La electricidad es un fenómeno común y vital para la mayoría de las personas. Y como cualquier cosa familiar, rara vez se nota. Pocos se preguntan de dónde viene, cómo funciona o qué se puede hacer con ella. Sin embargo, se ha explorado mucho antes de Cristo y algunos misterios siguen sin respuesta.
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¿Qué se entiende por corriente eléctrica?
La electricidad es un fenómeno complejo que implica la existencia de cargas eléctricas. La palabra más utilizada para referirse a la corriente eléctrica y a todos los procesos que provoca.
La corriente eléctrica es el movimiento direccional de las partículas portadoras de carga bajo la influencia de un campo eléctrico.
Quién inventó la electricidad - historia
Las manifestaciones particulares de la electricidad se han estudiado desde mucho antes de nuestra era. Pero combinarlos en una sola teoría para explicar los destellos de los rayos en el cielo, la atracción de los objetos, la capacidad de provocar incendios y adormecer partes del cuerpo o incluso la muerte humana ha resultado ser un reto.
Los científicos han estudiado las tres manifestaciones de la electricidad desde la antigüedad:
- Peces que generan electricidad;
- La electricidad estática.;
- El magnetismo.
En el antiguo Egipto, los curanderos conocían las extrañas habilidades del siluro del Nilo e intentaban utilizarlo para tratar los dolores de cabeza y otras dolencias. Los antiguos médicos romanos utilizaban la raya eléctrica para fines similares. Los antiguos griegos estudiaron con detalle las extrañas habilidades de la raya y supieron que la criatura podía aturdir a un hombre sin contacto directo mediante un tridente y redes de pesca.
Algo antes, se había descubierto que si se frota el ámbar sobre un trozo de lana, éste empieza a atraer la lana y los objetos pequeños. Posteriormente se descubrió otro material con propiedades similares, la turmalina.
Alrededor del 500 a.C. Los científicos indios y árabes conocían las sustancias capaces de atraer el hierro y utilizaban activamente esta capacidad en diversos campos. Alrededor del año 100 a.C., los científicos chinos inventaron la brújula magnética.
En 1600, William Gilbert, médico de la corte de Isabel I y Jaime I, descubrió que todo el planeta era una enorme brújula e introdujo el concepto de "electricidad" (del griego "ámbar"). En sus escritos, los experimentos con el ámbar en la lana y la capacidad de la brújula para señalar el norte comenzaron a combinarse en una teoría. En la foto de abajo muestra el imán a Isabel I.
En 1633, el ingeniero Otto von Guericke inventa la máquina electrostática que puede atraer y repeler objetos y en 1745 Pieter van Muschenbroek construye el primer acumulador de carga eléctrica del mundo.
En 1800, el italiano Alessandro Volta inventa el primer suministro de energía - una batería eléctrica que genera corriente continua. También era capaz de transmitir corriente eléctrica a distancia. Por ello, este año es considerado por muchos como el año de la invención de la electricidad.
En 1831, Mike Faraday descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética y abrió el camino para la invención de diversos dispositivos basados en la corriente eléctrica.
A finales del siglo XIX y del XX, se producen un gran número de descubrimientos y avances gracias al trabajo de Nikola Tesla. Entre otras cosas, inventó el generador de alta frecuencia y transformadorel motor eléctrico, la antena para las señales de radio.
La ciencia de la electricidad
La electricidad es un fenómeno natural. Se estudia en parte en biología, química y física. Las cargas eléctricas se estudian con mayor profundidad en el marco de la electrodinámica, una de las ramas de la física.
Teorías y leyes de la electricidad
Hay pocas leyes que se aplican a la electricidad, pero describen completamente el fenómeno:
- La ley de conservación de la energía es la ley fundamental a la que también obedecen los fenómenos eléctricos;
- Ley de Ohm: ley fundamental de la corriente eléctrica;
- La ley de la inducción electromagnética - sobre los campos electromagnéticos y magnéticos;
- Ley de Ampere - sobre la interacción de dos conductores con corrientes;
- Ley de Joule-Lenz - sobre el efecto térmico de la electricidad;
- Ley de Coulomb - sobre la electrostática;
- Reglas de la derecha y de la izquierda - determinación de las direcciones de las líneas de fuerza del campo magnético y de la fuerza de los amperios que actúan sobre un conductor en un campo magnético;
- Regla de Lenz: determinación del sentido de la corriente de inducción;
- Leyes de Faraday - sobre la electrólisis.
Los primeros experimentos con electricidad
Los primeros experimentos con la electricidad fueron principalmente de carácter lúdico. Su esencia eran objetos ligeros que se atraían y repelían bajo la acción de una fuerza poco conocida. Otra experiencia divertida fue la transmisión de electricidad a través de una cadena de personas cogidas de la mano. Los efectos fisiológicos de la electricidad fueron estudiados activamente por Jean Nollet, que hizo pasar una carga eléctrica por 180 personas.
