¿Qué factores son los que hacen que la electricidad viaje tan rápido?

¿Qué factores son los que hacen que la electricidad viaje tan rápido?

Encuentro interesante que el amigo me haya puesto en la lista de destinatarios de esta pregunta. Imagino que querrá ver qué respuesta "ingenieril" le damos en contraste con las razones que un físico como él daría sobre estos factores.

Para comenzar, hay que aclarar lo que es la electricidad, para dar un marco a esta respuesta. La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos en los que participa la materia por la que circula carga eléctrica.

Los fenómenos eléctricos son los que habilitan toda la tecnología que la sociedad actual disfruta: aire acondicionado, vehículos, ascensores, cocinas, hornos, licuadoras, radio, televisores, computadores, teléfonos, y un larguísimo etcétera son posibles gracias a la aplicación de los fenómenos eléctricos.

Ahora bien, quien hace la pregunta, menciona la electricidad que viaja tan rápido. ¿Cuándo observamos que la electricidad viaja rápido?

Cuando cae un rayo, por ejemplo y vemos el relámpago instantáneamente. Este caso es muy dramático, porque el trueno lo escuchammos mucho después. O cuando vemos encender varios kilómetros de la iluminación de una autopista en un instante. Cuando podemos hablar con un familiar en España estando en Venezuela.

En estos fenómenos ocurre un desplazamiento de la carga eléctrica, que fluye a través del aire, o a través de un cable. Cuando consideramos una masa que se mueve (la masa del electrón) no podemos llegar a velocidades muy grandes. Por ejemplo, se ha calculado que los electrones en un conductor oscilan alrededor de un punto a 60 Hz (la frecuencia de la corriente alterna en muchas partes del mundo) solo unos cuantos centímetros. Mucha gente piensa que los electrones viajan desde las plantas generadoras hasta nuestra casa. Simplemente lo que hacen es agitarse en el cable y no se desplazan mucho.

Ahora bien, cuando una carga eléctrica se mueve ocurre un fenómeno extraordinario, que siempre lo he encontrado maravilloso. Una carga eléctrica genera un campo eléctrico. Una carga en movimiento (es la corriente eléctrica) genera un campo electromagnético. Y hay una simetría perfecta: un campo electromagnético a su vez produce corriente eléctrica. El ejemplo más claro es la transmisión de radio: una corriente en los trasmisores genera un campo electromagnetico que irradia desde la antena. Un radio recibe ese campo electromagnético que induce una corriente en su propia antena y bingo, tenemos la señal.

El campo electromagnético se propaga a través del vacío. Es lo que permite que podamos ver las estrellas lejanas. Se propaga a través de los conductores de las líneas eléctricas. Se propaga dentro del material de la fibra óptica, reflejándose totalmente en las paredes. Se propaga en un medio o sin él (esto último no lo creía nadie, lo que llevó a la búsqueda del "éter" el medio que permitiría la propagación de la luz en el espacio, hasta que se comprobó que el éter no existe).

James Clerk Maxwell se dedicó al estudio de la interacción del campo eléctrico y magnético y demostró una propiedad fabulosa: un campo electromagnético se desplaza como una onda. Es decir, el campo electromagnético es una onda electromagnética. En las famosas ecuaciones de Maxwell del campo electromagnético (unas de las ecuaciones más elegantes de la física) las ondas se desplazan a la velocidad de la luz c. La expresión para c en el vacío es:

c=1μ0ϵ0−−−√c=1μ0ϵ0

done μ0μ0 y ϵ0ϵ0 son la permeabilidad magnetica y la permitividad eléctrica del vacío.

Así que en última instancia, los factores que hacen que la electricidad viaje tan rápido son la permeabilidad magnética y la permitividad eléctrica que dan como resultado la propagación de la onda electromagnética a la velocidad de 300 000 km/s.