Electricidad

La electricidad  es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:

·         Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

·         Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor. Se mide en amperios.

·         Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

·         Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo. Se mide en voltios.

·         Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

 

Historia de la electricidad.

La historia de la electricidad se refiere al estudio y uso humano de la electricidad, al descubrimiento de sus leyes como fenómeno físico y a la invención de artefactos para su uso práctico.

El fenómeno en sí, fuera de su relación con el observador humano, no tiene historia; y si se la considerase como parte de la historia natural, tendría tanta como el tiempo, el espacio, la materia y la energía. Como también se denomina electricidad a la rama de la cienciaque estudia el fenómeno y a la rama de la tecnología que lo aplica, la historia de la electricidad es la rama de la historia de la ciencia y de lahistoria de la tecnología que se ocupa de su surgimiento y evolución.

Uno de sus hitos iniciales puede situarse hacia el año 600 a. C., cuando el filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una lana o piel, se obtenían pequeñas cargas (efecto triboeléctrico) que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Cerca de la antigua ciudad griega de Magnesia se encontraban las denominadas piedras de Magnesia, que incluían magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos de hierro. Las palabras magneto (equivalente en español a imán) y magnetismo derivan de ese topónimo.

La electricidad evolucionó históricamente desde la simple percepción del fenómeno, a su tratamiento científico, que no se haría sistemático hasta el siglo XVIII. Se registraron a lo largo de la Edad Antigua y Media otras observaciones aisladas y simples especulaciones, así como intuiciones médicas (uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza) referidas por autores como Plinio el Viejoy Escribonio Largo,u objetos arqueológicos de interpretación discutible, como la Batería de Bagdad, un objeto encontrado en Irak en1938, fechado alrededor de 250 a. C., que se asemeja a una celda electroquímica. No se han encontrado documentos que evidencien su utilización, aunque hay otras descripciones anacrónicas de dispositivos eléctricos en muros egipcios y escritos antiguos.

Esas especulaciones y registros fragmentarios son el tratamiento casi exclusivo (con la notable excepción del uso del magnetismo para la brújula) que hay desde la Antigüedad hasta la Revolución científica del siglo XVII; aunque todavía entonces pasa a ser poco más que un espectáculo para exhibir en los salones. Las primeras aportaciones que pueden entenderse como aproximaciones sucesivas al fenómeno eléctrico fueron realizadas por investigadores sistemáticos como William Gilbert, Otto von Guericke, Du Fay, Pieter van Musschenbroek(botella de Leyden) o William Watson. Las observaciones sometidas a método científico empiezan a dar sus frutos con Luigi Galvani,Alessandro Volta, Charles-Augustin de Coulomb o Benjamin Franklin, proseguidas a comienzos del siglo XIX por André-Marie Ampère,Michael Faraday o Georg Ohm. Los nombres de estos pioneros terminaron bautizando las unidades hoy utilizadas en la medida de las distintas magnitudes del fenómeno. La comprensión final de la electricidad se logró recién con su unificación con el magnetismo en un único fenómeno electromagnético descrito por las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).

Simbologia de la electricidad

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Magnitudes Electricas

   TENSIÓN O VOLTAJE

   La Tensión es la diferencia de potencial entre dos puntos. En física se llama d.d.p (diferencia de potencial) y en tecnología Tensión o Voltaje. Como ya debemos saber por el estudio de la carga eléctrica la tensión es la causa que hace que se genere corriente por un circuito. 

   En un enchufe hay tensión (diferencia de potencial entre sus dos puntos) pero OJO no hay corriente. Solo cuando conectemos el circuito al enchufe empezará a circular corriente (electrones) por el circuito y eso es gracias hay que hay tensión.

    Entre los dos polos de una pila hay tensión y al conectar la bombilla pasa corriente de un extremo a otro y la bombilla luce. Si hay mayor tensión entre dos polos, habrá mayor cantidad de electrones y con más velocidad pasaran de un polo al otro. 

