Electróne FÍS.

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Física

Es la carga eléctrica elemental, es decir, la más pequeña que se conoce, de modo que cualquier otra resulta ser múltiplo de ella; la electricidad, como la materia, es de naturaleza discreta y la carga del e. es la unidad natural de carga, aunque sólo se expresan en función de ella las cargas correspondientes a las partículas del microcosmos, pues para el resto resulta demasiado pequeña y para medirlas se recurre a otra unidad.

Historia y características. Descubrimiento del electrón. La existencia y características del e. se dedujeron a partir de diversas experiencias realizadas a fines del s. XIX. Sin embargo, ya hacia 1830, Faraday (v.) había sugerido la existencia del e. como átomo de carga unido al de materia, para interpretar el comportamiento de los iones en los fenómenos eléctrolíticos. Sin embargo, hasta 1890 y gracias a las experiencias de Perrin, Thomson y Zeeman (v.), entre otros, no quedó perfectamente aclarada su existencia; posteriormente, nuevos hechos experimentales y teorías evolutivas permitieron establecer la constancia de la carga electrónica y relacionarla con la estructura del átomo.

Es interesante recordar una controversia histórica que durante algunos años se mantuvo entre físicos alemanes e ingleses, con motivo del descubrimiento de los rayos catódicos, que luego resultaron ser haces de e.; dichos rayos se llamaron así porque en las descargas eléctricas realizadas en el seno de gases enrarecidos parecían proceder del cátodo, o electrodo negativo; los ingleses sugerían que tales rayos debían tener naturaleza corpuscular y consistir en partículas con carga eléctrica, mientras que -los alemanes, por el hecho de que dichos rayos eran capaces de atravesar laminillas delgadas, pensaban que se trataba de una radiación electromagnética análoga a la luz, pues ésta también puede pasar a través de los cuerpos transparentes. La controversia fue zanjada por el inglés Thomson al conseguir poner de manifiesto que los rayos catódicos eran desviados por los campos eléctrico y magnético, y que tal desviación era análoga cualitativamente, a la que experimentaría una corriente eléctrica que fuera del ánodo, o electrodo positivo, al cátodo; de esta forma quedó demostrado a la vez que se trataba de partículas con carga y que ésta era negativa, pues equivalían a una corriente que fuera en sentido opuesto.

Posteriormente, el mismo Thomson, al medir la relación e/m, entre la carga y la masa de tales partículas, mediante un método que ponía en juego la desviación en un campo eléctrico y otro magnético, encontró que dicho valor, denominado carga específica, era siempre el mismo, con independencia del gas residual existente dentro del tubo en que tenía lugar la descarga; esto parecía demostrar que se trataba de cargas eléctricas puras, sin soporte material, es decir, que no eran iones. Por otra parte, de los fenómenos electrolíticos se había obtenido para la carga del electrón un valor que resultaba de dividir la carga de 96.500 culombios (C), llamada Faraday, por el número de Avogadro (número de moléculas existentes en un mol de cualquier sustancia); en consecuencia, se podía dar el valor de m, masa del e., en relación, p. ej., a la del ion de hidrógeno o protón, resultando ser aquélla unas 2.000 veces inferior.

Cuando el método de Thomson se aplicó a las partículas eléctricas emitidas por los filamentos incandescentes (efecto Edison), o a los rayos beta de los cuerpos radiactivos, se obtenía también siempre la misma carga específica, e/m, demostrándose con ello que en todos los casos se trataba del e. o carga eléctrica elemental libre, cuya masa, más que material, resultaba ser de carácter electromagnético. Las determinaciones más recientes del valor de la citada carga específica conducen al resultado de (1,75890±0,00002)-1011 C . Kg-1.

A principios de siglo, el físico norteamericano Millikan (v.) ideó un ingenioso método para medir con gran precisión las cargas eléctricas sumamente pequeñas existentes en diminutas gotitas de aceite, que se electrificaban por frotamiento con el pulverizador que las producía consiguiendo poner de manifiesto que, en todos los casos, las cargas de dichas gotas eran múltiplos de una carga igual a1,60.10-19 C,que en consecuencia resultaba ser la del e.

