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Electricidad

La electricidad es una propiedad física de la materia. Consiste en aquella interacción negativa o positiva existente entre los protones y los electrones de la materia. El término hace mención al color ámbar, por el color tan versátil y luminoso que presentaba. Sin embargo, el término fue introducido en la sociedad científica por primera vez por el científico inglés William Gilbert (1544-1603) en el Siglo XVI para describir el fenómeno de interacción de energía entre partículas.

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Qué es la electricidad

Se entiende por electricidad física a los fenómenos que se manifiestan por la presencia de las cargas eléctricas presentes en los cuerpos, ya que éstos están conformados por moléculas y átomos, cuya interacción de sus sub partículas genera impulsos eléctricos. Las cargas positivas y negativas en los átomos, es electricidad estática, mientras que el movimiento de electrones y su liberación de los átomos, producen las corrientes eléctricas.

Ésta forma parte del electromagnetismo, que conforma, con la gravedad y la fuerza nuclear débil y fuerza nuclear fuerte, las interacciones fundamentales de la naturaleza.

Su etimología proviene del latín electrum, igualmente del griego élektron, que significa “ámbar”. El filósofo griego Tales de Mileto (624-546 a.C.) observó cómo la fricción magnetizaba al ámbar con electricidad estática, y siglos más tarde, el científico Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739), notó cómo las cargas positivas de la electricidad se revelaban cuando se frotaba vidrio, y, a su vez, las negativas se mostraban cuando se frotaban resinas, tales como el ámbar.

El flujo de energía de las cargas en movimiento o estáticas es a lo que se llama electricidad, o la transferencia de electrones de un átomo a otro, y la fuerza eléctrica resultante se mide en voltios o watts, término utilizado en electricidad en inglés, y se le dio ese nombre en homenaje al inventor de la máquina de vapor James Watt (1736-1819).

Sin embargo, es posible encontrar electricidad en la naturaleza, como el caso de los eventos atmosféricos, la bioelectricidad (electricidad presente en algunos animales) y la magnetósfera.

Uno de los casos más conocidos de animales que producen electricidad, es el de la anguila eléctrica, que posee en su organismo electrocitos (órgano propio de este animal que generan campos eléctricos), que se encuentran en todo su cuerpo, funcionando de manera similar a las neuronas y pudiendo generar hasta descargas de 500 voltios.

Al existir diversidad de elementos, sus átomos son distintos; es por ello que algunos materiales son transportadores de electricidad y otros aislantes. Los mejores conductores son los metales, ya que poseen pocos electrones en sus átomos, por lo que no es necesaria mayor cantidad de energía para que dichas moléculas sub atómicas salten de un átomo a otro.

Características de la electricidad

Ésta de acuerdo a su dinámica, origen, actuación y fenómenos que produce, presenta características que la hacen resaltar. Entre las principales se tienen:

  • Acumulable. Existen dispositivos con la capacidad de almacenar electricidad en sustancias químicas dentro de los acumuladores, que permiten retenerla para posteriormente ser aprovechada (baterías).
  • Su forma de obtención. En el caso de las baterías o las pilas, se obtiene de forma química; también por inducción electromagnética al mover un conductor en un campo magnético, como los alternadores; y a partir de luz, cuando determinados tipos de metales sueltan electrones cuando la luz del sol incide sobre ellos (paneles solares).
  • Sus efectos. Estos pueden ser físicos, mecánicos o cinéticos, térmicos, químicos, magnéticos y luminosos.
  • Sus manifestaciones. Pueden ser en forma de rayos, electricidad estática, flujos de corriente, entre otras.
  • Peligrosidad. Al generar calor, puede provocar quemaduras graves y en casos de exposición más fuerte, la muerte.
  • Resistividad y conductividad. Es la oposición de algunos tipos de materia frente a su paso y el fácil flujo de la misma, respectivamente.