En qué consiste una corriente eléctrica
Una corriente eléctrica es un movimiento dirigido u ordenado de partículas cargadas (electrones, iones). Estas partículas se denominan portadores de carga eléctrica. Para que se produzca el movimiento, debe haber partículas con carga libre en la materia. La capacidad de las partículas cargadas para moverse en una sustancia determina la conductividad de la misma. Según la conductividad, las sustancias se diferencian en conductoras, semiconductoras, dieléctricas y aislantes.
En los metales, los electrones mueven la carga. La sustancia en sí no fluye: los iones metálicos están firmemente fijados en los nodos de la estructura y sólo oscilan ligeramente.
En los líquidos, los iones llevan la carga: cationes con carga positiva y aniones con carga negativa. Las partículas se precipitan hacia los electrodos con carga opuesta, donde se vuelven neutras y se depositan.
En los gases, el plasma se forma por fuerzas con diferentes potenciales. La carga es transportada por los electrones e iones libres de ambos polos.
En los semiconductores, la carga la llevan los electrones, que viajan de átomo en átomo y dejan huecos que se consideran de carga positiva.
¿De dónde viene la corriente eléctrica?
La electricidad que llega a los hogares a través de los cables es generada por un generador eléctrico en varias centrales. En ellas, el generador está conectado a una turbina de rotación continua.
El diseño de un generador tiene un rotor, una bobina, que se coloca entre los polos de un imán. Cuando la turbina hace girar este rotor, se induce o genera una corriente eléctrica en el campo magnético según las leyes de la física. Por lo tanto, el propósito del generador es convertir la fuerza cinética de la rotación en electricidad.
Una turbina puede hacerse girar de muchas maneras, utilizando diversas fuentes de energía. Se dividen en tres tipos:
- Renovable: energía derivada de recursos inagotables: corrientes de agua, luz solar, viento, fuentes geotérmicas y biocombustibles;
- No renovable: energía derivada de recursos que se producen muy lentamente, de forma inconmensurable con el ritmo de consumo: carbón, petróleo, turba, gas natural;
- Nuclear: energía derivada del proceso de fisión nuclear de las células.
La electricidad suele proceder del funcionamiento de:
- Centrales hidroeléctricas: se construyen en los ríos y aprovechan la fuerza del flujo de agua;
- Centrales térmicas: funcionan con energía térmica procedente de la quema de combustible;
- Centrales nucleares: funcionan con energía térmica derivada del proceso de reacción nuclear.
La energía transformada fluye a través de los cables hasta los centros de transformación y conmutación y luego hasta el consumidor final.
Hoy en día se están desarrollando activamente las llamadas formas alternativas de energía. Entre ellos se encuentran los aerogeneradores, los paneles solares, el uso de fuentes geotérmicas y cualquier otro medio de obtener electricidad a través de fenómenos inusuales. Las energías alternativas son muy inferiores a las fuentes tradicionales en términos de rendimiento y amortización, pero en determinadas situaciones ayudan a ahorrar dinero y a reducir la carga de las redes eléctricas principales.
También existe un mito sobre la existencia de BTGS - Generadores sin combustible. Hay vídeos en Internet que demuestran su funcionamiento y se ponen a la venta. Pero hay una gran disputa sobre la autenticidad de esta información.
Tipos de electricidad en la naturaleza
El ejemplo más sencillo de electricidad natural es el rayo. Las partículas de agua de las nubes chocan constantemente entre sí y se cargan positiva o negativamente. Las partículas más ligeras y con carga positiva acaban en la parte superior de la nube, mientras que las más pesadas y negativas se desplazan hacia abajo. Cuando dos nubes de este tipo están lo suficientemente cerca, pero a diferentes alturas, las cargas positivas de una se atraen mutuamente por las partículas negativas de la otra. Es entonces cuando se producen los rayos. Este fenómeno también se produce entre las nubes y la propia superficie de la Tierra.
Otra manifestación de la electricidad en la naturaleza son los órganos especiales de los peces, las rayas y las anguilas. Pueden utilizarlas para crear cargas eléctricas para defenderse de los depredadores o aturdir a sus víctimas. Su potencial va desde descargas muy débiles, invisibles para el ser humano, hasta mortales. Algunos peces crean un débil campo eléctrico a su alrededor que les ayuda a encontrar a sus presas y a navegar por aguas turbias. Cualquier objeto físico lo distorsiona de un modo u otro, lo que le ayuda a recrear su entorno y a "ver" sin sus ojos.
La electricidad también se manifiesta en el sistema nervioso de los organismos vivos. El impulso nervioso transmite información de una célula a otra, lo que le permite responder a los estímulos externos e internos, pensar y controlar sus movimientos.
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