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El hombre primitivo hubo ya de asombrarse de la fuerza eléctrica del rayo, atribuido más tarde por los antiguos griegos, con tanta ingenuidad como sentido poético, a las iras de Júpiter. Pero en aquellos mismos remotos del alumbramiento de las ciencias especulativas y naturales fueron catalogadas, también en Grecia, dos nuevos fenómenos "eléctricos", mucho menos espectaculares, desde luego, pero en alto grado intrigante: la propiedad del ámbar de atraer objetos livianos una vez frotado con un paño de lana, y el insólito comportamiento de cierta piedra magnesia, lugar muy famoso de la antigua tesalia, cuya atracción ejercida permanentemente sobre el hierro no dejaba de admirar a Platón.Tuvieron que transcurrir más de mil años hasta que el italiano Galvani pudiese añadir casualmente a la modestísima serie de conocimientos eléctricos fundamentales acumulados por el hombre, el de un fenómeno de nueva índole: la generación de una corriente eléctrica, provocada poniendo simplemente en contacto la pata de una rana recién muerta y desollada con unos objetos metálicos. A partir de entonces la electrología inicia una deslumbrante y acelerada carrera de descubrimientos y sistematización, hasta llegar en nuestros días a constituir una de las ramas de las ciencias más densas de contenido especulativo y de mayor trascendencia para la sociedad humana por sus casi ilimitadas aplicaciones prácticas.
Se atribuye al griego Thales de Mileto (640-546 A. C) el haber descubierto que una varilla de ámbar frotada con un trozo de piel tiene la propiedad de atraer cuerpos livianos. Fueron éstas las primeras experiencias en las que se tuvo contacto con fenómenos de naturaleza eléctrica. Debieron pasar más de 2. 000 años para que se comprobara que esta propiedad descubiertas por Thales de Mileto, no solo se presentaba el ámbar sino muchos otros materiales, como el vidrio, el plástico, la resina, el azufre, etc.
La palabra electricidad proviene del término elektron (en griego electrón) que significa ámbar.
En 1551 CARDAN, observó las diferencias existentes entre las propiedades magnéticas de la magnetita y las propiedades eléctricas del ámbar.
En 1747 FRANKLIN, distinguió entre electrización positiva y negativa.
Los primeros estudios cuantitativos de la electrización se deben a Priestley y Coulomb, quienes independientemente descubrieron la ley de la atracción y repulsión de cargas eléctricas.
VOLTA resolvió el problema del almacenamiento de la energía construyendo la primera pila eléctrica.
En 1819, el científico danés Hans Oersted notó que una corriente eléctrica crea un campo magnético tal y como ocurre en un imán. Este descubrimiento sirvió para la invención de los generadores y los motores eléctricos. El electromagnetismo no es solo una de las cuatro fuerzas básicas que mantienen unido el universo sino también es toda clase de radiación conocida, incluyendo las ondas de televisión, las ondas de radio, la luz visible, los rayos-X, la gama y los rayos cósmicos.
En 1831, Faraday consiguió la producción de corrientes eléctricas inducidas mediante un campo magnético variable. Las ecuaciones del campo electromagnético de Maxwell, en 1865, supusieron el establecimiento del electromagnetismo clásico que, salvo algunas restricciones, está todavía vigente, a pesar de la teoría Cuántica y de la Relatividad.
CARGA ELÉCTRICA
La carga eléctrica es una propiedad fundamental del cuerpo, la cual mide el exceso o defecto de electrones.
La materia está formada por átomos que, en estado normal, son eléctricamente neutros. Cada átomo tiene en su interior una determinada cantidad de protones (con carga positiva) y la misma cantidad de electrones (con carga negativa) girando alrededor del núcleo. Sin embargo es frecuente que los átomos ganen o pierdan uno o varios electrones. En el primero de los casos el átomo se carga negativamente (electricidad negativa), mientras que en el segundo se
carga positivamente (electricidad positiva). Por lo tanto existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas.
