LA ELECTRICIDADPresentado por: Carolina González

Grado: 901

LA ELECTRICIDAD La electricidad es un 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. La electricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sin número de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.

La electricidad se usa para generar:Luz mediante lámparasCalormovimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica

en energía mecánicaSeñales mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos

eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados ) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.

HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD Thales de Miletus (630−550 AC) fue el primero, que cerca del 600 AC,

conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos.

Sin embargo fue el filósofo Griego Theophrastus (374−287 AC) el primero, que en un tratado escrito tres

siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.

En 1600, la Reina Elizabeth I ordena al Físico Real Willian Gilbert (1544−1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las Brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo.

Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar.

GRANDES INVENTOSEl primer acumulador eléctrico fue la botella de Leyden, que

básicamente era una botella de vidrio tapada con un corcho atravesado por una varilla metálica. Al cargarse la varilla (se solía hacer con electricidad estática, frotando paño), la electricidad que contenía no podía escapar por lo que, si alguien la tocaba, recibía un calambre.

Con una botella de Leyden hizo su famoso experimento Benjamín Franklin: ató una llave a una cometa sujeta con un cable en lugar de con una cuerda común, y el extremo del cable lo ató a una botella de Leyden. Al volar la cometa un día de tormenta, hizo caer un rayo sobre la cometa (atraído por la llave). Tuvo suerte, puesto que el cable estaba tocando el suelo. De no haber sido así, se hubiera quedado en el sitio. Basándose en esto, inventó el pararrayos.

Con el desarrollo de la teoría del magnetismo y de la inducción magnética, se inventaron diversos aparatos medidores, como voltímetros, amperímetros, etc... y tres inventos de suma importancia: la dinamo, el electroimán y, gracias al electroimán, el motor eléctrico. Gracias a la dinamo se pudo generar cantidades importantes de electricidad y superar la pequeña capacidad de la pila de Volta (que, por cierto, provocaba accidentes por el ácido). El electroimán, a su vez, permitió el desarrollo de otros aparatos como los timbres, altavoces o del telégrafo.

Con la gran cantidad de energía generada por la dinamo, se inventó la primera luz eléctrica, que no era la bombilla. Era un aparato que generaba tanto luz como calor, ambos muy intensos: el arco voltaico. El primer sistema de iluminación artificial se hizo mediante arcos voltaicos. También servía para realizar soldaduras en metales.

Como el gasto energético del arco voltaico era muy grande y además era peligroso (la chispa no estaba encerrada en ningún recipiente hermético por lo que podía hacer explotar gas -muy usado en aquel entonces- o electrocutar a alguien), se buscó la forma de simplificarla.

Lo primero fue comprobar que la energía continua, la generada por una dinamo, era poco eficiente y se podía transmitir a poca distancia. Por ello se inventó el alternador, que permitió generar energía alterna (que cambia de polaridad rápidamente) en lugar de continua.

Por otra parte, Edison inventó la bombilla eléctrica mediante el calentamiento de un filamento de carbón (más adelante se usarían otros materiales como el tungsteno) hasta el rojo (para generar luz), dentro de una cápsula de cristal en la que se había hecho el vacío (para que no se queme el filamento). Esta bombilla funcionaba con poco voltaje y era segura.

Bell inventó el teléfono (el teléfono de Bell utilizaba 4 hilos; el teléfono dúplex actual lo inventó un japonés).

Por último, tras detectarse que un arco voltaico inducía corriente en una bobina colocada a bastante distancia, se inventó el radiotelégrafo, que alcanzó grandes distancias gracias a los avances en diseño de antenas logrados por Marconi.

FORMAS DE GENERAR ENERGÍAFORMAS DE GENERAR ENERGIAPOR FRICCION: Una carga eléctrica se produce cuando se frotan uno

con otro dos pedazos de ciertos materiales; por ejemplo, se da, una varilla de vidrio o cuando se peina el cabello.Estas cargas reciben el nombre de electricidad estática, la cual se produce cuando un material transfiere sus electrones a otro.Todos estamos familiarizados con los efectos de la electricidad estática, incluso algunas personas son más susceptibles que otras a su influenciaCreamos electricidad estática, cuando frotamos un bolígrafo con nuestra ropa., comprobamos que el bolígrafo atrae pequeños trozos de papel. Lo mismo podemos decir cuando frotamos vidrio con seda.

POR REACIONES QUIMICASLas substancias químicas pueden combinarse con ciertos metales para iniciar una actividad química en la cual habrá transferencia de electrones produciéndose cargas eléctricas.El proceso se basa en el principio de la electroquímica. Un ejemplo es la pila húmeda básica. Cuando en un recipiente de cristal se mezcla acido sulfúrico con agua (para formar un electrolito) el acido sulfúrico se separa en componentes químicos de hidrogeno (H) y sulfato (SO4), pero debido a la naturaleza de la acción química, los átomos de hidrógeno son iones positivos (H+) y (SO4-2). El número de cargas positivas y negativas son iguales, de manera que toda la solución tiene una carga neta nula. Luego, cuando se introducen en la solución barras de cobre y zinc, estas reaccionan con ella.

