electricidad

Electricidad 

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

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:

• Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctrica mente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.
• Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctrica mente por un material conductor; se mide en amperios.
• Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso cuando no se está 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.

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.

corriente eléctrica 

 es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.¹ Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en elelectroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Magnitudes eléctricas

Voltaje, tensión o diferencia de potencial (V)

En un circuito eléctrico, la diferencia de potencial (el voltaje o la tensión) existente entre los polos del generador o entre los puntos cualesquiera del circuito, es la causa de que los electrones circulen por el circuito si este se encuentra cerrado.

Su unidad es el voltio (v). Se suelen emplear dos múltiplos de esta unidad que son el kilovoltio (kV) y el megavoltio (mV) y también dos submúltiplos como son el milivoltio (mV) y el microvoltio (µV).

1kV= 1.000 V 1MV= 1.000.000 V

1V= 1000MV 1 V= 1.000.000 µV

Para medir el voltaje se utiliza un aparato llamado voltímetro. Se conecta en paralelo al elemento cuyo voltaje queremos medir.

Intensidad de la corriente eléctrica (I).

La intensidad de la corriente se define como la cantidad de carga eléctrica que circula por un circuito en la unidad de tiempo.

Se mide en Amperio (a). Normalmente se emplean de unos submúltiplos de esta unidad que son miliamperio (mA) y el microamperio (µA)

1 A= 1.000 mA 1 A= 1.000.000 µA

La intensidad es una característica equivalente al caudal en el circuito hidráulico, esto es, a la cantidad de agua que pasa en la unidad de tiempo por un punto de la tubería.

Para medir la intensidad de corriente que circulan por un circuito se utilizan unos aparatos llamados amperímetros, se conecta en serie para efectuar la medida.

El circuito eléctrico 

es el recorrido preestablecido por por el que se desplazan las cargas eléctricas.

Circuito elemental

Las cargas eléctrica que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje otensión entre los extremos de un conductor, se necesita un dispositivo llamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica.

Se distinguen dos tipos de corrientes:

Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada por una pila o batería.

Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.

Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en eléctrica.

El mecanismo que lo constituye es un elemento giratorio llamado rotor, accionado por una turbina el cual al girar en el interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminales de salida un determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente alterna (a)

Pilas y baterías:

Las pilas y las baterías son un tipo de generadores que se utilizan como fuentes de electricidad.Las baterías, por medio de una reacción química producen, en su terminal negativo, una gran cantidad de electrones (que tienen carga negativa) y en su terminal positivo se produce una gran ausencia de electrones (lo que causa que este terminal sea de carga positiva).Ahora si esta batería alimenta un circuito cualquiera, hará que por éste circule una corriente de electrones que saldrán del terminal negativo de la batería, (debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal positivo donde hay un carencia de electrones, pasando a través del circuito al que está conectado. De esta manera se produce la corriente eléctrica.

Fuerza electromotriz de un generador:

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

A. Circuito eléctrico abierto (sin  carga o resistencia). Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la batería en este caso). B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.

Voltímetro:

La ddp y la fem se pueden medir conectando un voltímetro entre dos puntos de un circuito o entre los terminales de un generador. El voltímetro siempre se conecta en paralelo. La escala de un voltímetro viene expresada en voltios.

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.

Elementos de un circuito electrico

En cualquier circuito eléctrico sencillo podemos distinguir diferentes tipos de elementos que cumplen una función determinada y que estudiamos a continuación:

Generadores

Son los elementos encargados de suministrar la energía al circuito, creando una diferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corriente eléctrica.

 Los elementos que se encargan de esta función son: las pilas, baterías, dinamos y alternadores.

Conductores 

Son materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, por lo que se utilizan como unión entre los distintos elementos del circuito. 

Generalmente son cables formados por hilos de cobre trenzado y recubiertos por un aislante plástico.

Receptores

 Son los componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor.

Algunos receptores muy comunes son: las lámparas, motores, estufas, altavoces, electrodomésticos, máquinas, etc.

Elementos de control

Estos elementos nos permiten maniobrar con el circuito conectando y desconectando sus diferentes elementos  según nuestra voluntad.

Los elementos de control más empleados son los interruptores, pulsadores y conmutadores.

Elementos de protección 

Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y sus usuarios de cualquier avería que los pueda poner en peligro. 

 Los más empleados son los fusibles y los interruptores de protección.

