Electronica

Velocidad de los electrones en los conductores de las instalaciones eléctricas
F. R. Quintela, R. C. Redondo, N. R. Melchor, J. M. G. Arévalo y M. M. Redondo Universidad de Salamanca

Resumen En ingeniería hay conceptos erróneos que permanecen a lo largo del tiempo. Son citados como comunes en diversos países, por lo que no pueden interpretarse solo como consecuencia de una mala formacióncientífica originada por un mal sistema de enseñanza. Suelen estar relacionados con los conceptos fundamentales, y provocan, por eso, notable inseguridad en la utilización de los saberes que derivan de ellos. Este artículo trata de uno de esos conceptos, que se refiere a la velocidad de los electrones en los conductores de las instalaciones eléctricas. En concreto se analizan las consecuencias a queconduciría el extendido error de que la velocidad de los electrones que producen la corriente eléctrica es la velocidad de la luz o próxima a ella. Introducción La creencia de que la velocidad de los electrones en los conductores de las instalaciones eléctricas es la velocidad de la luz está muy extendida. No pocos de los alumnos que llegan a las escuelas de ingeniería y a las facultades deciencias de las universidades creen que los electrones que dan lugar a la corriente eléctrica en los hilos y cables metálicos de las líneas eléctricas se mueven con esa velocidad. No es este un mal resultado de la enseñanza española exclusivamente, pues es citado como error común por autores de otros países[1]. Más bien parece tener su origen en la relación confusa que quizá se establece entre lavelocidad de las ondas electromagnéticas, que sí es la velocidad de la luz, porque la luz son ondas electromagnéticas, y la velocidad de arrastre de los electrones que dan lugar a la corriente eléctrica en los conductores metálicos. No es la primera vez que nos ocupamos de conceptos físicos erróneos relacionados con la Electrotecnia[2][3]. Una razonable atención a los fundamentos es siempre útil.Suele ocurrir que, con los conocimientos ya adquiridos, casi siempre es posible una crítica razonable sobre muchos conceptos para poder decidir sobre su grado de aceptación. El contraste con el saber que ya se posee es una forma eficaz de evitar que incorporemos conocimientos erróneos o, al menos, una forma de ponerlos en duda. Este artículo pretende ser un ejemplo de esta práctica. Se exponen enél algunas de las consecuencias a que conduce la afirmación de que la velocidad de los electrones en los conductores eléctricos de nuestras instalaciones es la velocidad de la luz. Veremos que los resultados a que da lugar esa hipótesis están tan alejados de la realidad, que enseguida ha de rechazarse. Densidad de electrones libres Conductor eléctrico es cualquier cuerpo que tenga cargas libres. Elnúmero de cargas libres por unidad de volumen, que designaremos por n, se llama densidad de cargas libres. Los metales son los mejores conductores porque tienen muchos electrones libres. Por ejemplo, en el cobre hay, al menos, 8.45 ! 10 22 electrones libres por centímetro cúbico. Esta cantidad es

F. R. Quintela, R. C. Redondo, N. R. Melchor, J. M. G. Arévalo y M. M. Redondoinconcebiblemente grande. La población humana actual es de seis mil millones 9 de personas, o sea, 6 ! 10 , cantidad despreciable frente a la de los electrones libres que hay en un centímetro cúbico de cobre. Para comprobarlo basta restar 9 22 22 con una calculadora 6 ! 10 de 8.45 ! 10 ; el resultado es 8.45 ! 10 , como si no se hubiera restado nada. La densidad de electrones libres del resto de los metales esdel mismo orden de 22 22 magnitud. En el aluminio es 6 ! 10 , y en el volframio 6.3 ! 10 electrones libres por centímetro cúbico[4]. Velocidad de los electrones libres y densidad de corriente Si a través de una superficie pasan cargas eléctricas, se dice que hay corriente eléctrica a través de esa superficie. La carga que pasa cada segundo se llama intensidad a través de esa superficie. Si la...