Tipos de electricidad

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Existen diversos tipos de electricidad, los mas importantes son:

Estática

La estatica surge por el exceso de carga eléctrica, la cual se va acumulando en un material conductor o aislante.

Se conoce que los átomos están compuestos por una determinada cantidad de protones (carga positiva) en su núcleo y el mismo número de electrones (carga negativa) orbitando alrededor del mismo, lo que hace que dicho átomo sea eléctricamente neutro o en equilibrio; pero al generarse una fricción entre dos cuerpos o sustancias, podrán generarse cargas en dichos objetos.

Esto se debe a que los electrones de ambas materias entrarán en contacto, produciendo desequilibrio en las cargas de los átomos, dando lugar a la estática. Se llama así porque se genera en los átomos que se encuentran en reposo y su carga no se desplaza sino que queda estacionaria. Un ejemplo de esto, es cuando pasamos un cepillo por el cabello y algunos se levantan por la estática del roce entre el material del mismo y el cabello. Artefactos como las impresoras, usan la estática para revelar el tóner o tinta sobre el papel.

Dinámica

Este tipo es producido por una carga que se encuentra en movimiento, o al flujo de la misma. Para ello, se necesita una fuente eléctrica (pudiendo ser química, como una batería; o electromecánica, como un dinamo) que haga fluir los electrones a través de un material conductor por el que dichas cargas eléctricas puedan circular.

En ella, los electrones se desplazan de un átomo al siguiente y así sucesivamente. A esta circulación se le conoce como corriente eléctrica. Un ejemplo de este tipo de electricidad son los tomacorrientes, que son una fuente de electricidad dinámica para los electrodomésticos y otros aparatos que requieren de electricidad.

Es importante resaltar la existencia de otros tipos de electricidad, entre los cuales se encuentran:

  • Básica : Este tipo es el que se refiere a la atracción de cargas positivas y negativas, en donde los objetos se cargarán. Se genera a partir de dos polos, que no necesariamente deben tocarse sino atraerse. Este tipo de electricidad se encuentra en objetos cotidianos.
  • Conductual: Es considerada como parte de la dinámica, pues es la que se transporta por medio de conductores, por lo cual se mantiene en movimiento por los circuitos. Existen diversos conductores, como los metales (especialmente el cobre), aluminio, oro, carbón, entre otros.
  • Electromagnética: Se genera mediante un campo magnético, la cual puede ser almacenada y emitida como radiaciones, por lo que se recomienda no exponerse mucho tiempo a este tipo de campos. El físico Hans Christian Ørsted (1777-1851) descubrió la relación entre el magnetismo y la electricidad, observando que la corriente eléctrica crea un campo magnético.

    Entre las aplicaciones de este tipo de electricidad se destaca en la medicina, como por ejemplo, para los aparatos de rayos X o para realizar resonancias magnéticas.

  • Industrial: Esta es la que debe ser generada para las grandes maquinarias utilizadas en la producción masiva de productos, las cuales requieren grandes cantidades de energía pues son de alta potencia.

    Fue desarrollada luego que la ciencia comprobara que recursos naturales de energía como los rayos, podían ser encauzados y aprovechados por el hombre, convirtiéndose en una fuente poderosa de energía eléctrica, que permitía cubrir las necesidades de la industria.

Manifestaciones eléctricas

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Carga eléctrica

Es una propiedad que tienen algunas partículas subatómicas (electrones, neutrones y protones) de atraerse y repelerse, así como define su interacción electromagnética. Esta se produce en los átomos, que la transferirán a las moléculas de un cuerpo distinto, o a través de un material conductor. También se refiere a la capacidad de una partícula para el intercambio de fotones (partículas de energía luminosa o electromagnética).

Esta se encuentra presente, por ejemplo, en la electricidad estática, que es una carga estacionada en un cuerpo. También, una carga da lugar a la fuerza electromagnética, ya que la misma produce fuerza sobre otras. Las cargas podrán ser negativas y otras positivas, y las del mismo tipo serán repelidas, mientras que las opuestas, se atraerán.

