La distribución de la carga sobre la superficie de un conductor

¿Qué tiene en común estar sentado en un coche cuando cae un rayo con un grupo de bebés con pañales sucios? Bueno, ambos ayudan a explicar adónde van las cargas eléctricas, cuando pueden elegir. Las cargas eléctricas, como seguramente sabes, vienen en dos variedades: positiva y negativa. Un electrón es una partícula con carga negativa, y un protón es una partícula con carga positiva. Cada "cosa", cada objeto que está cargado eléctricamente crea un campo eléctrico que lo rodea.

Un campo eléctrico es algo parecido a un campo magnético. Los dos tipos de campos están relacionados entre sí, pero no son lo mismo. El campo eléctrico que genera el objeto cargado, se despliega hacia afuera en todas las direcciones. Es más fuerte cerca del objeto cargado, y se hace más y más débil a medida que se aleja. Cuando dibujamos un campo eléctrico que rodea algo que está cargado positivamente, mostramos el campo apuntando en sentido opuesto a la materia cargada.

Un campo eléctrico que rodea un objeto cargado negativamente, se dibuja apuntando hacia la materia cargada. Cuando un objeto cargado entra en el campo eléctrico de otro objeto, ambas partículas experimentan una fuerza. Si una partícula es positiva y otra es negativa, los objetos experimentan una fuerza el uno hacia el otro. Las cargas opuestas se atraen. Si ambas partículas están cargadas negativamente, o, positivamente, la fuerza que experimentan estará alejada la una de la otra.

Las cargas iguales se rechazan. Ahora, juntemos un montón de partículas cargadas negativamente -electrones. Dejaremos que corran libremente en esta bola de acero. El acero es un conductor, así, los electrones en exceso con el que lo cargamos pueden moverse libremente y colocarse donde quieran. Cada electrón quiere estar lo más lejos posible de todos los otros electrones en exceso.

Ahora la pregunta es: ¿a dónde irán? Antes de contestar esta pregunta, remplacemos los electrones por bebés, en un parque circular. Cada bebé lleva un pañal que ya es hora de cambiar. Cuanto más te alejas del pañal, menos notas su olor. Por lo tanto cada bebé quiere alejarse lo máximo posible de todos los demás bebés. ¿A dónde van?

Si hay dos bebés - van a lados opuestos del espacio. ¿Tres bebés? Cuatro...cinco... seis bebés... Con el fin de alejarse lo más posible de todos los otros bebés, acaban al lado de la cerca. Lo mismo ocurre con los electrones.

Un montón de electrones en exceso en un conductor se esparcirán hacia afuera uniformemente en la superficie del conductor. Ninguno de ellos se encontrará dentro del conductor. ¿Por qué? Simple. Si un electrón tratara de moverse hacia adentro, hacia el centro de la bola, experimentaría un empujón más fuerte -una fuerza repulsiva incrementada- de todos los electrones al otro lado de la bola. Los electrones se repelen entre sí hasta que se alejan lo máximo posible.

En este punto, los campos eléctricos de todas las partículas cargadas se compensan las unas a las otras. Los electrones ahora están en un estado de equilibrio. Si estuvieses dentro de la esfera de acero, no experimentarías ningún campo eléctrico. ¿Qué? Estar dentro de un conductor cargado... "¿Cuándo sería esto útil?", te preguntas. Bueno, si te sientas dentro de una caja de metal y cae un rayo, ¿qué pasará?

Ya lo sabes: en un conductor, cualquier exceso de electrones solo se encontrará en la superficie del conductor. Así, las cargas eléctricas se moverán a lo largo de la superficie exterior del coche, y luego saltarán al suelo. Suena extraño, pero es verdad: puedes mantenerte a salvo de grandes cargas eléctricas, estando dentro de ellas. A esto se le llama jaula de Faraday, en honor al científico británico Michael Faraday. La gente dice que él era capaz de explicar todo acerca de dónde terminan las cargas eléctricas... ...sin mezclar ningún tipo de pañales sucios.