves que la forma de hacer a las preguntas tiene mucho que ver con la exactitud de las respuestas.
Repasemos algunas cosas de física. No temas: si no las entiendes completamente tampoco es determinante para que entiendas el fenómeno.
En primer lugar, hace falta saber que los electrones en un metal se mueven constantemente a gran velocidad, pero de forma aleatoria. Este movimiento caótico existe, aunque no haya un campo eléctrico, pero precisamente por esta característica de aleatorio no produce un flujo neto de carga. Cuando se aplica un campo eléctrico a un material conductor, los electrones, además de su movimiento aleatorio, adquieren un pequeño movimiento neto en la dirección contraria al campo.
Entonces, si los electrones van más lentos “que el caballo del malo”, ¿cómo es posible que cuándo accionamos un interruptor la luz se enciende instantáneamente?
La respuesta nuevamente está en la física y en la importancia de utilizar correctamente las palabras. La pregunta “a que velocidad viaja la electricidad” no es lo mismo que “a que velocidad viajan los electrones por los conductores eléctricos”. La pregunta correcta sería “¿a qué velocidad viaja la energía eléctrica por un conductor?” y la respuesta la esa pregunta correctamente formulada es:
La velocidad a la que se propaga la energía eléctrica en un metal es próxima a la velocidad de la luz en el vacío
¡Pero esto no tiene sentido!
Sí que lo tiene, si entiendes que lo que «viaja» a la velocidad de la luz es la energía y no los electrones. Muchos textos utilizan para explicarlo el siguiente símil: Imagina una tubería llena de bolas. Se empujas una bola en un extremo, otra bola saldrá instantáneamente por el otro extremo, aunque cada bola individual solo se movió una pequeña distancia. La velocidad a la que se propaga el impulso a través de la tubería es mucho mayor que la velocidad a la que se mueve cada bola individual.
En el caso de un metal, las bolas son los electrones y el impulso es el campo eléctrico. Lo que llamábamos «velocidad de deriva» de los electrones es en el símil la velocidad de las bolas individuales, mientras que la «velocidad de propagación de la energía eléctrica» es en la analogía la velocidad a la que se propaga el impulso a través de la tubería.
En resumen:
—Cuando se aplica un campo eléctrico, los electrones adquieren una pequeña velocidad neta denominada «velocidad de deriva».
—La energía eléctrica se propaga a través del metal a una velocidad próxima a la de la luz, debido a la propagación del campo eléctrico.
