¿Es posible viajar más rápido que la luz
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La velocidad de la electricidad depende realmente de lo que se entienda por la palabra “electricidad”. Esta palabra es muy general y significa básicamente “todo lo relacionado con la carga eléctrica”. Supondré que nos referimos a una corriente de carga eléctrica que viaja a través de un cable metálico, como por ejemplo el cable de alimentación de una lámpara. En el caso de las corrientes eléctricas que viajan a través de cables metálicos, existen tres velocidades diferentes, todas ellas físicamente significativas:
Ahora bien, si se conecta el cable a una batería, se ha aplicado un campo eléctrico externo al cable. El campo eléctrico apunta en una dirección a lo largo del cable. Los electrones libres en el cable sienten una fuerza de este campo eléctrico y se aceleran en la dirección del campo (en realidad, en la dirección opuesta, porque los electrones están cargados negativamente). Los electrones siguen chocando con los átomos, lo que hace que sigan rebotando en diferentes direcciones. Pero además de este movimiento térmico aleatorio, ahora tienen un movimiento neto ordenado en la dirección opuesta al campo eléctrico. La corriente eléctrica en el cable consiste en la parte ordenada del movimiento de los electrones, mientras que la parte aleatoria del movimiento sigue constituyendo sólo el calor en el cable. Por lo tanto, un campo eléctrico aplicado (como el de la conexión de una batería) hace que fluya una corriente eléctrica por el cable. La velocidad media a la que se mueven los electrones por un cable es lo que llamamos “velocidad de deriva”.
Velocidad de la electricidad frente a la luz
La energía eléctrica comienza en la central eléctrica. En casi todos los casos, la central eléctrica consiste en un generador eléctrico que gira. Algo tiene que hacer girar ese generador: puede ser una rueda hidráulica en una presa hidroeléctrica, un gran motor diesel o una turbina de gas. Pero en la mayoría de los casos, lo que hace girar el generador es una turbina de vapor. El vapor puede crearse quemando carbón, petróleo o gas natural. O el vapor puede proceder de un reactor nuclear, como éste de la central nuclear de Shearon Harris, cerca de Raleigh (Carolina del Norte):
Independientemente de lo que haga girar el generador, los generadores eléctricos comerciales de cualquier tamaño generan lo que se denomina corriente alterna trifásica. Para entender la energía de CA trifásica, es útil entender primero la energía monofásica.
La central eléctrica produce simultáneamente tres fases diferentes de corriente alterna, y las tres fases están desfasadas 120 grados entre sí. De cada central eléctrica salen cuatro cables: las tres fases más un neutro o tierra común a las tres. Si observáramos las tres fases en un gráfico, tendrían el siguiente aspecto con respecto a la tierra:
Velocidad de deriva
En un cañón de electrones, los electrones se desprenden de la superficie de una placa metálica caliente. Salen de la placa con velocidades muy pequeñas, y luego el campo eléctrico los acelera hacia el ánodo. Ver la nota orientativa
Los electrones ganan energía cinética. A diferencia de los electrones en un cable, estos electrones no tienen nada que golpear, nada a lo que transferir energía, mientras viajan hacia el ánodo. Así que cada electrón gana energía cinética igual a la cantidad de energía transferida eléctricamente.
Un modelo burdo sería el de una colección de canicas que bajan por un tablero inclinado para estrellarse contra una pared en la parte inferior, excepto unas pocas que podrían golpear un hueco en la pared y continuarían por el suelo plano al otro lado de la pared. La pendiente corresponde al campo eléctrico que aplicamos dentro de la pistola para acelerar los electrones. El suelo plano corresponde a la región más allá del ánodo donde los electrones continúan a velocidad constante.
Un tubo de televisión tiene un cañón de este tipo, para disparar los electrones directamente a la pantalla del tubo. Allí los electrones crean un punto brillante al excitar un resplandor en la pantalla, pero en su camino pueden ser arrastrados fuera de la línea recta por los campos magnéticos.
Velocidad de los electrones en el cobre
Para responder a esta pregunta tenemos que analizar la materia en sí misma a un nivel muy básico. La materia está formada por pequeñas unidades llamadas átomos. En este nivel atómico, la materia posee dos características básicas. La materia tiene masa y puede tener una carga eléctrica, ya sea positiva, negativa, o puede ser neutra sin carga. Cada átomo contiene tres tipos de partículas con características diferentes: protones positivos, neutrones neutros y electrones negativos.
La corriente eléctrica (electricidad) es un flujo o movimiento de carga eléctrica. La electricidad que se conduce a través de los cables de cobre de su casa está formada por electrones en movimiento. Los protones y neutrones de los átomos de cobre no se mueven. La progresión real de los electrones individuales en una dirección determinada a través del cable es bastante lenta. Los electrones tienen que abrirse camino a través de los miles de millones de átomos del cable y esto lleva un tiempo considerable. En el caso de un cable de cobre de calibre 12 que transporta 10 amperios de corriente (típico del cableado doméstico), los electrones individuales sólo se mueven unos 0,02 cm por segundo o 1,2 pulgadas por minuto (en la ciencia esto se llama la velocidad de deriva de los electrones). Si esta es la situación en la naturaleza, ¿por qué se encienden las luces tan rápidamente? A esta velocidad, los electrones tardarían horas en llegar a las luces.