Las cargas se miden a través de la unidad culombios o coulomb y se representa con la letra C, y significa la cantidad de carga que atraviesa por una sección de algún conductor en un periodo de un segundo. Tanto la materia como la antimateria presentan cargas iguales y opuestas a su partícula correspondiente.

Corriente eléctrica

Esta es el flujo de carga eléctrica recorrido en un material, producido por el movimiento de electrones o algún otro tipo de carga. Producirá un campo magnético, uno de los fenómenos eléctricos que pueden ser aprovechados, en este caso por un electroimán.

Los materiales por los cuales dicho flujo circulará, pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. En los materiales sólidos, se mueven los electrones; en los líquidos se mueven los iones (átomos o moléculas que no son neutros eléctricamente); y los gaseosos, pueden ser tanto electrones como iones.

La cantidad de carga de corriente por una unidad de tiempo, es conocida como intensidad de corriente eléctrica, la cual es simbolizada con la letra I y se enuncia como culombios por segundo o amperio.

La corriente electrica puede ser:

  • Continua o directa, que son aquellos flujos de cargas que circulan en un recorrido constante, no es interrumpida por ningún lapso de vacío, debido a que es en un solo sentido.
  • Alterna, que es la que se mueve en dos direcciones, modifica su recorrido y su intensidad.
  • Trifásica, que es la agrupación de tres corrientes alternas con la misma amplitud, frecuencia y valor eficaz (concepto utilizado para estudiar las ondas periódicas), presentando una diferencia de 120º entre fase y fase.

Campo eléctrico

Es un campo electromagnético que ha sido generado por una carga eléctrica (aún cuando no se esté moviendo) y que afecta a las cargas que lo rodee o se encuentre en él. Los campos no son medibles, pero pueden ser observadas las cargas que sean colocadas en los mismos.

Un campo eléctrico es un espacio físico donde las cargas eléctricas de los distintos cuerpos interactúan, y se define la concentración de la intensidad de una fuerza eléctrica. En esta región las propiedades han sido modificadas por la presencia de una carga.

Potencial eléctrico

Se refiere a la capacidad que tiene un cuerpo eléctrico, o a la energía que éste requiere para mover una carga o realizar un trabajo y se mide en voltios. Este concepto está relacionado con el de diferencia de potencial, que se define como la energía que se necesita para mover una carga de un punto a otro.

Este solamente se puede definir en una región limitada de espacio para un campo estático, pues para las cargas en movimiento, se utilizan los potenciales de Liénard-Wiechert (describen los campos electromagnéticos de una distribución de cargas en movimiento).

Electromagnetismo

Esto se refiere a los campos magnéticos que se generan debido a las cargas eléctricas que se encuentran en movimiento, y que producen la atracción o repulsión hacia los materiales que se encuentren dentro de dichos campos, lo cual podrá generar corriente eléctrica.

Circuitos eléctricos

Se refiere a la conexión de al menos dos componentes eléctricos, de modo que la carga eléctrica pueda fluir en una trayectoria cerrada con algún fin específico. Éstos se componen de elementos como componentes, nodos, ramas, mallas, fuentes y conductores.

Existen los circuitos con un receptor, como el caso de los bombillos o timbres; los circuitos en serie, como las luces de Navidad; circuitos en paralelo, como el caso de las luces que encienden con un mismo interruptor de manera simultánea; circuitos mixtos (combinan serie y paralelo); y conmutadas, que son los que permiten, por ejemplo, encender una o más luces desde más de un punto distinto.

Historia de la electricidad

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Los antecedentes de la electricidad se remontan a la antigüedad, incluso a casi tres mil años antes de Cristo, donde el ser humano observaba ciertos fenómenos eléctricos en la naturaleza, a pesar de desconocer cómo se producían o la dinámica de los mismos. Igualmente, eran testigos de ciertos fenómenos magnéticos producidos por algunos tipos de materiales conseguidos en la naturaleza, como la magnetita, o la presencia de la misma en animales.

