Rompiendo Mitos: Electricidad.

 Este es el primer artículo de una serie que tengo prevista llamar:
Rompiendo Mitos

La electricidad no viaja por dentro del cable: viaja alrededor de él

Introducción: rompiendo el mito clásico

La explicación habitual nos dice que la electricidad circula “como agua en una tubería”, moviéndose por dentro del cable gracias al desplazamiento de electrones. Es una metáfora práctica, pero engañosa.

En realidad, la energía eléctrica se transmite a través del campo electromagnético que rodea al conductor. Este campo resulta de la interacción entre el campo eléctrico (E) y el campo magnético (B). La energía fluye en el espacio, no tanto dentro del metal, y su dirección y densidad quedan descritas por el vector de Poynting.

1) Maxwell: el arquitecto de la visión moderna

James Clerk Maxwell (1831–1879) unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos en un conjunto de ecuaciones que hoy son la base de la electrodinámica.

Su trabajo mostró algo revolucionario:
- Las cargas eléctricas generan campos eléctricos, como había propuesto Gauss.
- Las corrientes generan campos magnéticos (también Gauss).
- Pero además, los campos variables generan nuevos campos, dando lugar a ondas que pueden viajar por el espacio.

En este marco, la energía deja de ser un “fluido en el cobre” y pasa a ser algo que existe en los campos, moviéndose a la velocidad de la luz y entrando a los materiales desde su entorno.

2) Poynting y la pista decisiva

En 1884, John Henry Poynting formuló la expresión que describe la densidad y dirección del flujo de energía:

S = (1/μ0) (E × B)

Sin matemáticas complejas: donde E y B son perpendiculares, la energía fluye en dirección perpendicular a ambos. Esto significa que la potencia que llega a una bombilla, resistencia o motor no viaja “por dentro del cobre”, sino que entra radialmente desde fuera, impulsada por el campo electromagnético.

3) Los electrones: lentos acompañantes, no protagonistas

- Los electrones sí se mueven, pero muy despacio: su velocidad de deriva en un cable doméstico es de apenas unos pocos milímetros por segundo.
- En cambio, el campo electromagnético —y con él la energía— se propaga a casi la velocidad de la luz en el medio aislante del cable.
- La función real de los electrones es crear la distribución de cargas de superficie que define la geometría del campo y permite que la energía viaje de la fuente a la carga.  (Del elemento productor al elemento consumidor).

4) AC y DC: distintos ritmos, mismo mecanismo

DC (corriente continua): los campos son estáticos, y el vector de Poynting empuja continuamente la energía desde la batería hacia la resistencia.

AC (corriente alterna): los campos oscilan; la energía fluye de un lado a otro en cada ciclo, pero siempre guiada por el campo en el espacio entre los conductores. Aquí aparecen fenómenos como el efecto pelicular, pero el principio sigue siendo idéntico: la energía va por fuera, no por dentro.

5) El papel de Gauss en esta historia

Gauss (1777 – 1856) matemático y físico, fue el creador de las leyes que configuran los campos E (eléctrico) y B (magnético), así como los efectos de dichos campos en distintos ámbitos. Las leyes de Gauss, integradas en las ecuaciones de Maxwell, nos dan la clave de por qué los campos pueden organizar el flujo de energía:

- Ley de Gauss para E: el flujo eléctrico a través de una superficie depende de la carga encerrada. Es decir, las cargas de superficie en los conductores son la fuente del campo eléctrico que guía la energía.
- Ley de Gauss para B: el flujo magnético neto siempre es cero. Las líneas de B se cierran alrededor de las corrientes, proporcionando la otra mitad del “engranaje” que, junto a E, produce el transporte de energía.

Cuando combinamos estas leyes con el vector de Poynting, entendemos que la energía no recorre por dentro del metal, sino por la región de espacio alrededor del conductor.

6) Ejemplos cotidianos que lo ilustran

- Transformadores: la energía pasa de un bobinado a otro a través del campo en el núcleo, no por contacto metálico.

- Cables de alta tensión: la energía fluye por la región alrededor de los cables, guiada por éstos entre las fases.

- Radio, Microondas y Wi-Fi: en estas frecuencias, la energía viaja libremente como onda electromagnética, sin necesidad de conductores.

- Cables coaxiales: confinan la energía en el espacio entre el vivo y la malla, gracias a la geometría de los campos.

7) De Gauss a hoy: evolución del concepto

- Gauss creó las leyes conceptuales de los capos E y B.

- Maxwell: estableció el marco matemático de los campos.

- Poynting: mostró cómo fluye la energía.

- Heaviside y Umov: generalizaron estas ideas.

- Feynman: divulgó la noción de que la energía entra en los elementos de consumo desde el exterior.

- Investigaciones modernas (AJP, MIT, Princeton): han confirmado experimentalmente que el flujo de energía coincide con la potencia medida en circuitos reales.

Conclusión: cambiar la forma de imaginar la electricidad

Entender que la energía viaja en los campos y no como electrones “corriendo por dentro de los cables” cambia nuestra visión de la electricidad.

Diseñar un circuito no es solo colocar cables: es dar forma al espacio donde viaja la energía. Es un cambio de paradigma iniciado por Gauss, Maxwell y Poynting hace más de un siglo, y confirmado por la física moderna.

La electricidad, en última instancia, es energía viajando a la velocidad de la luz por el espacio cercano a los conductores, y los electrones son meros acompañantes que sostienen el escenario de ese viaje. Lo que mide el contador eléctrico de nuestra casa es la energía y no los electrones como es de creencia común.

 

Fuentes recomendadas

- Feynman Lectures on Physics, Vol. II, Cap. 27: https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_27.html
- Poynting, J. H. (1884). On the Transfer of Energy in the Electromagnetic Field: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1884.0016
- Harbola, M. K. (2010). Energy flow from a battery to other circuit elements: https://sharif.edu/~aborji/25733/files/Energy%20flow%20from%20a%20battery%20to%20other%20circuit%20elements.pdf
- MIT – Energy Flow and the Poynting Vector: https://web.mit.edu/8.02t/www/mitxmaterials/Presentations/Presentation_W14D1.pdf
- McDonald, K. T. – Flow of Energy and Momentum in a Coaxial Cable: https://kirkmcd.princeton.edu/examples/coax_momentum.pdf
- Herrmann, F. (1986). The Poynting vector field and the energy flow within a transformer: https://www.karlsruher-hysikkurs.de/download/poynting_transformer.pdf