Cuando los átomos de un cuerpo reciben electrones provenientes de los átomos de otro cuerpo, el que recibe electrones adquiere carga eléctrica negativa ya que ahora tiene electrones de más. El cuerpo que ha perdido electrones queda con cargas eléctricas positivas.
Como consecuencia de la existencia de dos tipos de cargas eléctricas puede ocurrir:
- Que dos cuerpos se atraigan: Esto se produce cuando unos de los cuerpos tiene carga positiva y el otro, negativa.
- Que dos cuerpos se rechazan: Esto ocurre cuando ambos cuerpos tienen cargas de igual signo.
Ley de las cargas:
Cargas eléctricas de iguales signos se repelen y cargas eléctricas de signos opuestas se atraen.
Los fenómenos eléctricos pueden deberse a electricidad estática (Electrostática) o pueden ser debidos a la circulación de una corriente eléctrica (Electrodinámica).
La electroestática estudia el comportamiento de la corriente estática. La corriente estática la corriente que no fluye, este efecto se da cuando hay contacto entre dos cuerpos causa que uno gane electrones y otro pierda electrones. Como no hay forma que los electrones regresen al cuerpo original el desbalance se mantiene, si no se mantiene el rozamiento la electricidad estática desaparece. Si un objeto recibe un exceso de electrones adquiere carga positiva, y si le faltan electrones adquiere carga positiva. Todo cuerpo cargado se encuentra rodeado por un campo eléctrico que actúa sobre los cuerpos cercanos a él. Este fenómeno se conocía ya en la antigua Grecia, donde se había observado que al frotar un trozo de ámbar con una tela, aquel era capaz de atraer pequeños objetos tales como trozos de papel. En el griego, el ámbar recibe el nombre de electrón, y de este vocablo se deriva el termino electricidad.
El Ámbar
El ámbar amarillo o succino es una especie de resina fósil que se encontraba en abundancia en las costas del mar Báltico. A causa de su belleza, de su color y de su transparencia, se le usó por espacio de mucho tiempo como objeto de ornamento en los prendidos y en las joyas de lujo de la época. Este material al ser frotado suavemente con un paño o tela atrae cuerpos livianos, como briznas de paja, barbas de pluma, fragmentos de corcho, papel, etc., al realizar esta experiencia, se observa cómo estos cuerpos son atraídos misteriosamente por el ámbar frotado.
Este fenómeno, mencionado por el filósofo Tales de la ciudad de Mileto, capital de Jonia, la mayor ciudad de Grecia en el siglo VII antes de Cristo, se considera, según la mayoría de los historiadores de la Ciencia, el origen de un vasto conocimiento sobre la estructura y comportamiento de la materia. Hoy en día, parte de este conocimiento es designado con el nombre de Electricidad, palabra derivada de
h l e k t r o n (elektron), justamente el nombre griego del ámbar amarillo.
CUERPOS CONDUCTORES: Son cuerpos conductores de la electricidad aquellos que dejan pasar fácilmente la corriente eléctrica. Para que un cuerpo sea conductor necesita tener átomos con muchos electrones libres, que se puedan mover con facilidad de un átomo a otro.
Vistos desde el punto de vista eléctrico, los materiales que son buenos conductores de la electricidad son aquellos cuyos átomos se desprenden con facilidad de los electrones de su última órbita. Estos electrones, los de la última capa del átomo, reciben el nombre de "electrones de valencia" y la última capa en la que orbita "órbita de valencia". Estos electrones son los responsables de que el material del que forman parte sea o no buen conductor
CUERPOS AISLANTES: Se llama así a aquellos cuerpos que no permiten el paso de la corriente eléctrica. Una diferencia de potencial establecida en un material aislante no consigue movilizar a los electrones de dicho material. El diamante, el plástico y la madera son materiales aislantes.
El que un cuerpo se comporte como un conductor o como un aislante depende de su naturaleza. Así los materiales conductores poseen electrones que pueden moverse fácilmente a lo largo del material, mientras que los aislantes tienen los electrones fuertemente ligados.Son ejemplo de materiales aislantes la madera, los plásticos, el caucho y el vidrio. Los metales son conductores y algunas disoluciones también (por ejemplo la sal común disuelta en agua).
