ELECTRICIDAD

Electricidad

La electricidad (del griego ήλεκτρον elektron, cuyo significado es ámbar) es el 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.

Las cargas eléctricas producen campos electromagnéticos que interaccionan con otras cargas. La electricidad se manifiesta en varios fenómenos:

Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influenciada por los campos electromagnéticos.

Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente; se mide en amperios.

Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso cuando no se esta moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide en voltios.

Magnetismo: La corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

En ingeniería eléctrica, la electricidad se usa para generar:

Luz mediante lámparas

Calor, aprovechando el efecto Joule

Movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica señales 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.

El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico sistemático no comenzó hasta los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los ingenieros lograron aprovecharla para uso residencial e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica en esta época transformó la industria y la sociedad. La electricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.1 La electricidad es la columna vertebral de la sociedad industrial moderna.2

Carga eléctrica

Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.

La carga en un electroscopio causa que las láminas se repelan entre sí.

Artículo principal: Carga eléctrica.

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que produce una fuerza cuando tiene cerca otra materia cargada eléctricamente. La carga se origina en el átomo, el cual tiene portadores muy comunes que son el electrón y el protón. Es una cantidad conservadora, es decir, la carga neta de un sistema aislado se mantendrá constante, a menos que una carga externa se desplace a ese sistema. 29 En el sistema, la carga puede transferirse entre los cuerpos por contacto directo, o al pasar por un material conductor, como un cable. 30 El término electricidad estática hace referencia a la presencia de carga en un cuerpo, por lo general causado por que dos materiales distintos se frotan entre sí, transfiriéndose carga uno al otro. 31

La presencia de carga da lugar a la fuerza electromágnetica: una carga ejerce una fuerza sobre las otras, un efecto que era conocido en la antigüedad, pero no comprendido. 32 Una bola liviana, suspendida de un hilo, podía cargarse al contacto con una barra de vidrio cargada previamente por fricción con un tejido. Se encontró que si una bola similar se cargaba con la misma barra de vidrio, se repelían entre sí. Este fenómeno fue investigado a finales del siglo XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que dedujo que la carga se manifiesta de dos formas opuestas.33 Este descubrimiento trajo el conocido axioma "objetos con la misma polaridad se repelen y con diferente polaridad se atraen".32 34

La fuerza actúa en las partículas cargadas entre sí, y además la carga tiene una tendencia a extenderse sobre una superficie conductora. La magnitud de la fuerza electromagnética, ya sea atractiva o repulsiva, se expresa por la ley de Coulomb, que relaciona la fuerza con el producto de las cargas y tiene una relación inversa al cuadrado de la distancia entre ellas.35 36 La fuerza electromagnética es muy fuerte, la segunda después de la interacción nuclear fuerte37 , con la diferencia que esa fuerza opera sobre todas las distancias. 38 En comparación con la débil fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética que aleja a dos electrones es 1042 veces más grande que la atracción gravitatoria que los une.39

Las cargas de los electrones y de los protones tienen signos contrarios, además una carga puede ser expresada como positiva o negativa. Por convención, la carga que tiene electrones se asume negativa y la de los protones positiva, una costumbre que empezó con el trabajo de Benjamin Franklin.40 La cantidad de carga esta dada por el símbolo Q y se expresa en Culombios. 41 Los electrones tiene la misma carga de aproximadamente -1.6022×10-19 culombios. El protón tiene una carga que es igual y opuesta +1.6022×10-19 coulombios. La carga no sólo está presente en la materia, sino también por la antimateria, cada antipartícula tiene una carga igual y opuesta a su correspondiente partícula.42

La carga puede medirse de diferentes maneras, un instrumento muy antiguo es el electroscopio, que aunque todavía se usa para demostraciones en los salones de clase, ha sido superado por el electrómetro electrónico. 43

Corriente eléctrica

Un arco eléctrico provee una demostración energética de la corriente eléctrica

Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de cargas eléctricas. La corriente puede estar producida por cualquier partícula cargada eléctricamente en movimiento; lo más frecuente es que sean electrones, pero cualquier otra carga en movimiento producee una corriente.44 La intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo símbolo es A.

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó como sentido convencional de circulación de la corriente el flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Más adelante se observó, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y que se desplazan en sentido contrario al convencional.45 Lo cierto es que, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir de un flujo de partículas cargadas en una

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