La Capa Física (II)
por Luciano Moreno, del departamento de diseño web de BJS Software.

Conceptos físicos.-

Vamos a estudiar a continuación algunos de los conceptos físicos necesarios para comprender cómo se usan las ondas eléctricas para transportar información en el proceso de comunicación de dos host en internetworking. Como la finalidad de este estudio no es desarrollar un manula de Física y/o Química, si no la aplicación concreta de estas ciencias al mundo de las redes, dejamos al lector la tarea de ampliar aquellos conceptos que sólo vamos a enunciar o desarrollar someramente.

Constitución de la materia.-

Nuestro Universo está formado básicamente por materia, entendiendo por materia todo aquello que tiene masa y ocupa un espacio. Pero la materia no es una cosa continua, indivisible, si no que está constituida por unos elementos básicos denominados átomos. Los átomos se unen entre si para formar moléculas, y las moléculas se unen para formar la materia compleja.

A su vez, los átomos están formados por tres elementos constitutivos básicos:

• electrones: partículas con carga negativa.
• protones: partículas con carga positiva.
• neutrones: partículas sin carga, más pesadas que las anteriores.

Los neutrones y los protones se sitúan unidos en la parte central del átomo, denominada nucleo, mientras que los electrones giran libremente alrededor del núcleo, dentro de unos espacios determinados, definidos por diferentes niveles de energía, como si fueran las capas de una cebolla. La última capa es de suma importancia para el comportamiento del átomo, conociendose sus electrones con el nombre de electrones de valencia.

El tamaño de los electrones en relación al nucleo, y el de éste respecto al átomo completo, son muy pequeños; si comparamos un átomo con un campo de futbol, el nucleo sería el balón, situado en el punto de saque central, mientras que cada electrón sería como un garbanzo girando por las gradas. Como podéis deducir, la mayor parte del átomo está vacía.

Un átomo puede tener diferente número de electrones, protones y neutrones, aunque generalmente el número de electrones será igual al de protones, para garantizar la neutralidad de carga del átomo.

Se conoce con el nombre de elemento a toda porción de materia formada por átomos iguales. Así, el elemento Hidrogeno, el más simple de los existentes en la Naturaleza, está formado por átomos iguales, constituidos por un sólo protón en el nucleo y un sólo electrón girando alrededor. Conforme aumenta el número de protones (y de forma acorde el número de electrones y neutrones) vamos obteniendo los diferentes elementos conocidos, cada vez más complejos.

Al estudiar las propiedades de los diferentes elementos, los científicos se dieron cuenta de que estas se repetían dependiendo del número de electrones, especialmente del número de electrones de valencia (los de la última capa, la más externa). Con esta base, clasificaron los elementos en una tabla, denominada tabla periodica de los elementos, llamada así porque de forma periodica se repetían las propiedades de los elementos, clasificados en columnas:

Los átomos se unen entre si para formar materia más compleja, en unidades denominadas moléculas. Un ejemplo de molécula es la del agua, formada por dos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno. Con esta base, definimos un material como una agregación de moléculas (o de átomos) tal que define una porción de materia con propiedades determinadas y específicas. Materiales son el acero, la madera, el granito, etc.

Electricidad.-

Hemos visto que los electrones y los protones, elementos constituyentes de la materia, poséen carga eléctrica positiva o negativa, tendiendo la Naturaleza a igualar el valor de ambos tipos de carga para producir unidades neutras.

Bien, imaginemos que por cualquier causa un material queda con un exceso de electrones, lo que hará que se convierta en una estructura inestable, deseosa de soltar esos electrones sobrantes para recuperar su neutralidad, cosa que hará en cuanto se ponga en contacto con otro materias con defecto de electrones o con un material absorvente de cargas, como la Tierra. Para que se produzca este paso de electrones del material "cargado" al material absorvente o positivo es necesario que ambos se unan mediante algún material intermedio tal que permita el paso de los electrones por él. A estos materiales se les denomina conductores, y si vamos a la tabla periodica veremos que se corresponden con los elementos o materiales que conocemos con el nombre de metales o metálicos. Por el contrario, los materiales que no permiten el paso fácil de electrones a través de ellos se denominan aislantes. Materiales conductores son el cobre, el hierro y el platino, mientras que aislantes son el plástico, la madera y la cerámica.

Al exceso o defecto de electrones en una material se le denomina carga eléctrica, y al paso de estos electrones de un material a otro, corriente eléctrica. La corriente eléctrica se produce siempre discurriendo los electrones desde el material cargado negativamente al cargado positivamente.

Cuando se separan en un cuerpo los electrones de los protones se produce un desequilibrio eléctrico, de cargas, que hace que el material tienda por si mismo a recuperar la estabilidad de carga en cuanto pueda, produciendose una fuerza potencial que tiende a recuperar dicha estabilidad, fuerza que se conoce con el nombre de potencial eléctrico o tensión eléctrica. Un potencial eléctrico es pués una fuerza potencial originada por un desequilibrio de cargas, y se mide en unidades denominadas voltios.

La base de toda nuestra red eléctrica, del funcionamiento de nuestros electrodomésticos y de nuestros equipos informáticos es precisamente esta fuerza potencial eléctrica, que origina que cuando unimos una fuente de cargas negativas con un material con carga positiva o absorvente de cargas (batería, enchufe eléctrico, etc.) por medio de un conductor, se produzca un paso de electrones (corriente eléctrica) por el conductor, paso que seguirá mientras no se equilibren totalmente las cargas. En el caso de un electrodoméstico cualquiera, o de un PC, el intercambio de electrones se produce entre el polo negativo y el polo de referencia (absorvente) del enchufe al que está conectado.

El conjunto formado por una fuente de electrones, un conductor, una serie de dispositivos eléctricos/electrónicos intermedios y un sumidero de electrones se conoce con el nombre de circuito eléctrico, y por él viaja la electricidad produciendo diferentes efectos físicos en los elementos que atraviesa. Para que en un circuito se produzca el paso de la corriente, este debe estar cerrado, es decir, con elementos conductores unidos de forma contínua. Un ejemplo práctico de esto es el circuito formado por una pila, un cable y una bombilla.

Tipos de corriente eléctrica.-

Existen dos tipos fundamentales de corriente:

1. Corriente contínua: Aquella en que el valor del potencial eléctrico es siempre constante con el tiempo. Es la producida por las baterías o pilas comunes.

2. Corriente alterna: Aquella en la que el valor del potencial eléctrico varía, en función del tiempo, entre un valor positivo y otro negativo. Es la corriente producida en los alternadores y plantas hidroeléctricas, y es la que recibimos en nuetros hogares por el cableado y enchufes convencionales.

Generalmente, los componentes internos de un equipo informático funcionan con corriente contínua de poco potencial (0.5-6 Voltios), mientras que la corriente que no llega desde el exterior, a través de las tomas de pared, es alterna y de potencial más elevado (125-220 Voltios). Para transformar un tipo de corriente en otra, los equipos llevan un dispositivo especial al efecto, denominado fuente de alimentación.

Por otra parte, la información viaja en el interior del equipo en forma de impulsos eléctricos de corriente contínua, que para ser transportados por los medios de red deben ser transformados en impulsos de corriente alterna. Vamos a ver cómo se produce esta transformación.

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