ANTECEDENTES

LA ELECTRICIDAD

                           ANTECEDENTES                   

Desde tiempos inmemoriales, la humanidad ha tenido conocimiento de fenómenos relacionados con la electricidad, si bien se desconocía su naturaleza, y se achacaba a fenómenos divinos o mágicos.

Como ejemplos de esas manifestaciones se pueden citar:

        Los RAYOS                                                                    Fuegos Fatuos  o de San Telmo

Fuegos fatuos en cuernos del ganado

     

      Atracción electrostática                                                                       Auroras      

                                                                                                                                                    


             

Thales de Miletus (630−550 AC) fue el primero que se interesó por el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiría la capacidad de atraer algunos objetos.

El ámbar en griego se denominaba elektron, y es la palabra de la que procede el término electricidad.

Fue el filósofo Griego Theophrastus (374−287 AC) el primero que estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.

Willian Gilbert (1544−1603) faplicó el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar.

Es en el siglo XVIII cuando comienza a conocerse realmente lo que es la electricidad, y a todos nos deberían sonar nombres como 

Benjamín Franklin (1706−1790), Charles Agustín de Coulomb (1736−1806), Alejandro Volta (1745−1827), Luigi Galvani (1737−1798), Sir Humphry Davy (1778−1829),  Hans Christian Oersted (1777−1851), Andre−Marie Ampere (1775−1836), Alemán Georg Simon Ohm (1789−1854), Michael Faraday (1791−1867), Simule F.B. Morse (1791−1867), James Prescott Joule (1818−1889),Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821−1894),  Gustav Robert Kirchhoff (1824−1887), William Thomson (Lord Kelvin) (1824−1907), James Clerk Maxwell (1831−1879), Heinrich Rudolf Hertz (1847−1894)  Joseph John Thomson (1856−1940), Nikola Tesla (1856 – 1943), Thomas Alva Edison (1847−1931),  y otros muchos  a los que no menciono por no extenderme pero sin los cuales el mundo en que vivimos no sería como es.

DEFINICIÓN DE ELECTRICIDAD

-----------¿QUE ES LA ELECTRICIDAD?----------

Podemos definir la electricidad como un tipo  de energía que se basa en la propiedad física de atracción o repulsión de cargas eléctricas, según sean de distinto o igual tipo respectivamente.

Esa propiedad se  manifiesta tanto en movimiento 

(corriente eléctrica )

 como en estado de reposo

 (electricidad estática). 

Esas  cargas eléctricas a las que se hace mención son los electrones de los átomos.

Recordemos que las partes de un átomo son: 

El núcleo donde se encuentran los protones y los neutrones, y la corteza o parte exterior del átomo en la que se hayan los electrones. 

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

CARGA ELÉCTRICA: 

Se define como el exceso o defecto de cargas elementales (electrones)  que tiene un cuerpo. 

Si el cuerpo tiene exceso de electrones, estará cargado negativamente. Si por el contrario tiene defecto de electrones, estará cargado  positivamente.

 La unidad de carga eléctrica es el 

CULOMBIO 

que definiremos como una gran cantidad de electrones.

Se representa con la letra Q.

1 Culombio son 6,241 0×10¹⁸ electrones. 

CORRIENTE  ELÉCTRICA: 

También recibe el nombre de INTENSIDAD de CORRIENTE. Es el movimiento o circulación de electrones en un cuerpo.

 La unidad de corriente eléctrica es el 

AMPERIO

que definiremos como una cantidad de un culombio 

que circula por un cuerpo en un segundo. 
Se representa con la letra A

FUERZA ELECTROMOTRIZ: 

También llamada tensión, o diferencia de potencial, o Voltaje. De forma simple diremos que es la fuerza capaz de impulsar y mover a los electrones por un el interior de un material.

La unidad de fuerza electromotriz (f.e.m.) es el 
VOLTIO

para hacernos una idea, las pilas tienen una fuerza de un voltio y medio

Se representa con la letra V.

RESISTENCIA ELÉCTRICA: 

Es la oposición que tiene un objeto para que la corriente eléctrica pase por él.

No confundir con la RESISTIVIDAD que es la oposición de un material al paso de la corriente.
La resistencia de un objeto, depende entonces del material con el que está construido y de la forma (longitud y grosor) del mismo.

Los cuerpos que dejan pasar fácilmente la corriente eléctrica se llaman CONDUCTORES.

Por el contrario, aquellos que no dejan pasar la corriente se llaman AISLANTES.

Los materiales denominados SEMICONDUCTORES, son aquellos que dejan pasar la corriente según les afecte una magnitud física, como la temperatura o la luz por ejemplo.

La unidad de resistencia eléctrica  es el 

OHMIO
Se representa con la letra griega omega Ω

Si a un objeto le aplicamos una fuerza electromotriz de 1 Voltio, y circula por él una corriente eléctrica de 1 Amperio, entonces ese objeto tiene una Resistencia Eléctrica de 1 Ohmio

ENERGÍA  ELÉCTRICA: 

Se denomina energía a la capacidad para iniciar un movimiento o hacer que algo se transforme 

La energía eléctrica es un tipo de energía  causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, tres 3 efectos: luminoso, térmico y magnético.