El cable para el paso de la corriente está compuesto por filamentos de cobre (conductor) envuelto de un aislante.
La distinción entre conductores y aislantes no es absoluta. Existen muchas situaciones intermedias muy interesantes, como la de los materiales semiconductores (por ejemplo, el silicio), debido a su gran importancia en la fabricación de componentes electrónicos.
ESTADOS ELÉCTRICOS DE UN CUERPO
Cuando cargamos eléctricamente un cuerpo, no estamos creando cargas en el material. La carga eléctrica no se crea ni se destruye; solo se transfiere. Lo anterior es conocido como conservación de la carga.
UNIDADES DE CARGA ELECTRICA
En el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) la carga eléctrica se mide en coulomb. Ejemplo la carga del electrón es:
1 electrón = -1,6 x 10 -19 Coulomb
Sistema Adicional: statCoulomb (stC)
Equivalencia: 1 C = 3 109 stC
MÉTODOS PARA ELECTRIZAR UN CUERPO
1) Frotamiento (fricción)
2) Contacto
3) Inducción
1.- ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO
Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.
Al frotar una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si se frota un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño a al lápiz.
SERIE TRIBOELÉCTRICA
Es una lista de materiales dispuestos en un orden determinado, de tal manera que en un extremo se encuentran los más positivos y en el otro los más negativos eléctricamente.
Frotando dos materiales de la secuencia (ej. cabello humano y poliuretano), el que esté en la posición más alta HACIA EL LADO POSITIVO (cabello) se cargará positivamente, mientras que el que se sitúe más abajo HACIA EL LADO NEGATIVO (poliuretano) se carga negativamente.
Además cuanto más separados estén los materiales en la tabla, más intensa es su electrización, mayor es la carga transferida.
2.- ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO
Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva
Electrización por contacto con cargador negativo
Aquí se necesita un cuerpo previamente cargado, por ejemplo negativamente, y otro neutro.
El procedimiento es muy simple: basta ponerlos en contacto, que se toquen entre sí. Lo que sucede es que mientras dure el contacto la carga total que existe entre ambos cuerpos tiende a dividirse proporcionalmente según las capacidades que tiene cada uno de ellos para poseer carga eléctrica, consecuencia de esto es que el cuerpo que está cargado negativamente le traspasa, a nivel superficial, parte de sus electrones que tenía en exceso al que estaba neutro.
De esta forma el que estaba neutro quedará cargado negativamente y el que estaba cargado previamente seguirá cargado, pero con menor carga que la que tenía.
Al final del proceso ambos cuerpos quedan cargados negativamente y, nuevamente, se tiene que la carga total del conjunto de los dos cuerpos se mantiene constante.
CONEXIÓN A TIERRA
En muchas ocasiones se necesita que un cuerpo esté neutro eléctricamente. El procedimiento que se emplea es el que se conoce como conexión a tierra. Se trata de que el cuerpo, que se supone esté cargado, se conecte a la tierra mediante un conductor.
La tierra tiene la propiedad de atraer los electrones que están en exceso en un cuerpo cargado negativamente o de proveerle de electrones si está cargado positivamente.
3.- ELECTRIZACION POR INDUCCION O INFLUENCIA
Cuerpo cargador Positivo
Igual que el método anterior, necesitamos un cuerpo neutro eléctricamente y otro cargado. Supongamos que el cuerpo cargado tiene carga positiva.
Acercamos los cuerpos sin que haya contacto.
Veremos que en el cuerpo neutro se produce una polarización, donde el cuerpo cargado positivamente atrae a la carga negativa del que está neutro
Posteriormente hacemos contacto a tierra en el cuerpo neutro
Para que se produzca un equilibrio entre los extremos cercanos y polarizados, suben electrones de tierra hacia el cuerpo neutro a través de la conexión a tierra.
Luego se desconecta la conexión a tierra y se separan los cuerpos.
Se observará que el cuerpo neutro quedará cargado negativamente y el que estaba positivo continúa así.