POR CALORDebido a que algunos materiales liberan fácilmente sus electrones y otros materiales los acepta, puede haber transferencia de electrones, cuando se ponen en contacto dos metales distintos, por ejemplo: Con metales particularmente activos, la energía calorífica del ambiente a temperatura normal es suficiente para que estos metales liberen electrones. Los electrones saldrán de los átomos de cobre y pasaran al átomo de cinc. Así pues, el cinc adquiere un exceso de electrones por lo que se carga negativamente. El cobre, después de perder electrones tiene una carga positiva. Sin embargo, las cargas originadas a la temperatura ambiente son pequeñas, debido a que no hay suficiente energía calorífica para liberar más que unos cuantos electrones. Pero si se aplica calor a la unión de los dos metales para suministrar más energía, liberaran mas electrones. Este método es llamado termoelectricidad. Mientras mayor sea el calor que se aplique, mayor será la carga que se forme. Cuando se retira la fuente de calor, los metales se enfrían y las cargas se disparan.

POR LUZLa luz en sí misma es una forma de energía y muchos científicos la consideran formada por pequeños paquetes de energía llamados fotones. Cuando los fotones de un rayo luminoso inciden sobre un material, liberan energía. En algunos materiales la energía procedente de los fotones puede ocasionar la liberación de algunos electrones de los átomos. Materiales tales como potasio, sodio, cesio, litio, selenio, germanio, cadmio y sulfuro de plomo, reaccionan a la luz en esta forma. El efecto fotoeléctrico se puede usar de tres maneras:

Fotoemisión: La energía fotónica de un rayo de la luz puede causar la liberación de electrones de la superficie de un cuerpo que se encuentran en un tubo al vació. Entonces una placa recoge estos electrones.

Fotovoltaica: La energía luminosa que se aplica sobre una de dos placas unidas, produce la transmisión de electrones de una placa a otra. Entonces las placas adquieren cargas opuestas en la misma forma que una batería.

Fotoconducción : La energía luminosa aplicada a algunos materiales que normalmente son malos conductores, causa la liberación de electrones en los metales, de manera que estos se vuelven mejores conductores.

POR MAGNETISMOTodos conocemos los imanes, y los han manejado alguna que otra vez. Por lo tanto, podrá haber observado que, en algunos casos, los imanes se atraen y en otro caso se repelen. La razón es que los imanes tienen campos de fuerza que actúan uno sobre el otro recíprocamente.La fuerza de un campo magnético también se puede usar para desplazar electrones. Este fenómeno recibe el nombre de magneto electricidad; a base de este un generador produce electricidad. Cuando un buen conductor, por ejemplo, el cobre se hace pasar a través de un campo magnético, la fuerza del campo suministrara la energía necesaria para que los átomos de cobre liberen sus electrones de valencia. Todos los electrones se moverán en cierta dirección, dependiendo de la forma en que el conductor cruce el campo magnético, el mismo efecto, se obtendrá si se hace pasar el campo a lo largo del conductor. El único requisito es que haya un movimiento relativo entre cualquier conductor y un campo magnético. 

OPERADORES ELECTRICOSLos operadores son elementos básicos con los que se construyen

circuitos, y desempeñan, por lo tanto, las funciones elementales de la electrónica y la eléctrica.

Estos elementos se clasifican en dos categorías: activos o pasivos. Entre los pasivos se incluyen los reóstatos, los condensadores y los inductores. Los considerados activos incluyen las baterías (o pilas), los generadores, los tubos de vacío y los transistores.

GENERADORES es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica

entre dos de sus puntos llamados polos, terminales o bornes transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

CONDUCTORES Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja.

Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el

hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas por ejemplo, el agua de mar o cualquier material en estado de plasma.

Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es la plata, pero debido a su elevado precio, los materiales empleados habitualmente son el cobre en forma de cables de uno o varios hilos, o el aluminio; metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre, es sin embargo un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión.

RECEPTORES Los receptores son aquellos operadores eléctricos que reciben la energía

eléctrica y la transforman en cualquier otro tipo de energía (luz, calor, sonido, movimiento...). Hay distintos tipos de receptores eléctricos:

Receptores térmicos: Son dispositivos en los que se transforma la energía en calor (estufas, calentadores, planchas, secadores).

Receptores lumínicos: Son aparatos que reciben energía eléctrica y la transforman en luz (lámparas).

Receptores electroquímicos: Son los que transforman la energía eléctrica en energía química, dando lugar a reacciones químicas (células electrónicas).

Receptores mecánicos: Es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica (motores eléctricos de corriente continua o alterna).

Al igual que el generador, el receptor tiene dos características propias: la fuerza contra electromotriz y la resistencia interna.Fuerza contra electromotriz E´ es la energía consumida por el motor en un segundo y por unidad de intensidad

CIRCUITOS ELÉCTRICOSTipos De CircuitoCircuito abierto: Es cuando la trayectoria de la corriente tienen

alguna interrupción, hay una diferencia de potencias pero no hay corriente.Circuito eléctrico: Es el recorrido o trayectoria que sigue la

corriente eléctrica desde que sale de la fuente hasta que retorna a ella, pasando por una o mas carga a través de unos conductores.

Circuito Cerrado : Si la trayectoria de la corriente no tiene ninguna interrupción hay diferencia de potencial y corriente.

Circuito Simple : Cuando el circuito abierto o cerrado, tiene una sola fuente y una sola carga.

Circuitos integrados digitales: Los circuitos integrados digitales se utilizan principalmente para construir sistemas informáticos, también se producen en los teléfonos celulares, equipos de música y televisores. Los circuitos integrados digitales incluyen microprocesadores, micro controladores y circuitos lógicos. Realizan cálculos matemáticos, dirigen el flujo de datos y toman decisiones basadas en principios lógicos booleanos. El sistema booleano utilizado se centra en dos números: 0 y 1. Por otro lado, el sistema de base 10, el sistema de numeración que aprendes en la escuela primaria, se basa en 10 números: 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9

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