La unidad de energía  es el 

JULIO
Se representa con la letra J

Es el resultado de mutiplicar la potencia consumida en vatios por el tiempo en segundos. 

En el mundo de la electricidad es habitual medir la energía en KW x hora

POTENCIA  ELÉCTRICA: 

Podemos definir la potencia como la capacidad que tiene un receptor eléctrico, para transformar la energía eléctrica consumida en otro tipo de energía, (luminosa, calorífica, mecánica.....) en un tiempo determinado.

                                       

La unidad de potencia  eléctrica  es el 

VATIO

Se representa con la letra W

Un vario de potencia es el resultado de multiplicar una tensión de un voltio por una corriente de un amperio.

ELECTRICIDAD. ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS

CORRIENTE CONTINUA

La corriente continua la producen las baterías, las pilas, las placas solares y las dinamos entre otros dispositivos.

Entre los extremos de cualquiera de estos generadores se genera una tensión que aunque puede variar de valor. Siempre tiene la misma polaridad: esto es que el polo positivo (Ánodo) y el negativo (Cátodo)no cambian. Están siempre en el mismo sitio. Por tanto,  al conectar un receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el circuito no varía de sentido de circulación. Siempre va en el mismo sentido.

Por tanto,  en CC (corriente continua o DC) la tensión siempre es la misma y la Intensidad de corriente también.

Cuando se habla de tensión o corriente  contínua, se supone siempre que es una tensión o corriente contínua constante, es decir que además de no cambiar de polaridad, tampoco cambian de valor, aunque esto último no es imprescindible.

Si tuviéramos que representar las señales eléctricas de la Tensión y la Intensidad en continua en una gráfica, quedarían de la siguiente forma:

CORRIENTE ALTERNA

Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes).

En este tipo de señal, la tensión y la intensidad, además de cambiar de sentido de circulación varias veces por segundo, varía de valor con el tiempo. Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) no es constante, varía con el tiempo según la gráfica de la figura.

Veamos cómo es la gráfica de la tensión en corriente alterna.

Esta onda se genera 50 veces cada segundo, es decir tiene una FRECUENCIA (F) de 50Hz (hertzios), (en EEUU y otros países es de 60Hz).  Su duración o PERÍODO (T) es de 20ms. La relación entre estas dos magnitudes es:

T=1/F        F=1/T

Como vemos, cada onda pasa 2 veces por 0V  y 2 veces por la tensión máxima que es de 311V (en positivo y en negativo), ya que en este caso el valor eficaz de la señal es de 230 como se ve en el dibujo .

Es tan rápido que no se nota, excepto en el parpadeo de los fluorescentes y en imágenes de cine o televisión. (efecto estroboscópico).

Además vemos, como a los 10ms (milisegundos) la polaridad cambia y se invierten los polos, ahora llega a una tensión máxima de -311V (tensión negativa).

Esta onda se conoce como onda alterna senoidal. Es la más común y es la forma de la señal eléctrica que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con valores de intensidad lógicamente, en lugar de los de  tensión.

Pero ¿Por qué se dice que hay una tensión de 220V en los enchufes?. 

Como la tensión varía constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz. Este valor es el valor que debería tener en corriente continua para que produjera el mismo efecto sobre un receptor en corriente alterna. Es decir si conectamos un radiador eléctrico a 220V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima o de pico de 311V, en este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión (eficaz o efectiva) de 220V, aunque realmente no sea un valor fijo, sino variable.

Estaría mejor dicho que hay una tensión con valor eficaz de 220V.  En la figura siguiente se puede ver lo expuesto.

Se tiende a que la tensión eficaz en la línea que llega a las casas sea de 220 v con lo que el valor máximo sería de 311V. En algunas zonas se  llega a un valor eficaz de 240V que corresponde con un valor máximo de 340V.

FORMAS DIFERENTES QUE TOMA LA CORRIENTE ALTERNA

De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede tener otras formas:

Rectangular o pulsante (A) Triangular (B) Diente de sierra(C) Senoidal (D) VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA Y DE OTRA Corriente continua. La principal ventaja es que es un tipo de energía eléctrica fácilmente almacenable: baterías, acumuladores, condensadores… También es fácilmente obtenible mediante pilas, dinamos, células fotoeléctricas, termopares, piezoelectricidad… Asimismo es fácil y barata de transportar para pequeñas cantidades: pilas y baterías. El mayor inconveniente es que es complicado y poco rentable cambiar su valor, y transportarla a grandes distancias, sobre todo para grandes cantidades. Corriente alterna. La principal ventaja es su facilidad de producción a gran escala así como su transporte a grandes distancias, que es mucho más rentable que para la continua. Igualmente es fácil cambiarla de valor para adaptarla a diversas necesidades, siempre que sea en alterna. (Transformadores) Su inconveniente es que todos los circuitos electrónicos, cada vez más abundantes en nuestra sociedad, funcionan a partir de corriente continua, por lo que no se puede usar directamente. Es preciso el uso de dispositivos electrónicos, que en varios pasos, la conviertan en continua (rectificadores) y adapten sus valores mediante reguladores o estabilizadores, a las especificaciones del dispositivo.