Aproximadamente en el año 2.750 a.C., la civilización egipcia escribió sobre los peces eléctricos que se encontraban en el río Nilo, refiriéndose a ellos como los protectores de la demás fauna en el mismo. Alrededor del año 600 a.C., Thales de Mileto fue la primera persona que descubrió que el ámbar adquiría propiedades eléctricas y magnéticas al frotarlo con algún material específico. Pero la electricidad como ciencia data de los siglos XVII y XVIII, en plena revolución científica, cuando la aparición de dicho campo de estudio fue el contexto perfecto para el inicio de la revolución industrial, y su expansión por el mundo moderno que se estaba levantando, fue crucial para el desarrollo de la humanidad.

Previo a ello, en el siglo XVI, el filósofo y médico William Gilbert (1544-1603) realizó importantes aportes al estudio del fenómeno eléctrico, prestando especial atención a la electricidad y el magnetismo. Los términos “electricidad” y “eléctrico” aparecen por primera vez en 1646 en la obra del inglés Thomas Browne (1605-1682). Las unidades de medida para los distintos fenómenos eléctricos surgieron más adelante gracias a múltiples aportes de intelectuales en física.

El científico, político e inventor Benjamin Franklin (1706-1790), en 1752 logró encauzar el poder eléctrico contenido en un rayo mediante una cometa, lo cual propició la invención del pararrayos; un dispositivo que sirve para conducir la electricidad de los rayos hacia tierra. Luego, el físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventó la pila de voltaje en 1800 que permitía almacenar la energía, aprovechando el uso de la electricidad generada por las reacciones químicas; y en 1831 el físico Michael Faraday (1791-1867), desarrolló el primer generador eléctrico, que permitía enviar corriente eléctrica continuamente.

La primera etapa de la revolución industrial no involucró a la electricidad para su desarrollo, pues hizo uso de la energía generada por vapor. Ya hacia la segunda revolución industrial para el siglo XIX, se utilizó la electricidad y el petróleo para generar energía, lo cual permitió al científico Thomas Alva Edison (1847-1931) encender la primera bombilla de filamento en 1879.

A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, Edison, defensor de la corriente continua, y el inventor e ingeniero Nikola Tesla (1856-1943), padre de la corriente alterna, se disputaron el futuro de la electricidad.

La corriente continua fue popularizada en Estados Unidos para el uso doméstico e industrial; sin embargo, pronto se descubrió que la misma resultaba ineficiente para grandes distancias y cuando se requería mayor voltaje, y emitía enormes cantidades de calor.

Tesla desarrolló experimentos que llevaron a descubrir formas alternativas de transportar energía eléctrica de una forma más eficiente, lo cual resultó en el descubrimiento de la corriente alterna.

George Westinghouse (1846-1914), un empresario estadounidense, apoyó y compró el invento de Tesla, que eventualmente ganó la batalla de la electricidad por ser un tipo de corriente más económica y con menor pérdida de energía.

Importancia de la electricidad

Su importancia es vital para la vida moderna, siendo uno de los pilares fundamentales de la sociedad actual, ya que básicamente todo lo que el ser humano utiliza, involucra a la electricidad para funcionar: electrodomésticos, maquinarias, comunicaciones, algunas formas de transporte, producción de bienes y servicios, para el área de medicina, ciencia, entre otras áreas.

Puede ser creada por el hombre o aprovechada directamente de la naturaleza. La electricidad generada por el hombre es creada por turbinas, condensadores y maquinarias que se basan en la fuerza de la naturaleza para funcionar, como las represas, que utilizan la fuerza de grandes cantidades de agua para generar la corriente que abastece grandes ciudades.