- Cuerpo cargador Negativo
Una de ellas (A) deberá estar electrizada (cuerpo inductor) y la otra (B) neutra (cuerpo inducido). Supongamos, por ejemplo, que el cuerpo (A) este electrizado negativamente y se aproxima al conductor (B)
Es importante tener en cuenta que la carga obtenida por este método es de signo opuesto a la carga del inductor.
DETECCIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
- PÉNDULO ELÉCTRICO
Un electroscopio muy simple puede formarse por una pequeña esfera de plumavit o papel metálico (no electrizada) suspendida por un hilo, a este electroscopio se le suele llamar “péndulo eléctrico”.
Siempre se produce una atracción, luego se neutralizan y finalmente se repelen.
En la imagen se muestra que, al acercar un cuerpo electrizado (positivo o negativo) a la esfera, ésta es atraída; por otro lado cuando se tiene cualquier cuerpo electrizado, éste atrae a esferas sin saber si esta electrizado positivamente o negativamente. En caso que se quiera saber cómo está electrizado el cuerpo es necesario electrizar a la esfera (por ejemplo negativamente), si el cuerpo repele a la esfera éste estará electrizado negativamente, en caso contrario, si lo atrae estaría electrizado positivamente.
Siempre se produce una atracción, luego se neutralizan y finalmente se repelen.
- EL ELECTROSCOPIO
El electroscopio es un instrumento cualitativo, empleado por primera vez por el físico y químico británico Michael Faraday, que demuestra la presencia de cargas eléctricas.
El electroscopio compuesto por dos láminas de metal muy finas colgadas de un soporte metálico en el interior de un recipiente de vidrio u otro material no conductor. Una esfera que recoge las cargas eléctricas del cuerpo cargado que se quiere observar; las cargas, positivas o negativas, pasan a través del soporte metálico y llegan a ambas láminas. Al ser iguales, las cargas se repelen y las láminas se separan. La distancia entre éstas depende de la cantidad de carga.
Es un instrumento que sirve para determinar la presencia o ausencia de cargas eléctricas de un cuerpo.
Para esto, el cuerpo cargado se acerca o se pone en contacto a la esferita metálica, en esta situación las hojas metálicas se abrirán.
¿Cómo funciona el electroscopio?
El electroscopio funciona cumpliendo la cualidad de fuerzas de atracción y repulsión entre cuerpos cargados eléctricamente así como la conductividad en los metales.
En el ejemplo se tomará una barra cargada positivamente, para hacer funcionar un electroscopio se puede ejecutarlo por “contacto” o “inducción”
A) Por inducción.- Cuando la barra cargada positivamente se acerca a la bola de metal (sin tocarla), se producirá una inducción electrostática en el electroscopio.
Los electrones serán atraídos por la barra trasladándose éstas a la bola de metal quedando las cargas positivas en las hojas, rechazándose entre si, por lo cual éstas se abrirán.
Al alejar la barra del electroscopio, los electrones ubicados en la bola se trasladarán a las hojas quedando neutro dichas hojas, motivo por el cual éstas se cerrarán.
- Cargando con cargas negativas
- Cargando con cargas positivas
B) Por contacto.- Cuando la barra cargada positivamente toca a la bola de metal, los electrones del electroscopio pasan a la barra creando en él una deficiencia de electrones quedando cargado positivamente; como quiera que ahora las láminas tienen cargas del mismo signo, se rechazarán y por lo tanto se abrirán.
Al alejar la barra del electroscopio, éste quedará cargado positivamente (signo de la barra) y por lo tanto las hojas permanecerán abiertas (debido a la repulsión electrostática).
¿DÓNDE SE ACUMULA LA CARGA ELÉCTRICA QUE ADQUIERE UN CUERPO?
En un material mal conductor de la electricidad la carga que adquiere se distribuye uniformemente en todo el cuerpo. En su superficie y en su interior.
En un buen conductor la carga que adquiere se distribuye en toda su superficie, y el cómo se distribuye depende de la forma de la superficie del cuerpo.
