01 · Punto de partida
Sin carga no hay nada que controlar
En el Tema 1 viste seis magnitudes: carga, corriente, tensión, resistencia, potencia y energía. Las últimas cinco hablan, por debajo, de lo mismo: de carga eléctrica que se mueve o que se acumula. Por eso empezamos por acá. Si entendés la carga, los próximos cinco temas van cuesta abajo.
Pensalo como programador: la carga es el dato físico, lo que efectivamente viaja por el cable. La corriente va a ser cuántos de esos datos pasan por segundo; la tensión, cuánto empuje tienen; la resistencia, cuánto cuesta pasar. Pero lo que se mueve es siempre la carga.
- ¿De dónde salen los electrones que encienden el LED?
- ¿Se «gastan» los electrones cuando el LED brilla?
- ¿Qué significa «carga positiva» si lo que se mueve son electrones, que son negativos?
- ¿Cuánta carga guarda una pila común?
02 · Definición
Qué es la carga, empezando por el átomo
Toda la materia está hecha de átomos, y cada átomo tiene dos tipos de partículas con carga:
Protón
Tiene carga positiva y está fijo en el núcleo del átomo. No viaja por los cables: se queda donde está.
Electrón
Tiene carga negativa, del mismo tamaño que la del protón. En los metales, algunos electrones pueden pasar de un átomo a otro: son los que se mueven.
Átomo neutro
Tiene tantos electrones como protones. Las cargas se compensan y el total es cero. Así está casi toda la materia que te rodea.
Con eso alcanza para definir todo lo demás. Como los protones no se mueven, la carga de un objeto depende solo de cuántos electrones tiene de más o de menos:
- Carga negativa
- El objeto ganó electrones: tiene más electrones que protones.
- Carga positiva
- El objeto perdió electrones: tiene menos electrones que protones. No aparecieron partículas positivas nuevas; faltan negativas.
Tener carga es, entonces, tener un desbalance de electrones. Fijate en estas situaciones conocidas:
| Situación | Qué pasó con los electrones | Resultado |
|---|---|---|
| Globo frotado que atrae papelitos | Ganó electrones del pelo o del paño | Queda negativo |
| Chispa al tocar la puerta del auto | Tu cuerpo había acumulado un desbalance | Se neutraliza de golpe al tocar el metal |
| Pila de 9 V sin conectar | Una reacción química los separó | Un borne con exceso y otro con falta, listos para moverse |
| Cable con un LED encendido | Circulan en un camino cerrado | Carga total cero, pero en movimiento constante |
03 · Propiedades
Las cuatro reglas de la carga
Todo lo que vas a hacer en electrónica respeta estas cuatro reglas. No tienen excepciones.
- 1Tiene signo.
Puede ser positiva o negativa. El signo es lo que más adelante vas a llamar polaridad (Temas 5 y 13), y es la razón por la que un LED solo funciona conectado en un sentido.
- 2Las cargas iguales se repelen y las distintas se atraen.
Dos objetos negativos se alejan; uno negativo y uno positivo se acercan. Esa fuerza es la que, dentro de un circuito, empuja a los electrones.
- 3Se conserva.
La carga no aparece ni desaparece. Si un objeto gana tres electrones, otro los perdió. La suma total siempre da lo mismo.
- 4Viene en paquetes enteros.
La unidad mínima es la carga de un electrón. No existe «medio electrón»: la carga de cualquier objeto es un número entero de esos paquetes.
04 · Simulador
Mové electrones y mirá qué pasa
Dos globos cuelgan de un hilo y hay un paño de lana. Al principio todo es neutro: en cada objeto hay tantos electrones (puntos verdes) como protones (puntos naranjas). Al frotar un globo con el paño, algunos electrones cambian de dueño. Los protones nunca se mueven.
Es un modelo a escala: acá cada frotada mueve 2 electrones para que puedas contarlos. En un globo real se transfieren miles de millones.
Globos, paño y electrones
qA + qB + qPaño = 0
Todo neutro. Frotá un globo con el paño para mover electrones.
Desafíos (se marcan solos cuando los lográs):
- Dejá un globo con carga negativa.
- Conseguí que un globo y el paño se atraigan.
- Conseguí que los dos globos se repelan.
- Dejá el paño sin ningún electrón.
- Volvé todo a neutro.
Qué observar
- 1Frotá el globo A una vez y contá.
El globo pasa a tener 8 electrones y 6 protones: carga −2. El paño queda con 10 y 12: carga +2. Ninguno de los dos «generó» carga; solo se repartió distinto.
- 2Mirá el globo y el paño.
Uno negativo y el otro positivo: se atraen, y el globo se inclina hacia el paño.
- 3Frotá el globo B y alejá el paño.
Ahora los dos globos son negativos y se separan. Cuanto más los cargues, más se abren.
