Electricidad
Corriente eléctrica

Electricidad. ¿Qué es?

Electricidad. ¿Qué es?

Con el término electricidad nos referimos genéricamente a todos los fenómenos físicos en una escala macroscópica que involucra una de las interacciones fundamentales, la fuerza electromagnética, con particular referencia a la electrostática. A nivel microscópico, estos fenómenos se deben a la interacción entre partículas cargadas a escala molecular: los protones en el núcleo de átomos o moléculas ionizadas y los electrones. Los efectos macroscópicos típicos de tales interacciones son las corrientes eléctricas y la atracción o repulsión de los cuerpos eléctricos o cargas .

La electricidad es la forma de energía que produce efectos luminosos, mecánicos, caloríficos, químicos, etc., y que se debe a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos.

La electricidad es responsable de fenómenos físicos bien conocidos, como el aligeramiento o la electrización, y es el elemento esencial de algunas aplicaciones industriales, como la electrónica y la ingeniería eléctrica a través de señales eléctricas. Al mismo tiempo, la electricidad se ha convertido en el medio de transporte más extendido para la energía en redes eléctricas y uno de los medios de transporte más difundidos para la información en telecomunicaciones (comunicaciones eléctricas). La electricidad se ha convertido en el símbolo del mundo moderno: iluminación vivienda, hace que las fábricas funcionen y hace que las personas distantes se cierren.

El objectivo final de la energía solar fotovoltaica es generar electricidad mediante los paneles fotovoltaicos. Estos paneles están compuestos de células fotovoltaicas que mediante el efecto fotovoltaico consiguen generar una pequeña corriente eléctrica y, por lo tanto, electricidad.

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una de esas entidades que pueden ser medidas y utilizadas, pero no se puede definir en términos fácilmente comprensibles, ya que, como el espacio, el tiempo y la masa, no es fácil dar una definición exhaustiva. Quizás la mejor manera de definirlo es observar sus efectos.

Un objeto equipado con una carga eléctrica ejerce una fuerza a cierta distancia sobre otro objeto que tiene una carga eléctrica. A diferencia de la gravedad, que hace que un objeto atraiga a otro, los objetos con carga eléctrica pueden atraerse y repelerse entre sí. Además, la gravedad está directamente relacionada con la masa de los objetos en cuestión, mientras que la carga eléctrica y la masa no están en relación cuando los objetos están inmóviles.

Los experimentos muestran que hay dos tipos diferentes de carga eléctrica. El primero de estos se llama carga positiva o carga +, y está asociado con los núcleos de átomos de todos los elementos químicos. El segundo es la carga negativa o -, y es propia de todos los electrones que rodean el núcleo del átomo. En general, la carga positiva del núcleo es exactamente igual a la suma de las cargas negativas de los electrones que lo rodean.

La dirección de las fuerzas, que actúan entre objetos que tienen una carga eléctrica, depende del tipo de carga en estos objetos. Por ejemplo, si dos objetos tienen el mismo tipo de carga, ambos son positivos o ambos negativos, repelen entre sí. Cuando los dos objetos tienen carga opuesta, se atraen entre sí. Esta fuerza de atracción eléctrica, entre los núcleos positivos y los electrones negativos, une a estos últimos al núcleo.

La cantidad total de cargas eléctricas permanece virtualmente constante en el mundo. Como los dos tipos de carga tienen efectos opuestos, el resultado normal general es la neutralidad eléctrica o la aparente falta de carga. Por lo tanto, con el fin de observar los efectos de la carga en cantidades bastante grandes de material, será necesario perturbar el equilibrio normal y producir un exceso de carga en el objeto de una manera deseada.

Carga eléctrica en la materia 

Numerosas sustancias sólidas tienen una estructura cristalina, es decir, sus átomos están dispuestos en una cuadrícula regular tridimensional. Sin embargo, en algunas sustancias, los electrones que rodean estos núcleos no están estrechamente ligados.

Bajo ciertas condiciones, es posible agregar o quitar una buena cantidad de electrones sin perturbar seriamente la estructura cristalina. En otras palabras, los núcleos atómicos tienden a permanecer fijos en su posición, pero los electrones a menudo se pueden mover. Para dar una carga negativa, solo se debe agregar el exceso de electrones. Sin embargo, en relación con la carga positiva y negativa, debe recordarse que el más y el menos son signos indicativos de un estado eléctrico, no indicadores de operaciones matemáticas, como en aritmética o álgebra. Cuando vemos un signo negativo aplicado a una carga, debemos recordar que solo indica un exceso de electrones y no tiene nada que ver con la resta.

Desde un punto de vista eléctrico, es posible clasificar aproximadamente todas las sustancias que componen la materia en dos grandes grupos. Los tipos de sustancias que contienen una cantidad relativamente grande de electrones libres, que pueden moverse de un átomo a otro, se llaman conductores eléctricos. Las sustancias en las cuales los electrones no son libres de moverse bajo un estrés moderado se llaman aislantes eléctricos.

