ESTRUCTURA DEL ÁTOMO

Un átomo está formado por partículas diminutas. Dos de estas partículas, el electrón y el protón, son importantes para nuestros estudios.

Los electrones se mueven en trayectorias alrededor del centro o núcleo de un átomo. Estas trayectorias comúnmente se denominan niveles. Un átomo puede tener varios niveles alrededor de su núcleo. Cada uno de ellos puede tener únicamente determinado número de electrones. Este número se llama cuota de un nivel. Cuando todos los niveles de un átomo contienen su cuota de electrones, se dice que el átomo está en una condición estable. El núcleo del átomo está formado por partículas llamadas protones y neutrones. Estos se mantienen unidos estrechamente por una energía de amarre.

Fig. 1 Esta es la representación de un átomo de gas oxígeno. Contiene ocho electrones que se mueven alrededor del núcleo en dos niveles.

Todos los electrones son semejantes, y todos los protones también. De este modo, los átomos difieren unos de otros sólo por el número de electrones y protones que contienen. El número de protones en el núcleo es el número atómico del átomo. El Peso de los neutrones es aproximadamente el mismo que el de los protones. El término peso atómico se refiere al número total de partículas (tanto protones como neutrones) en el núcleo de un átomo.

Fig.2 Átomos de hidrógeno, helio y Carbono

ELEMENTOS, COMPUESTOS Y MOLÉCULAS

Cuando todos los elementos en una sustancia son semejantes, la sustancia se llama elemento. El Cobre, el Hierro y el carbono están entre los más de 100 elementos diferentes conocidos. Diferentes elementos pueden combinarse para formar una sustancia llamada compuesto. El agua, el azúcar y los materiales plásticos son ejemplos de compuestos.

La partícula más pequeña de un compuesto que conserva las mismas propiedades se denomina molécula. Una molécula contiene átomos de cada uno de los elementos que forman el compuesto.

CARGAS

Los electrones y los protones tienen diminutas cantidades de energía conocidas como cargas eléctricas. Los electrones tienen carga negativa (-). Los Protones positiva (+). Los neutrones no tienen carga eléctrica; por esta razón son neutros. La magnitud de la carga negativa de cada electrón es igual a la magnitud de la carga positiva de cada protón. Estas cargas opuestas se atraen las unas a las otras. Esta atracción es la responsable de que el átomo se mantenga unido.

En condiciones normales, las cargas positivas y negativas en el átomo tienen el mismo valor. Esto se debe a que el átomo tiene el mismo número de electrones y de protones. Cuando un átomo tiene esta condición, se dice que es eléctricamente neutro.

ELECTRONES DE VALENCIA

A los electrones del nivel superior de un átomo se les llama electrones de valencia. En el estudio de la electricidad y electrónica, interesa principalmente el comportamiento de los electrones de valencia. Ellos, en ciertas condiciones pueden abandonar sus átomos “padres” . El número de los electrones de valencia en los átomos determina importantes características eléctricas y químicas de la sustancia.

NIVELES DE ENERGÍA Y ELECTRONES LIBRES

Se dice que los electrones de cualquier nivel de un átomo están localizados en determinados niveles de energía. Estos niveles están relacionados con la distancia existente entre los electrones y el núcleo del átomo. Cuando se aplica energía externa como calor, luz o electricidad a ciertos materiales, los electrones de los átomos de estos materiales ganan energía. Esto puede causar que los electrones salten a niveles de energía más altos. De esta manera, se alejan de los núcleos de sus átomos.

Fig. Algunos electrones del átomo pueden moverse a niveles de energía más altos dentro del mismo o abandonarlo como resultado de absorción de energía

Cuando un electrón pasa al nivel de energía más alto posible ( o al nivel superior de su átomo), disminuye la atracción ue ejercen sobre él las cargas positivas de los protones dentro del núcleo del átomo. Si en estas condiciones suficiente energía al átomo, algunos de los electrones del nivel superior, o de valencia. Lo abandonarán. A estos electrones se les llama electrones libres.

IONES

Un ión es un átomo cargado. Si un átomo neutro gana electrones, entonces habrá en el más electrones que protones. Así, el átomo se convierte en un ión cargado negativamente. Si un átomo neutro pierde electrones, los protones sobrepasarán en número a los electrones restantes; asi el átomo será un ión cargado positivamente. Iones con carga opuestas se atraen entre sí. Iones con cargas iguales se repelen unos a otros. El Proceso por medio del cual los átomos gana o pierden electrones se conoce como ionización.

Fig. A. Iones cargados negativamente; B Iones Cargados Positivamente

CARGAS ELÉCTRICAS EN ACCIÓN

Una manera sencilla de generar una carga eléctrica es por medio del rozamiento. Por ejemplo, si se frota vigorosamente un globo de hule con un paño de lana. Los electrones pasarán al globo, y el globo quedará cargado negativamente. Si luego el globo se coloca contra una pared, la carga negativa del globo repelerá los electrones de la superficie de la pared quede carga positivamente. La atracción entre las cargas opuestas del globo y de la pequeña área de la superficie de la pared es lo suficiente intensa para mantener al globo en ese lugar.

Fig. Las Cargas eléctricas opuestas se atraen unas a otras , por eso causan ue el globo se quede pegado a la pared.

ELECTRICIDAD ESTÁTICA

La Atracción entre el globo cargado y la pared representa el trabajo realizado por la energía electrostática. Llamada electricidad estática con frecuencia. Un campo electrostático es la energía ue rodea a todo objeto cargado. En esta clase de electricidad, no hay movimiento de electrones entre el globo y la pared. Por esto, se dice ue la electricidad es estática o en reposo.

