Electricidad y Electrónica

H
ISTORIA
R
ELATIVIDAD MECÁNICA
. La ciencia física existe desde tiempo muy antiguo. Arquímedes de Siracusa
(287 aC –212 aC), por ejemplo, además de expresar de manera muy rigurosa la ley de flotación,
1
y la de la palanca,
2
e interesado en la estabilidad de las naves, supo bastante física y matemática
como para calcular el volumen de un paraboloide de revolución cortado por un plano oblicuo,
hallar su centro de gravedad, y su centro de empuje de flotación. A pesar de ese singular ante-
cedente, muchos estudiosos coinciden en señalar como el verdadero iniciador de la física, en
el sentido actual que tiene esa palabra, a Galileo Galilei (1564 –1642). De él es el principio de re-
latividad mecánica, de 1638, una idea revolucionaria en su época que establece que no hay nin-
gún experimento mecánico capaz de detectar si el laboratorio donde se lo lleva a cabo está
quieto, o si se desplaza en línea recta, y con velocidad constante.
R
ELATIVIDAD ELECTROMAGNÉTICA
. Otra revolución del pensamiento físico fue la de Albert Einstein
(1879 –1955), quien, en 1905, agregó a lo dicho por Galileo que no hay ningún experimento, a
secas (sea mecánico, óptico, magnético, eléctrico u otro), capaz de detectar dicho movimiento
relativo uniforme y rectilíneo.
3
En 1915 Einstein estableció un principio físico aún más radical:
todos los marcos de referencia son equivalentes, y en ellos se cumplen las mismas leyes físicas.
4 
C
UÁNTICA
. Posiblemente una tercera revolución, aún mayor, del pensamiento físico, fue la física
cuántica, mecánica cuántica o mecánica ondulatoria, de 1916, resultado de las investigaciones
y  estudios  de  muchos  físicos,  entre  ellos  Louis  de  Broglie,  Max  Planck,  Ernst  Shrödinger 
(o Scroedinger, en grafía inglesa), y Werner Hisenberg. Esa rama de la física, que hoy tiene mu-
chas aplicaciones prácticas, resultó de los intentos de explicar hechos que habían resultado
oscu-ros durante muchos años. Uno es el modelo de Rutherford y Bohr del átomo. Ese modelo
consiste en un núcleo positivo, a cuyo alrededor giran electrones de carga negativa. Había dos
preguntas que intrigaban a los investigadores: 
E l e c t r i c i d a d   y   e l e c t r ó n i c a
274
Apéndice I. Física cuántica 
1 
Todo cuerpo sumergido recibe una fuerza hacia arriba igual al peso del líquido que desaloja.
2 
En una palanca, las fuerzas están en proporción inversa a la de sus brazos. 
3 
De tal hecho, conocido como relatividad especial, restringida a movimientos rectos y de velocidad constante, se
deduce que el tiempo no es absoluto, sino que depende de la velocidad de un observador con respecto a otro. Lo
mismo pasa con las longitudes, el campo eléctrico, el magnético, y con multitud de otras magnitudes físicas.
4 
Ése es el principio de relatividad general, que incluye la gravedad y la aceleración, las cuales, según esa ley o principio,
son equivalentes. Por ello, no existe experimento capaz de decidir si un laboratorio se encuentra acelerado o si, en
cambio, está sometido a fuerzas gravitatorias. De este principio surgió la idea de un espacio tiempo curvo.
En  el  átomo  más  sencillo
que existe, su único electrón
gira sólo en ciertos radios,
cuyas  relaciones  son  las
mismas  que  las  que  hay
entre los cuadrados de los
números  naturales:  1,  4,  9,
16,  etcétera.  Así  como
cuando  cantamos  en  el
baño, resuenan sólo deter-
minadas  frecuencias,  el
electrón, que es una onda,
sólo se mantiene donde re-
suena. 
Toda  partícula  tiene  una
longitud de onda, que de-
pende de su masa y de la
velocidad a la que se des-
plaza. 
l: longitud de onda;
m:  masa, v: velocidad; h:
constante de Planck, que
vale 6,62606896
10
−34
J.s. Un
pelotazo tiene una longitud
de  onda  asociada  de  sólo
4
10
−35 
m; por eso en una pe-
lota la dispersión ondulatoria
es insignificante en compa-
ración con su diámetro. En
cambio,  para  un  electrón,
esa longitud de onda es de
unos tres angstrom, aproxi-
madamente  el  tamaño  del
átomo  entero;  el  electrón
está en toda la órbita a la vez. 
l
h
mv
l =
Apéndice:Maquetación 1  06/10/2010  03:23 a.m.  Página 274