Si el cuerpo conductor que se carga es una esfera, entonces la carga se distribuye uniformemente en su superficie, en cambio si su superficie es irregular, la carga tiene mayor densidad en la parte de la superficie con mayor curvatura.
Esto último que se menciona da origen a la creación de la llamada jaula de Faraday. Se trata de cualquier cuerpo que tenga una estructura exterior metálica. Si adquiere carga eléctrica, por cualquier medio, su interior no se ve afectado.
Una aplicación, que no deja de ser curiosa, de la jaula de Faraday es la siguiente: Si vas en un automóvil en un día con tormentas eléctricas y cae un rayo al vehículo. Debido a que la carrocería es metálica tú, al ir en su interior, no recibirás la descarga aunque es altamente probable que la jaula, que viene a ser el automóvil, se recaliente mucho y por ello tengas algún problema serio.
PODER DE LAS PUNTAS
Una superficie puntual tiene área muy pequeña y si está cargada, la densidad de carga eléctrica se hace máxima en dicha punta, tanto así que las cargas ahí acumuladas tienden a escaparse más o menos con gran fuerza, generando él llamado “viento eléctrico” capaz de apagar una vela. Una aplicación directa de este fenómeno es el pararrayos.
ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA
Si dos cuerpos están cargados con una gran cantidad de carga eléctrica de signo contrario y están separados por un aislante (un gas), puede producirse una descarga entre los dos cuerpos y se observa una chispa al paso de los electrones a través del gas.
Esto sucede cuando se forma una tormenta. Al calentarse la superficie de la tierra, aparece una corriente de convección en el aire, que se va enfriando hasta condensar el agua que contiene y formar una nube (cúmulo). Por el frotamiento, la parte superior queda cargada positivamente y la inferior negativamente. La superficie de la tierra se carga positivamente por inducción.
Tal y como la carga eléctrica acumulada aumenta, aparecen fuertes descargas entre distintos puntos de una misma nube, entre nubes distintas o entre la nube y la tierra. Esta descarga eléctrica entre la nube y la Tierra recibe el nombre de rayo.
El relámpago es el fenómeno luminoso asociado a un rayo, aunque también suele darse este nombre a las descargas eléctricas producidas entre las nubes.
El calor producido por la descarga eléctrica calienta el aire y lo expande bruscamente dando lugar a un sonido, el trueno.
El rayo es la unión violenta de las cargas positivas y negativas, constituyendo una descarga eléctrica a través de gases de baja conductividad.
Las descargas pueden ocurrir de nube a nube o de nube a tierra. Estas últimas son a las que nos referiremos, por ser las que provocan daños tanto en tierra, como en el agua.
Usualmente las nubes están cargadas negativamente en su base y positivamente en su parte superior. Por inducción electrostática la tierra resultará positiva inmediatamente debajo de tal nube. Se establece así una diferencia de potencial enorme, produciéndose el rayo cuando se vence la rigidez dieléctrica del medio (aire o vapor de agua). Simultáneamente con el rayo se produce la luz (relámpago) y sonido (trueno).
Aproximadamente la mitad de los rayos constituyen descargas simples y la otra mitad corresponde a rayos compuestos por descargas múltiples de rápida sucesión.
Así como en la nube se forman centros de carga, algo similar ocurre en la tierra, pues hay suelos más conductores que otros, teniéndose en cuenta que las cargas en la tierra se mueven según la inducción que impone la nube.
Dado que la nube puede cubrir grandes superficies terrestres, su influencia electrostática será importante. Puede haber de este modo muchos centros de carga.
El rayo incidirá sobre el elemento que le signifique mayor conductividad y sea capaz de aportar más cargas al fenómeno. También pueden producirse descargas superficiales entre ellos al desaparecer la carga inductora como consecuencia de rayos de nube a nube.
El inicio de la descarga en una primera instancia es invisible, en la cual varios pilotos se acercan a tierra, a modo de ramificaciones. Cuando el camino trazado por los pilotos queda ionizado, se inicia la descarga de retorno principal, originando las descargas visibles.