La electricidad estática a veces se considera como algo que no tiene aplicación práctica. Sin embargo existen dispositivos como capacitores o purificadores de aire en procesos industriales, como la manufactura de papel abrasivo, que hace uso de ella.

APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA

En la figura se muestra como se usan las cargas estáticas para producir papel abrasivo. Papel de lija es el término común para el papel abrasivo. Este papel se emplea para pulir superficie de madera o metal. Una banda transportadora conduce las partículas abrasivas sobre una placa cargada negativamente por contacto. Al mismo tiempo, el papel, el cual contiene un recubrimiento adhesivo, se mueve debajo de una placa cargada positivamente. Esto hace ue el papel se cargue positivamente. Puesto ue las cargas opuestas se atraen, el papel atraerá a las partículas abrasivas muy uniforme y densamente en el papel.

La Electricidad estática también puede aplicarse en los purificadores de aire. Este dispositivo puede emplearse en sistemas de calefacción domésticos, y sirve para limpiar el aire cuando circula a través del horno. Un dispositivo similar puede utilizarse industrialmente para reducir la contaminación. Los filtros de aire electrostáticos son mucho más eficientes que los sencillos filtros de tela o papel. Aquellos remueven del aire únicamente las partículas grandes. Un filtro electrónico puede remover partículas diminutas.

MÉTODOS PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD

1.0 Energía Por Fricción:

Uno de sus hitos iniciales puede situarse hacia el 600 AC cuando el filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una lana o piel, se obtenían pequeñas cargas que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Cerca de la antigua ciudad griega de Magnesia se encontraban las denominadas Piedras de Magnesia que incluían magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos hierro. Las palabras magneto (equivalente en español a imán ) y magnetismo derivan de ese topónimo

1.1 Energía por Frotamiento: Es el método de carga en el que se transfieren electrones de un material a otro, por que se rozan o friccionan. La fricción tiene ciertos efectos eléctricos los cuales ya conocemos; algunos ejemplos se presentan cuando acariciamos un gato, cuando nos peinamos (si lo hiciéramos a oscuras podríamos ver y oír las chispas eléctricas), cuando nos deslizamos sobre la cubierta de plástico del asiento de un automóvil estacionado, etc. En estos casos y muchos otros que no mencionamos se transfieren electrones por fricción cuando un material roza con otro, lo que se conoce como carga por fricción.

1.2 Energía Por Inducción: una electrización por inducción consiste en transmitir electrones sin tocar el objeto a electriza, un ejemplo muy claro es la botella de Leyden.

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo (neutro, sin cargas). Cuando el cuerpo electrizado se acerca al cuerpo neutro, hay una interacción eléctrica entre las cargas del objeto electrizado y las del cuerpo neutro.

Como resultado, la distribución de electrones se altera: el cuerpo electrizado cede sus electrones libres al cuerpo neutro.

2.0 Electricidad Por Reacción Química

Las Reacciones químicas que se dan en la interfase de un conductor eléctrico (llamado electrodo que puede ser un metal o un semiconductor ) y un conductor iónico (electrolito pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.[]

Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis . En cambio, si la caída de potencial eléctrico es creada como consecuencia de la reacción química , se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica.

3.0 Electricidad por Piezoelectricidad

Es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.

Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas.

Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo y turmalina) y los llamados ferroeléctricos , que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (tantalio de litio, nitrato de litio y berlinita) en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares bajo forma de microcristales orientados).

4.0 Electricidad por Temperatura o Termopar

Cuando dos metales distintos a temperaturas diferentes se ponen en contacto formando una unión bimetálica, entre ambos lados de la unión se genera una fuerza electromotriz. Este fenómeno se denomina efecto Seebeck y es la base del funcionamiento de los termopares un tipo de termómetro usado en el control del flujo de gas en dispositivos domésticos como cocinas, calefactores y calentadores de agua corriente.

5.0 Electricidad Por Celda Solar

Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad . Las celdas a veces son llamadas células fotovoltáicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía luminosa produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.

Silicio Cristalino y arseniuro de galio son la elección típica de materiales para celdas solares. Los cristales de arseniuro de galio son creados especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de silicio están disponibles en lingotes estándar más baratos producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrónica . El silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversión, pero también menor coste.

Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de diámetro puede producir una corriente de alrededor 0,5 amperios a 0,5 Voltios (equivalente a un promedio de 90 W/m², en un rango de usualmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficacia de la celda). El arseniuro de galio es más eficaz que el silicio, pero también más costoso.

Las células de silicio más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos se puede dividir en tres subcategorías:

· Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.

· Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.

· Las células de silicio amorfo Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.

Los lingotes cristalinos son cortados en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas para modificar las propiedades conductoras) dentro de las obleas, y se depositan conductores metálicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares son construidos con estas celdas cortadas en forma apropiada. Para protegerlos de daños en la superficie frontal causados por radiación o por el mismo manejo de éstos se los enlaza en una cubierta de vidrio y se cimentan sobre un sustrato (el cual puede ser un panel rígido o una manta blanda). Se realizan conexiones eléctricas en serie-paralelo para determinar el voltaje de salida total. La cimentación y el sustrato deben ser conductores térmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no es convertida en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes son llamados paneles solares o grupos solares.

Energía por Medios Magnéticos:

Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un ‘campo magnético’. Los campos magnéticos suelen representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas. En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de líneas de fuerza. La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza. Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.

Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafos de masas.

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos15/fuentes-electricidad/fuentes-electricidad.shtml#MAGNET#ixzz2goL8J8n2

www.wikipedia.com

Electricidad y Electrónica Básica Buban Peter.