La mayoría de los metales son conductores de electricidad, aunque de manera diferente a los conductores utilizados por el sector químico, como las soluciones acuosas de ácidos, bases o sales. Por otro lado, la mayoría de las sustancias no metálicas son eléctricamente aislantes. No hay un conductor perfecto ni un aislante perfecto, pero en la práctica, un cierto número de sustancias sirven muy bien para este propósito. Por ejemplo, la plata , el cobre , el aluminio e incluso el acero son a menudo adecuados como conductores, mientras que el vidrio , la porcelana , la mayoría de los plásticos , el aire seco y la madera son buenos aislantes. En las últimas décadas, el estudio de la materia ha llevado a la creación de materiales que, en condiciones extremas, logran ser superconductores .

Electricidad y magnetismo 

El espacio alrededor de un electrón o cualquier otro objeto que tenga una carga eléctrica parece estar en un estado de tensión, llamado campo eléctrico. Esto es lo que interfiere con los campos eléctricos de otros objetos cargados eléctricamente y causa las fuerzas mutuas típicas de tales objetos. Pero si se hace un movimiento a los electrones, su camino está rodeado por otro campo nuevo, llamado campo magnético. La intensidad de este campo es directamente proporcional tanto al número de electrones en movimiento como a la velocidad a la que se mueven, es decir, a la corriente.

Por lo tanto, si se pasa una corriente a través de una bobina, es decir, un conjunto de bobinas dispuestas convenientemente, de alambre de cobre, esta bobina de alambre se comportará como un imán de acero, atraer o repeler otros carretes similares de hilo. Enrollando una bobina tal en una estructura de hierro o núcleo, reforzará el campo magnético producido. Si tiene varias bobinas de alambre alrededor de un núcleo de hierro, libre para girar, colocándolos en el campo de gran intensidad de una serie de bobinas fijas, atravesado por la corriente, proporcionarán fuerzas mecánicas sustanciales. Estos rotarán los carretes móviles, que realizarán un trabajo mecánico.

Este dispositivo se llama motor eléctrico. Actualmente, los motores eléctricos operan todo tipo de maquinaria, desde los delicados ejercicios del dentista hasta las gigantescas máquinas de las fábricas modernas. Puede haber muchos motores eléctricos en una casa moderna, desde la caldera de aceite hasta el refrigerador, etc.

La electricidad mediante corriente alterna y continua

Hasta este punto, se ha mencionado que, en cualquier circuito dado, los electrones siempre se mueven en la misma dirección dentro de él. Un sistema o un circuito del tipo mencionado anteriormente se denomina corriente continua o sistema continuo. Un ejemplo de este circuito viene dado por cualquier circuito alimentado por batería, por ejemplo, un flash de magnesio o un sistema eléctrico en automóviles. A veces, sin embargo, la corriente no permanece constante, tanto en términos de fuerza como de significado. Se utilizan numerosos circuitos eléctricos en los que la corriente invierte regularmente la dirección de su flujo en el circuito.

Este tipo de circuito se llama corriente alterna. Los circuitos eléctricos más comunes y más utilizados son de corriente alterna. En un circuito de corriente alterna, la frecuencia también debe especificarse, además de especificar la intensidad de la corriente y la tensión del circuito, como es suficiente para el circuito de corriente continua. La frecuencia mide la mitad del número de veces que la corriente cambia de dirección en un segundo.

Donde la corriente y la tensión cambian, como ocurre continuamente en los circuitos de CA, es necesario considerar el efecto de la reactancia . Como ya se mencionó, la corriente siempre genera un campo magnético. Cuando la corriente cambia, el campo magnético causado por él cambia y esto causa una fuerza contraelectromotriz. Por lo tanto, en un circuito de corriente alterna, la tensión aplicada debe superar la oposición del campo magnético que varía, además de la resistencia común del circuito.

La oposición encontrada por la corriente alterna se llama reactancia inductiva, y se debe al cambio de su campo magnético. Como hemos visto, los electrones siempre se repelen entre sí, siguiendo la acción recíproca de sus campos eléctricos. Por lo tanto, un electrón que se mueve en un conductor puede obligar a los que están en otro a moverse, incluso si los dos conductores están aislados el uno del otro.

Por lo tanto, puede suceder que una corriente alterna pueda fluir incluso a través de un aislador perfecto, mientras que un continuo no puede hacerlo (por supuesto, ningún electrón se mueve realmente a través del aislador, pero son sus campos eléctricos interactuantes los que producen los desplazamientos mencionados anteriormente.). Este interesante efecto se explota en dispositivos llamados condensadores, a menudo se usa para circuitos de corriente alterna. Por lo tanto, una corriente alterna aparentemente puede fluir a través de un condensador pero no sin encontrar alguna oposición.

La oposición al flujo de corriente alterna debido a la acción del condensador se llama reactancia capacitiva. La reactancia inductiva, la reactancia capacitiva y la resistencia de un circuito se llaman, como un todo, la impedancia de un circuito. Al controlar la cantidad de reactancia inductiva y capacitiva en un circuito, se pueden observar algunos efectos interesantes. Uno de los efectos más importantes es la resonancia. Gracias a este efecto, el circuito puede hacerse resonar, es decir, atravesado por una corriente alterna de una frecuencia particular, ignorando de manera absoluta los de otras frecuencias que también pueden estar presentes. Es gracias al uso de la resonancia que puede ajustar la radio o la TV en una estación de emisión en particular, excluyendo a los demás.

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Última revisión: 21 de diciembre de 2017

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