   La tensión se mide en Voltios. Cuando la tensión es de 0V (cero voltios, no hay diferencia de potencial entre un polo y el otro) ya no hay posibilidad de corriente y si fuera una pila diremos que la pila se ha agotado. El aparato de medida de la tensión es elvoltimetro.

    Pero ¿Quien hace que se mantenga una tensión entre dos puntos? Pues los Generadores, que son los aparatos que mantienen la d.d.p o tensión entre dos puntos para que al conectar el circuito se genere corriente. la tensión se mide en Voltios (V). Estos generadores pueden ser dinamos, alternadores, pilas, baterías y acumuladores.

   INTENSIDAD DE CORRIENTE

   Es la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo. Imaginemos que pudiésemos contar los electrones que pasan por un punto de un circuito eléctrico en un segundo. Pues eso seria la Intensidad. Se mide en Amperios (A). Por ejemplo una corriente de 1 A (amperio) equivale a 6,25 trillones de electrones que han pasado en un segundo. ¿Muchos verdad?. La intensidad se mide con el amperimetro.

   RESISTENCIA ELÉCTRICA

   Los electrones cuando en su movimiento se encuentran con un receptor (por ejemplo una lámpara) no lo tienen fácil para pasar por ellos, es decir les ofrecen una resistencia. Por el conductor van muy a gusto porque no les ofrecen resistencia a moverse por ellos, pero los receptores no. Por ello se llama resistencia a la dificultad que se ofrece al paso de la corriente. 

   Todos los elementos de un circuito tienen resistencia, excepto los conductores que se considera caso cero. Se mide en Ohmios (Ω). La resistencia se representa con la letra R.

   La resistencia se suele medir con el polímetro, que es un aparato que mide la intensidad, la tensión y por supuesto también la resistencia entre dos puntos de un circuito o la de un receptor. Para saber más sobre las resistencias te recomendamos este enlace Resistencia Eléctrica.

   POTENCIA ELÉCTRICA

   La potencia eléctrica la podemos definir como la cantidad de.......
   
   ¿Por qué? Pues porque depende del tipo de receptor que estemos hablando. Por ejemplo de una Lámpara o Bombilla sería la cantidad de luz que emite, en un timbre la cantidad de sonido, en un radiador la cantidad de calor. Se mide en vatios (w) y se representa con la letra P.

   Una lámpara de 80w dará el doble de luz que una de 40w.

   Por cierto, su fórmula es P=V x I (tensión en voltios, por Intensidad en Amperios).

   Si quieres saber más sobre la potencia vete a esta enlace: Potencia Electrica

   ENERGÍA ELÉCTRICA

   La energía eléctrica es la potencia por unidad de tiempo. La energía se consume, es decir a más tiempo conectado un receptor más energía consumirá. También un receptor que tiene mucha potencia consumirá mucha energía. Como vemos la energía depende de dos cosas, la potencia del receptor y del tiempo que esté conectado.

   Su fórmula es E= P x t (potencia por tiempos)

   Su unidad es el w x h (vatio por hora) pero suele usarse un múltiplo que es el Kw x h (Kilovatios por hora)
   
   Si ponemos en la fórmula la potencia en Kw y el tiempo en horas ya obtendremos la energía en Kw x h.
   
   Aquí tenemos una tabla con las principales magnitudes eléctricas y sus fórmulas:

MAGNITUD	SIMBOLO	UNIDAD	SIMBOLO	FÓRMULA
CARGA	C	CULOMBIO	C
TENSIÓN	V	VOLTIOS	V	V = I x R
INTENSIDAD	I	AMPERIOS	A	I = V/R
RESISTENCIA	R	OHMIOS	Ω	R = V/I
POTENCIA	P	VATIOS	W	P = V x  I
ENERGÍA	E	VATIO POR HORA	w x h	E = P x t

Ley de Ohm La ley de Ohm   dice que: "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo". En el Sistema internacional de unidades: I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω) La diferencia de potencial del generador "empuja " a moverse a los electrones, pero los cables y los demás elementos del circuito frenan este movimiento.