- 4Mirá siempre la carga total.
Hagas lo que hagas, da cero. Es la regla de conservación funcionando.
Preguntas para pensar
- El paño queda positivo, pero en ningún momento se movió un protón. ¿Cómo puede ser?
- ¿Podés dejar los dos globos negativos y el paño neutro al mismo tiempo? ¿Por qué?
- ¿Por qué no existe en el simulador un botón para dejar un globo con carga −1,5?
Ver respuestas sugeridas
- Porque «positivo» significa que faltan electrones. El paño conserva sus 12 protones, pero al ceder electrones queda con menos cargas negativas que positivas.
- No. Los electrones que ganan los globos salen del paño, así que el paño queda positivo en la misma cantidad. Si los tres pudieran quedar así, habría aparecido carga de la nada.
- Porque la carga viene en paquetes enteros: un electrón pasa completo o no pasa. No se puede transferir una fracción.
05 · Dos comportamientos
Carga quieta y carga en movimiento
La misma carga puede comportarse de dos maneras muy distintas, según tenga o no un camino por donde circular.
Carga quieta
Electricidad estática
Es lo que viste en el simulador: carga acumulada sin camino para volver. Globos, polvo pegado a la pantalla, chispas. Dura poco y entrega muy poca energía, pero puede dañar chips delicados.
Carga en movimiento
Corriente
Carga que circula de forma sostenida por un camino cerrado: un LED encendido, un motor girando. Es lo que vamos a usar en todo el curso y el tema de la próxima lección.
Hay un punto que suele confundir y que conviene dejar claro ahora: en un circuito los electrones no se gastan. Salen de la pila, atraviesan los componentes y vuelven a la pila. Entran tantos al LED como los que salen.
Entonces, ¿qué se agota en una pila? No los electrones, sino la reacción química que los empuja. Pensá en una bomba que hace circular el agua de una pileta: el agua es siempre la misma, y lo que se termina es el combustible de la bomba. Cuando la química de la pila se agota, los cables siguen llenos de electrones, pero ya nada los mueve.
06 · Órdenes de magnitud
Cuánto es un coulomb
Contar electrones de a uno no es práctico: son demasiados. Por eso la carga se mide en coulombs (C), que es simplemente un paquete enorme de electrones:
Son más de seis trillones. Visto al revés, la carga de un solo electrón es de apenas 0,00000000000000000016 C. En la práctica vas a usar los prefijos de siempre:
Carga que pasa y carga guardada
Hay una relación sencilla que une este tema con el siguiente. Si conocés la corriente (cuánta carga pasa por segundo) y el tiempo, sabés cuánta carga circuló en total:
Un amperio es un coulomb por segundo. Entonces un LED con 20 mA deja pasar 0,02 C cada segundo, y en un minuto habrán pasado 1,2 C.
Esa misma cuenta explica el número que traen impreso las pilas y baterías. 2000 mAh significa «2000 mA durante una hora», y eso es una cantidad de carga: 2 A × 3600 s = 7200 C. Los mAh son carga guardada, expresada en una unidad más cómoda.
¿Cuánta carga sale de la pila?
Q = 0,02 A × 60 s
Carga usada de una pila AA de 2000 mAh (7200 C):
Con 20 mA durante 1 min circulan 1,2 C.
Probá dos combinaciones: el LED normal durante 10 minutos y el motor durante 1 minuto. Circula la misma carga, 12 C, a ritmos muy distintos. Corriente y tiempo se compensan.
| Caso | Carga o ritmo típico | Cómo leerlo |
|---|---|---|
| LED encendido | 20 mA = 0,02 C por segundo | 20 milésimas de coulomb lo atraviesan cada segundo |
| Pin que lee un pulsador | Millonésimas de amperio | Casi nada: solo informa, no alimenta |
| Pila AA de 2000 mAh | Unos 7200 C en total | Alcanza para 20 mA durante 100 horas |
| Chispa de estática | Millonésimas de coulomb | Muy poca carga, liberada en un instante |
07 · Analogía para programadores
La carga en código
Lo que hiciste con los globos se puede escribir en pocas líneas. Cada objeto guarda cuántos protones y electrones tiene; frotar es restar de uno y sumar al otro. Ejecutalo y después cambiá la cantidad transferida:
Python en tu navegador. Hacé clic dentro de un bloque para editarlo y usá el botón «Ejecutar Python». La primera vez se descarga el intérprete (Pyodide) y tarda unos segundos; después es inmediato.
# Probá cambiar el 2 por otro valor.
globo = {"protones": 6, "electrones": 6}
pano = {"protones": 12, "electrones": 12}
def carga(cuerpo):
return cuerpo["protones"] - cuerpo["electrones"]
def frotar(desde, hacia, cantidad):
desde["electrones"] -= cantidad
hacia["electrones"] += cantidad
total_antes = carga(globo) + carga(pano)
frotar(pano, globo, 2)
print("globo:", carga(globo))
print("pano:", carga(pano))
total = carga(globo) + carga(pano)
print("se conserva:", total == total_antes)Probá con frotar(pano, globo, 5) y después con un valor negativo. ¿Cambia el resultado de «se conserva»?
