Electricidad
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La electricidad en su manifestación natural más imponente: el relámpago
La electricidad es un fenómeno físico originado por
cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo produce
fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas
magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas. La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula fundamental más ligera que lleva carga eléctrica es el
electrón, que transporta una unidad de carga. Los
átomos en circunstancias normales contienen electrones, y a menudo los que están más alejados del
núcleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los
metales, proliferan los electrones libres. De esta manera un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación de los electrones. Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga eléctrica positiva y negativa, por lo tanto es eléctricamente neutro. La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas positivas en el núcleo.
Tabla de contenidos[
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1 Historia2 Energía eléctrica3 Corriente eléctrica4 Véase también5 Enlaces externos//
Historia
Hacia el año
600 adC, el filósofo griego
Tales de Mileto observó que frotando una varilla de
ámbar con una piel o con lana, se podía crear pequeñas cargas, que atraian pequeños objetos. También habían observado que si la frotaban mucho tiempo podían causar la aparición de una chispa.
Cerca de Mileto, (en la actualidad
Turquía), se encuentra un sitio arqueológico llamado Magnesia, donde en la antigüedad se encontraron trozos de magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos de hierro. La palabra magneto (en español,
imán) proviene del lugar donde se descubrió.
Un objeto es encontrado en
Iraq en
1938, fechado alrededor de
250 adC, llamado la
Batería de Bagdad, 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.
En
1600 el científico inglés
William Gilbert publicó su libro "De Magnete", en donde utiliza la palabra latina electricus derivada del griego elektron, que significa ámbar, para describir los fenómenos descubiertos por los griegos. También estableció las diferencias entre el magnetismo y la electricidad. Estas investigaciones fueron continuadas en
1660 por
Otto von Guericke quien inventó un generador electrostático.
Robert Boyle afirmó en
1675 que la atracción y repulsión pueden producirse en el vacío.
Stephen Gray en
1729 clasificó los materiales como conductores y aislantes.
C.F. Du Fay fue el primero en identificar los dos tipos de
carga eléctrica que más tarde se llamarían positiva y negativa.
Pieter van Musschenbroek inventó en
1745 la
botella de Leyden, un tipo de
capacitor para almacenar cargas eléctricas en gran cantidad.
William Watson experimentó con la botella Leyden, descubriendo en
1747 que una descarga de electricidad estática es equivalente a una
corriente eléctrica.
Benjamin Franklin en
1752 experimentó con la electricidad haciendo volar una
cometa durante una tormenta. Demostró que el
relámpago es debido a la electricidad. Como consecuencia de estas experimentaciones inventó el
pararrayos y formuló una teoría sobre un fluido que explicara la presencia de cargas positivas y negativas.
Charles-Augustin de Coulomb en
1777 inventó una balanza de torsión para medir la fuerza de repulsión y atracción eléctrica. Por este procedimiento formuló el principio de interacción de cargas eléctricas (
ley de Coulomb).
Hans Christian Oersted en
1819 observó que una aguja imantada se orientaba colocándose perpendicularmente a un
conductor al cual se le hacia pasar una corriente eléctrica. Siguiendo estas investigaciones,
Michael Faraday en
1831 descubrió que se generaba una corriente eléctrica en un conductor que se exponía a un
campo magnético variable.
Luigi Galvani en
1790 descubrió accidentalmente que se producen contracciones en los músculos de una rana u otro animal cuando entran en contacto con metales cargados eléctricamente.
Alessandro Volta descubrió que las reacciones químicas podían generar cargas positivas (cationes) y negativas (aniones). Cuando un conductor une estas cargas, la diferencia de potencial eléctrico (también conocido como voltaje) impulsa una corriente eléctrica a través del conductor. La diferencia de potencial entre dos puntos se mide en unidades de
voltio, en reconocimiento al trabajo de Volta.
Humphry Davy en
1807 trabajó con la
electrólisis y aisló de esta forma los
metales alcalinos.
En
1821 el físico alemán
Thomas Seebeck descubrió que se producía una corriente eléctrica por la aplicación de
calor a la unión de dos metales diferentes.
Jean Peltier en
1834 observó el fenómeno opuesto, la absorción de calor mediante el paso de corriente en una unión de materiales.
Georg Simon Ohm en
1827 dio una relación (
Ley de Ohm) que liga la tensión entre dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que pasa por él, definiendo la
resistencia eléctrica. El físico alemán
Gustav Kirchoff expuso dos reglas, llamadas
Leyes de Kirchoff con respecto a la distribución de corriente eléctrica en un circuito eléctrico con derivaciones.
James Prescott Joule en
1841 desarrolló una ley que establece la cantidad de calor que se produce en un conductor por el paso de una corriente eléctrica.
Wheatstone en
1844 ideó su
puente para medir resistencias eléctricas.