El planeta Tierra es también capaz de generar electricidad, esos rayos, centellas y relámpagos que vemos en el cielo en medio de una tormenta son descargas eléctricas generadas por el choque de enormes cúmulos de materia y energía. A esto se le denomina corriente eléctrica natural y puede ser aprovechada por el hombre con pararrayos y conductores súper resistentes capaces de absorber el impacto de una descarga de tal magnitud.

10 ejemplos del uso de la electricidad

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La electricidad tiene múltiples usos en las actividades del hombre. Entre los ejemplos más destacados se tienen:

  • En los vehículos con la electricidad automotriz, que circula a través de circuitos que alcanzan partes del mismo y que requieren de electricidad para funcionar, como las luces, la bocina, el motor, entre otros, y se genera desde una batería.
  • Para la iluminación, es decir, para el encendido del alumbrado doméstico, público e industrial.
  • Para el encendido de electrodomésticos y electrónicos.
  • Para generar calor en climas templados, como por ejemplo, a través de la calefacción.
  • Para el transporte, como por ejemplo, los aviones, ya que éstos necesitan de la electricidad para su despegue.
  • Para el ámbito médico, usada en aparatos que sirven para realizar análisis y estudios.
  • En la industria, la cual requiere grandes cantidades de carga eléctrica para la elaboración de productos de consumo.
  • Para generar movimiento a través de motores que impulsan la potencia eléctrica, convirtiendo la energía eléctrica en mecánica.
  • Para las comunicaciones, utilizada en aparatos tales como antenas repetidoras, transmisores, entre otros.
  • Para el transporte y control de fluidos, tales como el agua, a través de electroválvulas que ayudan a moderar el flujo.

Preguntas Frecuentes sobre electricidad

¿Qué es y para qué sirve la energia electrica?

La energía eléctrica representa una fuente de energía captada a través de los movimientos de las cargas eléctricas mediante unos conductores. su funcion principal es la de alimentar todos los aparatos utilizados por el hombre, para garantizarle alimento, seguridad, comunicación, transporte, entretenimiento, entre muchos otros aspectos.

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¿Cuáles son las características de la electricidad?

Las principales características que tiene la electricidad es que es acumulativa, de altas temperaturas, genera luminosidad, tiene la capacidad de alterar la composición de sustancias, se encuentra presente en los seres vivos, puede obtenerse de forma natural o generarse artificialmente y puede encauzarse.

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¿Cómo se genera la electricidad?

Microscópicamente esta se crea mediante la pérdida de electrones de un átomo, o del intercambio de los mismos. Existe en la naturaleza, por ejemplo, en los rayos, la magnetósfera, algunos animales. Puede generarse por medio de procesos aprovechando los recursos naturales, los cuales pueden ser el viento, los combustibles fósiles, el Sol, la fuerza del agua, entre otros.

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¿Qué es la electricidad para niños?

Es el movimiento de unas partículas pequeñitas a través de un cable, por el que se mueven millones de ellas desde un punto hasta el otro. También, esa energía de las partículas puede guardarse en un dispositivo llamado batería. Ese movimiento hace posible que los aparatos puedan funcionar y moverse, como los juegos de video, computadores, televisores o los juguetes que utilizan baterías.

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¿Quién inventó la electricidad?

No puede atribuírsele la invención de la electricidad a ningún personaje en específico. Sin embargo, hubo estudiosos, como Tales de Mileto, quienes realizaron experimentos para observar el comportamiento y manifestaciones de dicha fuerza, y de hecho, él fue el pionero en esta área. Dentro del campo de la ciencia, fue definida por William Gilbert y Thomas Brown; el primero estudió la electricidad y el magnetismo, y el segundo definió el término como concepto.

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Bibliografía

Martínez, Aurora. ( Última edición:27 de julio del 2020). Definición de Electricidad. Recuperado de: //conceptodefinicion.de/electricidad/. Consultado el 18 de septiembre del 2020