Tres detalles del código coinciden con las reglas de la física:
- 1La carga es un valor calculado.
No se guarda: sale de restar electrones a protones. Cero no significa «vacío», sino equilibrio.
- 2Solo cambian los electrones.
La función
frotarnunca toca los protones, igual que en la realidad. - 3La conservación es un invariante.
Como
frotarresta de un lado exactamente lo que suma del otro, la última línea da siempreTrue, sin importar la cantidad.
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«El circuito gasta electrones»
No. El circuito es un camino cerrado: los electrones salen de la pila, cruzan los componentes y vuelven. Si se gastaran, los cables se irían vaciando y habría que rellenarlos.
«Positivo significa que hay partículas positivas de más»
En un circuito, positivo significa que faltan electrones en ese punto respecto de otro. Los protones no se movieron de su lugar.
«Carga y energía son lo mismo»
No. La carga es lo que se mueve y se mide en coulombs. La energía es lo que esa carga entrega al pasar y se mide en joules. Confundirlas es como confundir los litros de agua que pasan por una turbina con el trabajo que la turbina realiza.
«Los electrones viajan a la velocidad de la luz»
Lo que viaja rapidísimo es el efecto, no cada electrón. Los electrones avanzan muy despacio, a menos de un milímetro por segundo. El LED enciende al instante porque el cable ya está lleno de electrones y todos empiezan a moverse a la vez, como el agua en una manguera que ya estaba llena.
«Un objeto neutro no tiene cargas»
Tiene muchísimas, pero en cantidades iguales de cada signo. Neutro significa equilibrado, no vacío.
09 · Práctica guiada
Ejercicios de conteo y conservación
Ejercicio 1: el signo de la carga
Supongamos que al frotar una lapicera de plástico con un paño, el paño le quita electrones a la lapicera. ¿Con qué carga queda cada uno? ¿Qué pasa si los acercás?
Ver solución razonada
La lapicera perdió electrones: queda positiva. El paño los ganó: queda negativo. Como tienen cargas distintas, se atraen. Si se tocan, los electrones que sobran en el paño vuelven adonde faltan y ambos quedan neutros. La carga total nunca cambió.
Ejercicio 2: predecí y comprobá en el simulador
Antes de tocar nada, respondé: si frotás tres veces el globo A y ninguna el globo B, ¿qué carga tiene cada objeto? ¿Los globos se repelen? Después comprobalo.
Ver solución
Cada frotada mueve 2 electrones: el globo A queda en −6 y el paño en +6. El globo B sigue en 0. Como B es neutro, los globos no se repelen: hacen falta dos cargas del mismo signo. El que sí se mueve es el globo A, atraído por el paño.
Ejercicio 3: Q = I × t casi sin calculadora
Por un LED circulan 20 mA durante 50 segundos. ¿Cuánta carga lo atravesó? ¿Y si fueran 100 mA durante 10 segundos?
Ver solución
20 mA son 0,02 A, y 0,02 × 50 = 1 C. En el segundo caso, 0,1 A × 10 s = 1 C también. Pasó la misma carga, pero cinco veces más rápido.
Ejercicio 4: la pila no pierde electrones
Si los electrones vuelven a la pila, ¿por qué la pila se agota? Escribí tu explicación en el cuaderno antes de mirar la respuesta.
Ver una posible respuesta
Lo que se agota es la reacción química que separa las cargas y las empuja. Cuando esa reacción termina, ya no hay empuje aunque los cables sigan llenos de electrones. Ese empuje se llama tensión y es el tema de la lección 5.
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- La carga de un objeto es su desbalance de electrones: negativa si sobran, positiva si faltan.
- Las cargas iguales se repelen y las distintas se atraen.
- La carga se conserva y viene en paquetes enteros: es un entero con signo cuya suma total no cambia.
- En un circuito los electrones no se gastan: circulan y entregan energía al pasar.
- La carga se mide en coulombs; los mAh de una pila son carga guardada.
- Q = I × t relaciona carga, corriente y tiempo, y es la puerta de entrada al próximo tema.
¿Listo para el Tema 4?
Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:
- Explicar qué significa que un objeto tenga carga positiva.
- Enunciar las cuatro reglas de la carga.
- Explicar por qué una pila se agota aunque los electrones no se gasten.
- Decir qué diferencia hay entre mA y mAh.
En el próximo tema ponemos la carga en movimiento: la corriente eléctrica, cuántos coulombs por segundo cruzan tu circuito y cuánta corriente es demasiada.