Características de la electricidad

Es un fenómeno en el que se manifiestan los siguientes elementos característicos:

Carga eléctrica: se llama carga eléctrica a una propiedad de la materia que está presente en las partículas subatómicas y se evidencia por fuerzas de atracción o de repulsión entre ellas, a través de campos electromagnéticos. La materia compuesta por átomos es eléctricamente neutra, es decir, no está cargada a menos que algún factor externo la cargue. Los átomos poseen la misma cantidad de partículas con carga eléctrica negativa (electrones) que de partículas con carga eléctrica positiva (protones).

Las cargas eléctricas no pueden crearse ni destruirse. La cantidad de carga eléctrica en el universo es constante, no cambia con el tiempo. Los materiales responden de distinto modo a la inducción electromagnética. Algunos son conductores de la electricidad y otros son aislantes, es decir, no la conducen. Conforme al Sistema Internacional de Medidas (SI), las cargas eléctricas se miden en una unidad llamada Colombios o Coulomb (C). Su nombre se estableció en honor al físico francés Charles-Agustín de Coulomb (1736-1806), uno de los mayores estudiosos de este tipo de fenómenos físicos. Una unidad de Coulomb se define como la cantidad de carga que transporta una corriente eléctrica de un amperio por un conductor eléctrico en un segundo. Un amperio corresponde a 6,242 x 1018 electrones libres.

Campo eléctrico: es un campo físico o región del espacio que interactúa con cargas eléctricas o cuerpos cargados mediante una fuerza eléctrica. Su representación por medio de un modelo describe el modo en que distintos cuerpos y sistemas de naturaleza eléctrica interactúan con él.

Dicho en términos físicos, es un campo vectorial en el cual una carga eléctrica determinada (q) sufre los efectos de una fuerza eléctrica (F).

Estos campos eléctricos pueden ser consecuencia de la presencia de cargas eléctricas, o bien de campos magnéticos variables, como lo demostraron los experimentos de los científicos británicos Michel Faraday y James C. Maxwell.

Por esa razón, los campos eléctricos, en las perspectivas físicas contemporáneas, se consideran junto a los campos magnéticos para formar campos electromagnéticos.

Así, un campo eléctrico es esa región del espacio que se ha visto modificada por la presencia de una carga eléctrica. Si esta carga es positiva, genera líneas de campo eléctrico que «nacen» en la carga y se extienden hacia fuera con dirección radial. Si, por el contrario, la carga es negativa, las líneas de campo «mueren» en la carga.

Corriente eléctrica: Se llama corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un material conductor, debido al desplazamiento de los electrones que orbitan el núcleo de los átomos que componen al conductor.

Este movimiento de partículas se inicia una vez que en los extremos del conductor se aplica una tensión externa, como una batería, por ejemplo. Esta tensión genera un campo eléctrico sobre los electrones que, al poseer carga negativa, se ven atraídos hacia la terminal positiva.

Para transmitirse, la corriente eléctrica requiere de materiales que dispongan de una gran cuota de electrones libres, es decir, ubicados en su última órbita alrededor del núcleo y, por lo tanto, susceptibles de movilizarse al estar menos fuertemente atraídos por éste.

En ese sentido puede distinguirse entre materiales conductores, semiconductores y aislantes, de acuerdo a su capacidad de transmitir la corriente eléctrica (buena, poca y nula, respectivamente).

Los primeros experimentos con la electricidad fueron en el siglo XVIII y disponían únicamente de cargas eléctricas obtenidas por frotamiento (estática) o por inducción. Hubo que esperar hasta 1800 para comprobar el movimiento constante de una carga eléctrica, cuando el físico italiano Alessandri Volta inventó la pila eléctrica.

Magnetismonos referimos a uno de los dos componentes de la radiación electromagnética (junto a la electricidad) que se manifiesta a través de fuerzas de atracción o repulsión entre ciertos tipos de materiales y un campo de energía magnética (campo magnético).

Si bien todas las sustancias son afectadas por el magnetismo, no todas lo hacen de la misma manera. Algunos materiales, como ciertos metales ferromagnéticos (en especial el hierro, níquel, cobalto y sus aleaciones) son particularmente propensos a ello y por ende pueden constituir imanes. Algunos de ellos pueden ser de origen natural y otros de origen artificial, por ejemplo, como consecuencia de la acción de la electricidad sobre ciertos materiales (electroimanes).

La mayoría de los imanes son dipolos magnéticos: están dotados de un polo positivo y un polo negativo. Cada uno de estos polos ejerce una fuerza sobre otros imanes, o metales ferromagnéticos que encuentren en su área de acción, según una ley que establece que los polos semejantes se repelen, mientras que los opuestos se atraen.