Electrostática y Electrodinamica

 La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas
La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro. 

La electrodinámica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolución temporal en sistemas donde interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento. 
Una partícula acelerada pierde energía emitiendo radiación. Este hecho complicó el desarrollo del modelo atómico de Rutherford ya que implicaba que un electrón clásico orbitando alrededor de un núcleo atómico no podía ser estable, ya que los electrones debían perder energía y colapsar contra el núcleo atómico. Este fue una de las motivaciones para construir una teoría cuántica del electromagnetismo. 
Es de suma importancia en la física.

Carga Electrica

Los átomos están constituidos por un núcleo y una corteza (órbitas) En el núcleo se encuentran muy firmemente unidos los protones y los neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Alrededor del núcleo se encuentran las órbitas donde se encuentran girando sobre ellas los electrones. Los electrones tienen carga negativa. Ambas cargas la de los protones (positiva) y la de los electrones (negativa) son iguales, aunque de signo contrario. La carga eléctrica elemental es la del electrón. El electrón es la partícula elemental que lleva la menor carga eléctrica negativa que se puede aislar. Como la carga de un electrón resulta extremadamente pequeña se toma en el S.I.(Sistema Internacional) para la unidad de Carga eléctrica el Culombio que equivale a 6,24 10E18 electrones.

Fuerza entre cargas

Los cuerpos cargados se atraen o se repelen según sean las cargas de distinto o del mismo signo, respectivamente. A las fuerzas de atracción o de repulsión se les da el nombre de fuerzas eléctricas o electrostáticas.

En la simulación siguiente puedes colocar una carga positiva o negativa en la zona de trabajo, un par de cargas (una positiva y la otra negativa) o bien dos láminas de cargas de distinto signo. Al colocar una carga positiva más o menos cerca de cada sistema de cargas, verás dibujada la fuerza que actúa sobre ella, mayor cuanto más larga sea la flecha que representa la interacción.

El estudio de estas fuerzas fue realizado por Charles A. de Coulomb (1736-1806). Este físico francés, tras inventar un método (la balanza de torsión) de medida de fuerzas de pequeña magnitud, lo aplicó para medir la fuerza que ejerce una esfera fija cargada sobre otra móvil, también cargada. En 1785, como resultado de esa investigación, formuló la ley que describe las fuerzas de interacción entre dos cargas eléctricas.

Campos Magnetico y Electrico

 CAMPO MAGNÉTICO.

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H.

Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel:

CAMPO ELÉCTRICO.

Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.

Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc.

Electromagnetismo

El electromagnetismo es la parte de la electricidad que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados como independientes hasta 1820, cuando su relación fue descubierta por casualidad.

Así, hasta esa fecha el magnetismo y la electricidad habían sido tratados como fenómenos distintos y eran estudiados por ciencias diferentes. Sin embargo, esto cambió a partir del descubrimiento que realizó Hans Christian Oersted, observando que la aguja de una brújula variaba su orientación al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella. Los estudios de Oersted  sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno: las fuerzas magnéticas proceden de las fuerzas originadas entre cargas eléctricas en movimiento.

El electromagnetismo es la base de funcionamiento de todos los motores eléctricos y generadores eléctricos.

Potencial y tensión electrica

La Tensión Eléctrica también se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro, su unidad de medida es el voltio. La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico, que es un campo conservativo.

Función

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones, parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y en ausencia de una fuente externa generador, esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico, este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica. Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto o potencial se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial se defina como cero.

Tipos de tensión eléctrica

·         Analogía hidráulica: Suele usarse una analogía para entender de forma sencilla e intuitiva los conceptos básicos de electricidad, se supone un camino cerrado de tuberías en forma de circulo compuesto por:

Agua: Son los electrones que se mueven para hacer algún trabajo, bomba propulsora de agua, en el equivalente eléctrico seria la fuente de voltaje que ejerce presión sobre el agua. Si la bomba está apagada no fluye agua. Si la bomba está encendida hay una diferencia de tensión que mueve el agua.
Zona de la tubería muy estrecha el agua tendrá dificultades para pasar por una tubería estrecha es el equivalente a la resistencia eléctrica, que impide el paso de agua. 