EL PARARRAYOS
El pararrayos, es un instrumento que sirve para
evitar que un rayo caiga sobre una vivienda, edificio, puente, etc. y que lo destruya.
Consiste en una barra metálica con el extremo superior en punta. Este debe estar comunicado a Tierra por un cable de cobre que llegará al pozo de Tierra, su explicación es la siguiente.
Caso a: la nube cargada, carga por inducción la superficie de la Tierra y las partes metálicas del pararrayos, especialmente las puntas para finalmente escapar por estos.
Caso b: si ya se produjo el relámpago, será más probable que el rayo caiga en las puntas del pararrayos que en otra zona próxima; las cargas pasarán a la Tierra.
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La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (coulomb sobre segundo), unidad que se denomina ampere.
Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
Un material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algún átomo determinado.
Para que la corriente eléctrica pase, es necesario que en el cuerpo (o en el medio dado) existan partículas con carga que puedan desplazarse dentro del límite de todo el cuerpo.Estas partículas se llaman portadores de carga y pueden ser electrones, iones o, finalmente, partículas macroscópicas, portadoras de carga excedente (por ejemplo, partículas de polvo o gotitas con carga).
La corriente se produce, si dentro del cuerpo existe un campo eléctrico.
Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga q se transporta a través de una sección transversal dada del alambre, en un tiempo t, entonces la intensidad de corriente I, a través del alambre es:
Aquí q está dada en coulomb, t en segundos, e I en amperes. Por lo cual, la equivalencia es:
Los submúltiplos más utilizados del ampere son los siguientes:
miliampere ( mA ) = 10-3 A = 0,001 ampere
microampere ( μA ) = 10-6 A = 0,000001 ampereTIPOS DE CORRIENTES ELÉCTRICAS
En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa o continua (CD) o continua y corriente alterna (CA).
Corriente Continua: DCSe denomina corriente continua o corriente directa (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. Es continua toda corriente cuyo
sentido de circulación es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto. Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del conde y científico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente continua comenzó a 
emplearse para la transmisión de la energía eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente alterna, que presenta menores pérdidas en la transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión de redes eléctricas de diferentes frecuencias y en la transmisión a través de cables submarinos. Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de células fotoeléctricas que permiten aprovechar la energía solar. Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante un proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, también de tubos de vacío).Corriente Alterna: AC
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda sinoidal. En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Un ejemplo es la corriente que se usa en la red domiciliaria, o sea el enchufe.
El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia. La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura. Las frecuencias empleadas en las redes de distribución son 50 y 60 Hz. El valor depende del país.
Cuando alguien toca un cable o alambre electrificado y es atravesado por corriente, sus músculos reciben la orden de contraerse. La frase popular de "quedarse pegado" proviene de eso: los dedos se contraen y por más voluntad que ponga uno en ordenarle a la mano que suelte ese cable, la mano no obedece y la corriente continúa pasando por el cuerpo, y puede matar. Con la corriente alterna el riesgo disminuye enormemente ya que la víctima tiene cien oportunidades por segundo, en que la corriente se hace cero para soltar el cable, y en general lo logra.
FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM), DIFERENCIA DE POTENCIAL, VOLTAJE, TENSIÓN ELÉCTRICA
Para que una corriente se manifieste en un circuito es necesaria una fuerza que logre mover las cargas eléctricas. También se requiere un conductor eléctrico.
En donde:
A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia). Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la batería en este caso).
B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.
En los circuitos eléctricos la fuente de fuerza electromotriz (FEM) se simboliza:
En el circuito se señalan:
- Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico. Dicha fuerza es la electromotriz (FEM), que también se conoce como diferencia de potencial, voltaje, entre otros.- Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico, generalmente de cobre.
- Una carga o consumidor conectado al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma energía eléctrica como, por ejemplo, una bombilla o lámpara para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor (calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial que funcione con corriente eléctrica.
- Sentido de la corriente eléctrica. Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un “circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario, la circulación de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente, estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”. Por norma general todos los circuitos eléctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un interruptor que se instala en el camino de la corriente eléctrica en el propio circuito con la finalidad de impedir su paso cuando se acciona manual, eléctrica o electrónicamente.