Estos dipolos pueden darse a una escala macroscópica (por ejemplo, en el planeta Tierra existe un polo Norte y un polo Sur, cada uno ejerciendo una influencia magnética que permite el funcionamiento de las brújulas) o microscópica (por ejemplo, en la orientación de ciertas moléculas orgánicas debido a la carga eléctrica de sus átomos). Y estas fuerzas de magnetismo juegan un rol importante entre las fuerzas elementales de la naturaleza. Existen, así, materiales diamagnéticos (débilmente magnéticos), paramagnéticos (medianamente magnéticos) o ferromagnéticos (altamente magnéticos).

Tipos de electricidad

Existen diversos tipos de electricidad. Conozcamos los más importantes de ellos.

Electricidad estática

La electricidad estática es un fenómeno que surge en un cuerpo que posee cargas eléctricas en reposo. Normalmente los cuerpos son neutros (mismo número de cargas positivas y negativas), pero cuando se electrizan pueden adquirir una carga eléctrica positiva o negativa. Una de las formas de conseguir electricidad estática es a través del frotamiento.

El proceso por el que un cuerpo adquiere una carga se llama inducción electrostática. Los cuerpos con carga eléctrica del mismo tipo se repelen y los de distinto tipo se atraen. Algunos ejemplos de materiales con tendencia a perder electrones son el algodón, el vidrio y la lana. Algunos materiales con tendencia a captar electrones son los metales como la plata, el oro y el cobre.

Por ejemplo, los relámpagos. En la cotidianidad, podemos ver la energía estática cuando frotamos un globo sobre una superficie de lana.

Electricidad dinámica

La electricidad dinámica es la producida por una fuente permanente de electricidad que provoca la circulación permanente de electrones a través de un conductor. Estas fuentes permanentes de electricidad pueden ser químicas o electromecánicas.

Un ejemplo de electricidad dinámica es la que existe en un circuito eléctrico que utiliza como fuente de electricidad una pila o una dínamo.

Electromagnetismo

El electromagnetismo o electricidad electromagnética se refiere a aquella energía eléctrica que se almacena en el espacio debido a la presencia de un campo magnético. Este tipo de energía se propaga o difunde como radiación.

Como ejemplo, podemos mencionar las señales de radio y televisión, la radiación infrarroja y las ondas del horno microondas doméstico.

Usos de la electricidad

La electricidad tiene muchos usos. Los más evidentes son: generar iluminación, calor, movimiento y señales, todo lo cual permite beneficios y actividades de uso cotidiano.

Por ejemplo, el alumbrado público y de los hogares; la operatividad de maquinarias, incluidos los electrodomésticos; la climatización de ambientes cerrados (calefacción y aires acondicionados), etc.

Unidades de la electricidad

De acuerdo con el Sistema Internacional (SI), las unidades que expresan la electricidad son:

Las unidades de la electricidad definidas por el Sistema Internacional para las magnitudes relacionadas por la ley de Ohm son: el voltio para la tensión; el amperio para la intensidad; y el ohmio para la resistencia

Voltio[editar]

Es la unidad del SI para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en honor de Alessandri Volta, quien en 1800 inventó la primera batería química. Es representado simbólicamente por la letra V. Se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio consume un vatio de potencia.

Amperio[editar]

Es la unidad del SI para la intensidad de corriente eléctrica. Fue nombrado en honor de André-Marie Ampere. Un amperio es la intensidad de corriente que, al circular por dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y separados entre sí en el vacío a lo largo de una distancia de un metro, produce una fuerza entre los conductores de 2·10-7 newton por cada metro de conductor; también se puede conceptualizar como el paso de un Culombio (6.24 · 1018 electrones) en un segundo a través de un conductor. Se representa con la letra A

Ohmio[editar]

Es la unidad del SI para la resistencia eléctrica. Se representa con la letra griega Ω. Su nombre deriva del apellido del físico Georg Simón Ohm, que definió la ley del mismo nombre. Un ohmio es la resistencia eléctrica que presenta una columna de mercurio de 106,3 cm de altura y 1 mm² de sección transversal, a una temperatura de 0 °C.

Conductores de electricidad

Los conductores de electricidad son los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Son materiales conductores de electricidad los metales como el cobre, la plata, el oro y el aluminio. También son conductores algunos líquidos compuestos como los ácidos, las bases y las sales disueltas.

La conductividad eléctrica de los materiales se mide a través de los electrodos en una solución acuosa y estandarizada a una determinada temperatura. El resultado de la medición es el contenido iónico del material, lo que permite conocer cuál es su capacidad de conducción eléctrica.