Simbología / Símbolos eléctricos y electrónicos básicos

Símbolo	Descripción		Símbolo	Descripción
Símbolos de componentes pasivos
	Resistencia eléctrica / Resistor Sistema IEC + simbolos			Resistencia eléctrica / Resistor Sistema NEMA + simbolos
	Inductor / Bobina eléctrica + simbolos			Condensador eléctrico capacitor + simbolos
	Interruptor + simbolos			Conmutador + simbolos
	Pulsador + simbolos			Conector macho Sistema IEC + simbolos
	Fusible + simbolos			Conector hembra Sistema IEC + simbolos
	Conductor / línea eléctrica + simbolos			Conector macho Sistema NEMA + simbolos
	Tierra + simbolos			Conector hembra Sistema NEMA + simbolos
Símbolos de componentes activos
	Diodo + simbolos			Diac + simbolos
	Tiristor + simbolos			Triac + simbolos
	IC, circuito integrado + simbolos			Amplificador + simbolos
	Generador eléctrico + simbolos			Pila + simbolos
	Transistor + simbolos			Símbolo de válvula electrónica Ejemplo: Diodo + simbolos
Símbolos de componentes activos (Electrónica digital)
	Puerta lógica AND Sistema ANSI + simbolos			Puerta lógica OR Sistema ANSI + simbolos
	Puerta lógica NAND Sistema ANSI + simbolos			Puerta lógica NOR Sistema ANSI + simbolos
	Inversor lógico + simbolos			Display de LED de 7 segmentos + simbolos
	Puerta lógica AND Sistema Británico + simbolos			Puerta lógica OR Sistema Británico + simbolos
	Puerta lógica AND Sistema NEMA + simbolos			Puerta lógica OR Sistema NEMA + simbolos
Símbolos de instrumentación
	Amperímetro + simbolos			Voltímetro + simbolos
	Ohmetro + simbolos			Frecuencímetro + simbolos
	Vatímetro + simbolos			Reloj eléctrico + simbolos
	Contador eléctrico / Integrador Se sustiuye el asterisco por la letra o símbolo de la magnitud a contar + simbolos			Instrumento registrador Se sustiuye el asterisco por la letra o símbolo de la magnitud que registra + simbolos
Otros símbolos eléctricos y electrónicos básicos
	Antena + simbolos			Altavoz / Parlante + simbolos
	Micrófono + simbolos			Lámpara / Bombilla + simbolos
	Corriente continua, CC Corriente directa, CD + simbolos			Corriente alterna, CA + simbolos
	Polaridad positiva + simbolos			Polaridad negativa + simbolos
	Cristal piezoeléctrico + simbolos			Relé (Bobina e interruptor) + simbolos
	Transformador eléctrico + simbolos			Motor eléctrico + simbolos

Importancia de la electricidad

La electricidad, junto con el vapor, ha sido un gran agente de transformación en la industria y en el comercio. A fines del siglo XIX se transformó en una fuente de luz, de calor y de fuerza motriz, dando origen, junto con el empleo del petróleo, a un impulso de la industria tan considerable que se ha dicho que en la última parte del siglo XIX, el mundo experimentó una segunda revolución industrial.

El invento de la dínamo-eléctrica, que transforma el trabajo mecánico en energía eléctrica, fue el acontecimiento más importante. Poco después se combinó esto con el aprovechamiento de las caídas de agua (energía hidroeléctrica).

La electricidad ha hecho posible el telégrafo (1833), después el teléfono (1876) y, posteriormente, la telegrafía y la telefonía sin hilos, con la trasmisión de la palabra. El sabio alemán Carl Friedrich Gauss sacó de los descubrimientos teóricos de Ampere y de Aragóla telegrafía eléctrica. El primer aparato práctico fue construido en Estados Unidos por Morse; el aparato y su alfabeto todavía son de uso universal. El teléfono fue inventado por el francés Bourseul, un empleado de telégrafos; pero no fue utilizado, sino mucho más tarde (1876), gracias al norteamericano Graham Bell. (Ver Cronología de la electricidad)

Desde 1836 Inglaterra y Estados Unidos empezaron a construir su red telegráfica.

Más tarde se inventó la telefonía sin hilos, que no tardó en industrializarse y ser usada en la vida diaria, disminuyendo las distancias y poniendo rápidamente en comunicación a todas las personas de nuestro planeta.

Y suma y sigue.

Resultaría monumental la tarea de seguir describiendo los avances hasta el momento en materia de electricidad o de sus posteriores aplicaciones tecnológicas. Pero no sería exagerar si dijéramos que la civilización actual volvería a un estado primitivo de no existir el conocimiento de esta forma de energía. Imagine su propia vida sin electricidad. Desde ya no habría luz eléctrica, ni teléfono o cualquier modo de comunicación a distancia que no sea la imprenta. No habría computadoras, ni cine. Tampoco automóviles porque para ello se necesitó del paso de la pistola de Volta, precursor de las bujías. La medicina retrocedería a sus orígenes, sin rayos X, resonancia magnética, ecografías, etc. El mundo de la alimentación sufriría un gran embate sin la refrigeración. Sin satélites de comunicación ni computadoras la meteorología sería incapaz de predecir huracanes o fenómenos como la Corriente del Niño. Si no hay automóviles, tampoco habrá máquinas de construcción. ¿Habría edificios, puentes, túneles? Tal vez muy pocos. Es verdad, no tendríamos que vernos con los problemas que acarrearon estos avances. ¿Pero, a qué precio?

Imagine un mundo así. No se trata de ver si ese mundo sería mejor o peor, eso es muy difícil de evaluar, tan solo se trata de notar la diferencia. 

Obtención de la electricidad

La electricidad se obtiene a gran escala a través de las Centrales Hidroeléctricas o Termoeléctricas, fuente de energía térmica (combustibles, geotermia, energía solar, energía nuclear) o energía mecánica (energías eólica, hidráulica, mareomotriz), la cual acciona unos aparatos motores, por ejemplo, turbinas. Las turbinas, acopladas a alternadores, convierten su energía mecánica en energía eléctrica, que luego es distribuida a la red. En la actualidad, las únicas instalaciones de gran potencia son las centrales termoeléctricas (que funcionan con combustibles como carbón, petróleo o gas) y las centrales hidroeléctricas (que funcionan por la fuerza de la caída de aguas en las grandes represas o los caudales de ríos).