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• ¿por qué los electrones giran sólo en órbitas de determinados diámetros posibles, y no a
cualquier distancia del núcleo?
• ¿y por qué los electrones, que están acelerados, no irradian energía, a expensas de su
energía cinética (o de movimiento) hasta caer sobre el núcleo?
5
La respuesta fue insólita, increíble en su momento; y aún hoy causa asombro: los electrones
no son partículas cuya presencia esté concentrada en una región muy pequeña, como se creía.
Un electrón no está en un lugar determinado; está repartido en toda su órbita, como una ola de
agua del mismo tamaño que el recipiente en el que está contenida.
Además de los electrones, toda partícula tiene asociada una onda, cuya longitud, 
l (lambda)
se llama longitud de onda de Louis de Broglie. 
Además de que todas las partículas son ondas, o tienen propiedades de onda, hay otro hecho
de la física cuántica, que es el central de esa teoría.
6
Los intercambios de energía entre partículas
ocurren siempre en forma de paquetes de energía, llamados cuantos. Una partícula puede trans-
ferirle a otra un cuanto, dos cuantos, tres, o más, o bien ningún cuanto de energía; pero no le
puede transferir medio cuanto, ni 6,8 cuantos. La energía, igual que la materia, es discontinua.
La energía de un cuanto vale E = h.
, donde h es la constante de Planck, y  (ni, o nu) es la fre-
cuencia de la onda. Otra fórmula equivalente es E = h.c/
l, donde c es la velocidad de la luz, y l
(lambda), la longitud de un ciclo de la onda.
Una consecuencia de la naturaleza ondulatoria de la materia, y del hecho de que la energía
sólo se transfiera en cuantos, es la imposibilidad de determinar a la vez la posición y la velocidad
de una partícula.
7
Otra, es la desaparición del concepto de causa y efecto, tal como se lo entendía
antes del advenimiento de la mecánica cuántica. Omitimos, en este espacio, la explicación de esos
hechos; pero los señalamos como una verdadera revolución del pensamiento físico y filosófico.
L
A CÉLULA FOTOELÉCTRICA
: 
UNA PUERTA DE ENTRADA A LA CUÁNTICA
La célula fotoeléctrica, fototubo, o fotocélula, muy relacionada con la teoría cuántica, es un
dispositivo industrial que se usó mucho –y aún hoy se lo emplea, aunque se usan más los foto-
transistores– para abrir puertas, contar objetos, medir el nivel de líquidos, etcétera.
8
Una fotocélula es un diodo de vacío de cátodo frío. Pero, al contrario de las válvulas rectifi-
cadoras  de  corriente,  su  cá-
todo, o electrodo negativo, es
amplio;  y  su  ánodo,  delgado.
Heinrich  Hertz  descubrió  en
1887,  que  cuando  incide  luz
sobre  el  cátodo,  se  despren-
2 7 5
A p é n d i c e s
l
Curva característica de un fo-
totubo. Cuanto mayor sea la fre-
cuencia  de  la  luz  incidente,
mayor es la tensión inversa ne-
cesaria para impedir el flujo de
electrones.
5  
Un movimiento circular es siempre acelerado, porque cambia la dirección del vector velocidad. Y las cargas aceleradas
emiten radiación. (Véase el capítulo 11.)
6  
Cuando se dice teoría cuántica, teoría atómica, o teoría de la selección natural, la palabra teoría tiene, en este ámbito
técnico y científico, el significado de un cuerpo organizado de conocimientos, generalmente muy corroborados. En
otros contextos, teoría significa sólo una hipótesis sin corroborar; por ejemplo, la teoría conspirativa.
7  
Puesto que una partícula es una onda, está naturalmente dispersa en el espacio, del mismo modo en el que lo está
una ola en el mar, en la dirección en la que avanza; o una onda que se desplaza –o permanece estacionaria– en una
soga tensa. Un ejemplo de una onda muy localizada en el espacio, es la propagación de un pulso muy poco extenso.
Ese pulso se compone de la superposición de muchas ondas de frecuencias muy diferentes; así, pues, el pulso está
concentrado en posición, pero disperso en frecuencia. Y como la frecuencia es proporcional a la energía, y ésta de-
pende de la velocidad, resulta que cuando la posición de una partícula está bien definida, su velocidad resulta inde-
finida; y viceversa. Ese hecho se conoce como principio de incertidumbre de Heisenberg.
8  
Véase el esquema del capítulo 11. Hay también referencias en el 13 y el 19.
En algunos ambientes
mágicos  y  místicos,
se habla de medicina
cuántica,  psicología
cuántica, y variantes.
El  significado  de  la
palabra  cuántica,  en
ese contexto, es muy
lejano al que utiliza la
ciencia  física.  La  fi-
gura ilustra supuestas
propiedades  curati-
vas  de  las  piedras
preciosas.
l
Antigua célula fotoe-
léctrica  Toshiba  PG
51. El sector cilíndrico
es el cátodo, y la vari-
lla  central,  el  ánodo.
Cuando se aplican al-
gunos centenares de
voltios entre los elec-
trodos, circulan unos
150 
microamperes,
por  cada  lumen  de
flujo luminoso.
l
La energía de un fotón
es igual al producto de
su  frecuencia,  por  la
constante de Planck. 
l
Apéndice:Maquetación 1  06/10/2010  03:23 a.m.  Página 275

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