Un gráfico de diferencia de potencial de una fuente continua, como una pila, se comportaría como lo indica la figura.
O sea, los potenciales de ambos polos son constantes según pasa el tiempo. No varían. El potencial dibujado en negro bien podría ser el del polo (o borne) negativo de una pila; y el rojo, el positivo. No tiene por qué valer cero uno de ellos. Lo importante es que la diferencia de potencial no cambia con el tiempo.
En cambio la diferencia de una fuente alterna, la gráfica correspondiente sería la de la figura: se llama sinusoide (por la función seno) y está describiendo que uno de los agujeros tiene un potencial constante, y se llama NEUTRO (no necesariamente tiene que valer cero). El otro de los agujeros tiene un potencial variable: a veces positivo respecto del neutro, y a veces negativo. Oscila periódicamente, unas cincuenta veces por segundo (eso se indica así: 50 Hz). Y se llama VIVO.
La diferencia de potencial, variable, va de 220 V a -220 V. La consecuencia inmediata de esto es que las corrientes eléctricas en casa son muy diferentes a las pilas y baterías. Con ellas, las cargas (los electrones) viajan siempre en una única y misma dirección: con el tiempo, eso implica un traslado de materia significativo. En cambio, en la corriente eléctrica de los artefactos en casa, y en los cables de la instalación domiciliaria, las cargas van y vienen todo el tiempo, pero en definitiva se quedan siempre en el mismo lugar.RESISTENCIA ELÉCTRICA: R
Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.
Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece baja resistencia.
Electrones fluyendo por un mal conductor eléctrico, que ofrece alta resistencia a su paso.
En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.
La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohm, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada por la siguiente fórmula:
Donde ρ es la resistividad del material, L es la longitud del cable y A el área de la sección transversal del mismo.
La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal). Otro factor que afecta es la temperatura.
- Resistividad del material (ρ) y Resistencia (R):
Son directamente proporcionales
- Longitud (L) y Resistencia (R):
Son directamente proporcionales:
- Área de Sección transversal (A) y Resistencia (R):
Son Inversamente proporcionales:
- Temperatura y Resistencia (R):
Son directamente proporcionales. La variación de la temperatura produce una variación en la resistencia. En la mayoría de los metales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura, por el contrario, en otros elementos, como el carbono o el germanio la resistencia disminuye. En algunos materiales la resistencia llega a desaparecer cuando la temperatura baja lo suficiente. En este caso se habla de superconductores.
En los circuitos eléctricos la resistencia se simboliza:
ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS
Resistencia equivalente
En un circuito formado por varias resistencias, se llama resistencia equivalente a la que las remplaza por una sola. La determinación de la resistencia equivalente permite simplificar el cálculo de circuitos al sustituir ramas y mallas complejas por una sola resistencia equivalente. Una vez calculada la tensión (voltaje) y la intensidad en la resistencia equivalente se pueden determinar fácilmente en las resistencias del circuito original.
Asociación de resistencias: Conexiones serie, paralelo y mixta
Llamamos conexión a la forma de unir los bornes de los aparatos eléctricos. Existen distintos tipos de conexiones, las principales son la serie y la paralelo; la conexión mixta es la unión de ambas. Veamos en qué consiste cada una de ellas.- Asociación en Serie
Un grupo de resistencias está conectado en serie cuando ofrece un camino único al paso de la corriente. En este tipo de conexión, el extremo de entrada de una resistencia está conectado con el extremo de salida de la anterior y así sucesivamente.
La resistencia equivalente de un circuito serie es una resistencia de valor igual a la suma de las resistencias que componen la rama serie.
La corriente debe circular por todas y cada una de las resistencias. Por tanto, la resistencia total aumenta al añadir resistencias.
Como en serie una resistencia a continuación de la otra. Toda la corriente eléctrica que pasa por una resistencia está obligada a pasar por la otra.