Dualidad onda-corpúsculo. De esta forma quedaba claramente establecida, al parecer, la individualidad del e. como partícula o corpúsculo elemental, dotado de carga y masa; pero en 1924, L. de Broglie (v.), físico y aristócrata francés, sugirió que las interacciones del e. con los átomos y en especial su comportamiento en el seno de éstos, podía interpretarse mucho más satisfactoriamente admitiendo que el movimiento de las partículas dependía de cierta onda asociada al corpúsculo, al que acompaña constantemente y cuya longitud de onda vendría dada por el cociente entre la constante de Planck (v.) y la cantidad de movimiento (masa por velocidad) del e.

Esta sugerencia fue comprobada experimentalmente por Davisson y Germer quienes, al hacer pasar un haz corpuscular de e. a través de un cristal natural, observaron que el comportamiento de dicho haz era análogo al de uno luminoso cuya longitud de onda fuera la postulada por L. de Broglie. En consecuencia, el e., a pesar de haber sido concebido inicialmente como corpúsculo, resultaba estar dotado también de cierta naturaleza ondulatoria, por lo que se habla con frecuencia de su doble naturaleza corpúsculo-onda.

La idea del e. como onda-corpúsculo requiere, además, asignar al e. una nueva propiedad: su spin; esto surgió ante la necesidad de interpretar los espectros ópticos, que obligó a Uhlenbeck y Goudsmit a admitir, en 1925, para explicar la estructura fina de las rayas espectrales, que, aparte de masa y carga, el e. poseía un momento cinético o angular, lo que corresponde a la imagen mecánica de que el e. es capaz de un movimiento de giro alrededor de su propio eje, o pivotamiento, como el de una peonza; dicha nueva magnitud, de carácter vectorial, denominada spin, vale para el e.

1 h 2 2ª (h es la constante de Planck), valor que resulta ser la unidad de momento cinético o angular, para las partículas elementales (v.).

Otras partículas. En esta breve referencia histórica del e. hemos hablado exclusivamente del e. negativo. La idea de la existencia de cargas eléctricas elementales negativas bastaba para interpretar un sinfín de fenómenos y, entre ellos, el de la corriente eléctrica, que consiste en un flujo de e. negativos en sentido contrario al que se asigna a la corriente que circula por un conductor metálico. Sin embargo, Dirac (v.), en un trabajo teórico publicado hacia 1929, predecía en cierto modo la existencia de e. de ambos signos, aunque el e. positivo o positrón no fue descubierto hasta 1932 por Anderson, en el estudio de los rayos cósmicos (v.) al encontrar en la cámara de niebla (llamada así porque las partículas que lleguen a ella se detectan en forma de trazas de niebla a que dan lugar los iones producidos a su paso), situada en un campo magnético, dos trazas análogas de curvatura opuesta, de forma que si una de ellas se identificaba como correspondiente a un e. negativo, la otra tenía que ser debida forzosamente al positrón o antipartícula del e. Hoy día se conocen diversos procesos en que se producen pares positrón-electrón, o positrones aislados. Lo que ocurre es que estas partículas son tan inestables que su vida es muy efímera y apenas producidas desaparecen en un proceso de aniquilamiento con el e. negativo, durante el cual la masa de ambos se transforma íntegramente en energía (v. ENERGÍA I, 2), que aparece en forma de radiación electromagnética; recíprocamente, el proceso que da lugar a la formación de pares consiste en la materialización de un cuanto hv=(2 me-cz)+energía cinética de los dos electrones. Ambos procesos, el de aniquilamiento y el de materialización, constituyeron la primera evidencia experimental de la equivalencia entre masa y energía, postulada por la teoría de la relatividad (v.).

V. t.: ÁTOMO; IONIZACIÓN; ELECTRÓNICA; TEORÍA DE LA RELATIVIDAD.

1. CATALÁ DE ALEMANY.

BIBL.: J. CATALÁ, Física General, Valencia 1966; B. RYDER, Electrónica, Madrid 1965; R. DAVID, L´électronique, París 1964.