 No ofrecen resistencia al paso de la corriente eléctrica a través de ellos, garantizando su libre circulación.

 Permiten el libre flujo de electrones entre partículas, lo que facilita la conducción de electricidad. El cobre se usa como referencia para medir y comparar el grado de conducción de otros materiales.

 Cuentan con un gran número de electrones libres que se mueven a través del material, facilitando la transmisión de la carga de un objeto a otro.

 Tienen una estructura atómica que permite el paso de la electricidad, sin necesidad de requerir una gran cantidad de energía para el paso de electrones entre un átomo y otro.

 Son altamente maleables; es decir, pueden manipularse sin llegar a romperse.

 Cuentan con una alta resistencia al desgaste, pudiendo estar expuestos a condiciones extremas, como altas temperaturas, sin verse afectados.

 Poseen una capa aislante para que la corriente eléctrica no entre en contacto con la superficie en la que es empleada a nivel doméstico o industrial.

¿Cuáles son los tipos de materiales conductores?

Los materiales conductores se clasifican en función a cómo se realiza la conducción de electricidad

1. Conductores metálicos: los electrones libres portan la carga, por lo que la conducción es electrónica. Tanto los metales como las aleaciones (la fusión entre uno o más metales) pertenecen a esta clasificación.

2. Conductores gaseosos: se presentan en estado gaseoso y pasan por un proceso de ionización de pérdida o ganancia de electrones, que les da la capacidad de conducir electricidad.

3. Conductores electrolíticos: la conducción eléctrica de estos materiales ocurre mediante una reacción química que divide en polos positivos y negativos una sustancia portadora de cargas. Con este tipo de materiales, el paso de la corriente eléctrica se da al mismo tiempo que el desplazamiento de materia.

A diferencia de los materiales conductores, los materiales aislantes impiden el paso de cargas eléctricas, y los semiconductores pueden permitir e impedir la conducción de energía eléctrica. Además, los materiales aislantes protegen las corrientes eléctricas del contacto con otras fuentes y corrientes; los materiales semiconductores, por su parte, conducen electricidad en condiciones específicas y en un solo sentido mientras que lo impiden en el sentido contrario.

Los materiales aislantes pueden ser: goma, madera, plástico y cerámica; y los semiconductores: silicio, germanio o azufre.

Ejemplos de materiales conductores

Plata: considerado como el mejor conductor de electricidad, aunque por su alto costo suele utilizarse en casos específicos.

Cobre endurecido: es el material conductor por excelencia. Aunque no posee la misma conductividad que la plata, su bajo costo hace que se utilice en la mayoría de los sistemas de cableado electrodoméstico y maquinarias.

Oro: al igual que la plata, se utiliza como conductor en aplicaciones específicas, como teléfonos o relojes.

Acero y aluminio: se caracterizan por tener un bajo costo y una alta conductividad. Se utilizan frecuentemente en áreas industriales.

Bronce: tiene características similares a la plata y el oro; es decir, es de alta conductividad, pero muy alto costo para usarse con regularidad.

Hidrógeno: un excelente gas de alta conductividad eléctrica. Suele, sin embargo, tener cierta inestabilidad química cuando pasa por el proceso de ionización.

Mercurio: aunque no suele utilizarse por sus elevados índices de toxicidad, se trata de un material que puede presentarse en estado gaseoso, líquido o sólido, según las temperaturas a las que sea sometido.

Soluciones salinas: son perfectas conductoras de electricidad debido al proceso de ionización de sales en medios acuosos.

Grafito: se trata de un material orgánico que se forma por cadenas de carbono y se utiliza para la conducción de circuitos eléctricos.

Aislantes de electricidad

Un aislante eléctrico es un material incapaz de transmitir electricidad, o lo que es lo mismo, cualquier material capaz de impedir o disminuir el flujo de la corriente eléctrica. Los aislantes eléctricos son fundamentales en la industria y en el manejo de la corriente, ya que se usan para impedir cortocircuitos y reducir la peligrosidad de la transmisión, al imposibilitar que las cargas eléctricas fluyan libremente.

Un aislante eléctrico es un material con baja o nula conductividad eléctrica. Esto significa que las cargas eléctricas de sus átomos (electrones) no pueden desplazarse libremente, de modo que estos materiales ejercen una determinada resistencia al paso de la corriente a través de ellos. Un aislante es exactamente lo opuesto a un material conductor.

Sin embargo, no existen aislantes absolutos o perfectos, capaces de impedir por completo la corriente. Algunos son más eficientes que otros, pero siempre hay un mínimo margen de transmisión, de modo que si se incrementa la tensión de la corriente eléctrica lo suficiente,