Es decir la corriente en cada una de las resistencias debe ser la misma, e igual a la que circularía por la equivalente si se reemplazara el conjunto, o a la intensidad total:
Por otro lado, la suma de las diferencias de potencial en cada una de las resistencias es igual a la diferencia de potencial del grupo, o sea, la que tendría la resistencia equivalente, o la diferencia de potencial total:
- Asociación en Paralelo
Un grupo de resistencias está conectado en paralelo cuando los extremos de entrada de las resistencias están conectados entre sí y los de salida también están conectados entre sí.
La corriente se reparte entre todas las resistencias. Por tanto, la resistencia total disminuye al añadir resistencias.
Como lo indica la figura de paralelo, la diferencia de potencial en cada una de las resistencias debe ser la misma, e igual a la que someteríamos a la equivalente si se reemplazara el conjunto, o la total:
Como cada carga de la corriente debe elegir pasar entre una resistencia o la otra, y no puede pasar por las dos, la suma de las intensidades de corriente en cada una de las resistencias es igual a la intensidad de corriente del grupo, o sea, la que tendría la resistencia equivalente si reemplazara al conjunto:
En la red domiciliaria todos los aparatos eléctricos se conectan al circuito en paralelo. Así, cada uno de ellos puede funcionar independientemente de los demás y su desconexión no interrumpe la corriente.
LEY DE OHM
La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:
- Tensión o voltaje "E", en volt (V).
- Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).
- Resistencia "R" en ohmde la carga o consumidor conectado al circuito.
Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante.
Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.
Postulado general de la Ley de Ohm
“El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada."Materiales óhmicos y no-óhmicos
Casi todos los materiales (incluyendo aquellos que se eligen especialmente para transportar electricidad) varían su resistividad con la temperatura: a menor temperatura mejores conductores, a mayor temperatura peores conductores, o sea, más resistentes. Ese es el motivo por el cual las tablas de resistividades tienen una indicación de temperatura a la cual se determinaron. Pero mientras la resistividad no cambie a temperaturas constantes se los llama materiales óhmicos (en ellos se cumple la Ley de Ohm). Pero hay otros materiales (o cuerpos) que varían su resistividad en función de la diferencia de potencial a la que estén sometidos. Típicamente se manifiestan malos conductores a potenciales bajos y buenos conductores a potenciales altos. Su resistencia no varía por la sección o la longitud sino, fundamentalmente, por la diferencia de potencial.POTENCIA ELÉCTRICA
Un receptor eléctrico, como el motor de un ventilador, es capaz de realizar un trabajo gracias a la energía eléctrica que proporciona el generador. Ahora bien, para que un receptor o un generador sean eficaces, deben realizar el trabajo con rapidez.
La magnitud que relaciona el trabajo eléctrico realizado con el tiempo empleado es la potencia eléctrica.
La potencia de un dispositivo eléctrico tiene relación con la energía eléctrica involucrada en un cierto tiempo. Es decir si se dispone de una ampolleta de 100 Watts, indicaría que consumiría 100 Joule de energía en cada segundo, la que generalmente se desprende en forma de calor.
La unidad de medida de potencia en el Sistema Internacional de Unidades es WattEL EFECTO JOULE
Seguramente habrás observado que todos los aparatos eléctricos, después de funcionar algún tiempo, se calientan. Esto significa que tienen perdidas de energía en forma de calor debido a que, en su movimiento, los electrones chocan con los átomos del conductor, aumentando la agitación térmica de estos últimos a costa de su propia energía.
Este fenómeno recibe el nombre de efecto Joule en honor del físico ingles James P. Joule, quien describió las transformaciones de trabajo en calor.
El efecto Joule es el fenómeno por el cual una parte de la energía eléctrica se transforma en calor cuando la corriente eléctrica atraviesa un conductor.
Llamamos potencia eléctrica a la energía suministrada por un generador eléctrico o consumida por un receptor eléctrico en la unidad de tiempo.
Es decir:
En donde la energía eléctrica queda dada por:
En el S.I. de unidades la energía se expresa en joule. Generalmente la energía disipada en forma de calor se informa en calorías.
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