·         Tensión en componentes pasivos: La diferencia de potencial entre los terminales de un componente pasivo dependen de las características del componente y de la intensidad de corriente eléctrica.

·         Tensión en un condensador: Un condensador sencillo son dos placas paralelas de un material conductor en un medio aislante eléctrico, la tensión en un condensador produce un flujo de electrones en donde en una placa queda un exceso de electrones y en la otra falta de ellos.

·         Tensión en una bobina: Una bobina es un conductor o alambre enrollado en espiral, las bobinas se ocupan en corriente alterna, que es una corriente que cambia de magnitud con el tiempo, generando una diferencia de potencial en sus terminales. 

·         Tensión eficaz: La tensión eficaz o valor eficaz de la tensión es el valor medido por la mayoría de los voltímetros de corriente alterna. Equivale a una tensión constante que, aplicada sobre una misma resistencia eléctrica, consume la misma potencia eléctrica, transformando la energía eléctrica en energía térmica por efecto Joule.

 

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).

Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.

La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.

Conductividad y resistividad

Conductividad eléctrica:. Es la capacidad de un material para transportar energía.

Resistividad eléctrica: es la magnitud característica que mide la capacidad de un material para oponerse al flujo de una corriente eléctrica. También recibe el nombre de resistencia específica. La resistividad se representa por ρ y se mide en ohmio metro.

Precauciones frente al manejo de electricidad

1. La instalación eléctrica de nuestra vivienda tiene que disponer de un cuadro de mandos y protección con interruptores diferenciales y magneto-térmicos y toma a tierra de la instalación.
2. Evitar la sobrecargas de las líneas no conectando aparatos de gran potencia excepto en los circuitos de la cocina. Ya que puedes provocar un incendio. 
3. Hay que conectar los electrodomésticos en un enchufe con toma a tierra.
4. No manipular electricidad con las manos u otra parte del cuerpo que tenga contacto con agua.
5. Arregle toma corrientes flojos, cables expuestos y cubiertas rotas.

Corriente Electrica

Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

	En un circuito eléctrico cerrado la.corriente circula siempre del polo.negativo al polo positivo de la.fuente de fuerza electromotriz.(FEM),

Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas. Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.

Generación de la energía electrica

1.     Las centrales termoeléctricas generan residuos contaminantes.

Actualmente la energía eléctrica se puede conseguir de varias formas. La más común se produce a través de las centrales termoeléctricas. En ellas se queman combustibles fósiles como el carbón o el petróleo que producen calor. Estas centrales generan residuos contaminantes y además, generan recursos agotables.

2.     Las centrales hidroeléctricas, solares y eólicas utilizan energías renovables.

Hay otras fuentes que generan energías renovables, aquellas que están en la naturaleza y no se acaban. Por ejemplo, el agua. Las centrales hidroeléctricas utilizan la fuerza del agua para generar electricidad. O el sol, por medio de las centrales solares, que son instalaciones que se basan en el calentamiento de un líquido mediante la radiación solar para generar esa energía eléctrica. El viento también es fuente de electricidad, por medio de las centrales eólicas. El viento mueve sus hélices y ellas producen electricidad.

3.     Las centrales geo termoeléctricas obtienen energía de la corteza terrestre.

También se puede obtener energía eléctrica del calor que se almacena dentro de la corteza terrestre. Es la que se obtiene en las centrales geo termoeléctricas

 

4.     Las centrales nucleares son las más polémicas.

Las centrales más polémicas son las nucleares. En ellas se genera electricidad mediante la utilización de un combustible nuclear que sometido a reacciones nucleares proporciona calor. En caso de accidente, los materiales que se utilizan pueden producir radiación y ser peligrosos para la salud.