En
1878,
Thomas Alva Edison construyó la primera
lámpara incandescente con filamentos de
bambú carbonizado. En
1901 Peter Hewitt inventa la
lámpara de vapor de mercurio.
En
1873, el físico británico
James Clerk Maxwell publicó su obra Tratado sobre electricidad y magnetismo, en donde, por primera vez, reúne en cuatro
ecuaciones la descripción de la naturaleza de los
campos electromagnéticos.
Heinrich Hertz extendió esta teoría y demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de
ondas electromagnéticas, como la
luz. Estas investigaciones posibilitaron la invención del
telégrafo sin cables y la
radio.
Nikola Tesla experimentó con alto voltaje y corriente alterna polifásica de esa manera inventó el
alternador y el primer
motor de inducción en
1882.
Por medio de los trabajos de
Johann Wilhelm Hittorf,
Williams Crookes inventó en
1872 el tubo de
rayos catódicos. Utilizando un
tubo de Crookes el físico alemán
Wilhelm Röntgen descubrió los
rayos X.
Joseph John Thomson investigando el flujo de rayos catódicos, descubrió el
electrón. En
1906 el físico estadounidense
Robert Andrews Millikan, mediante su
experimento de "la gota de aceite", determinó la carga del
electrón.
Actualmente, la comprensión y control del fenómeno eléctrico ha posibilitado la implantación de la electricidad en todos los tipos de aplicaciones industriales del ser humano e incluso en medicina (véase
fisioterapia,
electroterapia).
Energía eléctrica
Subestación eléctrica en
Alcira.
Artículo principal:
Energía eléctricaLa energía eléctrica es la forma de
energía más utilizada. Gracias a la flexibilidad en la generación y transporte se ha convertido para la industria en la forma más extendida de consumo de energía. El transporte por líneas de alta tensión es muy ventajoso y el
motor eléctrico tiene un rendimiento superior a las máquinas térmicas. Los inconvenientes de esta forma de energía son la imposibilidad de almacenamiento en grandes cantidades y que las líneas de transmisión son muy costosas.
Las instalaciones para
generación y el
transporte de la energía eléctrica utilizan generalmente
corriente alterna, debido a que es más fácil reducir o elevar el voltaje por medio de
transformadores. Para el transporte de una cantidad de energía dada, si se eleva la tensión disminuye la intensidad de corriente necesaria, esto disminuye las pérdidas que son proporcionales al cuadrado de la intensidad. Posteriormente, para la distribución se reduce el voltaje en las
subestaciones que gradúan la tensión según se utilicen en la industria (entre 33 kV y 380
Voltios) o en instalaciones domiciliarias (entre 220 y 110 V).
Una
central eléctrica utiliza una fuerza motora para hacer girar un
generador eléctrico con diversas fuentes de energía. Se pueden clasificar las centrales eléctricas según la energía aprovechada.
Central hidroeléctrica: utiliza la energía obtenida en los saltos de agua (
energía hidráulica).
Central termoeléctrica: utiliza la energía obtenida de los combustibles fósiles (
carbón,
fueloil, etc. )
Central nuclear: utiliza la energía obtenida mediante
reactores nucleares.
Centrales de recursos renovables: Utiliza
energía de recursos renovables:
energía solar,
eólica,
mareomotriz y
geotérmica.
La producción mundial en los últimos 40 años aumentó más del 1300%: de 1 billón de
kWh a 13 billones. El índice de producción refleja principalmente la importancia de las necesidades de las grandes potencias industriales.
Estados Unidos ocupa el primer puesto, con más del 26 %, le siguen
China con 8,5 %,
Japón con 7,40 % y
Rusia con 5,80 %. La electricidad de estos grandes productores es esencialmente de origen térmico: Estados Unidos con 70 %, China con el 80 %, Japón con el 59 % y Rusia con el 66%. La electricidad de origen térmico representa un 63% de la producción mundial, le sigue la hidráulica con el 19%, la nuclear con el 17% y se produce solamente con un 1% con fuentes de energía eólica, solar y geotérmica.
Corriente eléctrica
Efectos de una subida de la tensión
El flujo de
cargas eléctricas pueden generarse en un
conductor pero no existen en los
aislantes. Algunos dispositivos eléctricos que usan estas características eléctricas en los materiales se denominan dispositivos electrónicos.
La
ley de Ohm describe la relación entre la intensidad y la tensión en una corriente eléctrica: la
diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la
intensidad de corriente (I) y a la
resistencia (R). Se describe mediante la fórmula:
La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor se define como la
carga eléctrica (Q) que la atraviesa en una unidad de
tiempo.
Véase también
Tensión eléctricaAlta tensiónBaja tensiónCálculo secciones de líneas eléctricasComisión Nacional de EnergíaEnergía solarSistema de suministro eléctricoBioresonancia