Electricidad

Si alguna vez te has sentado a contemplar una tormenta eléctrica, con relámpagos de gran eficacia, que fotografían el cielo, habrás pensado alguna vez en la capacidad de la energía eléctrica. Un rayo es una descarga repentina y enorme de energía eléctrica entre el cielo y el fondo. La energía de un solo rayo es suficiente para ablandar 100 bombillas de alta eficacia durante un día entero o para hacer un par de 100.000 rebanadas de pan tostado

La energía eléctrica es esencialmente la fuente de energía más versátil que tenemos ahora; además, es una de las más recientes: las casas y las empresas la utilizan desde hace no más de 100 años. La energía eléctrica ha desempeñado una parte importante de nuestro pasado. Pero sin duda puede desempeñar un papel único en nuestro futuro, con muchos edificios adicionales que producen su propia energía eléctrica renovable utilizando paneles fotovoltaicos y generadores eólicos. Profundicemos en la energía eléctrica y aprendamos cómo funciona realmente

¿qué es la energía eléctrica?

La energía eléctrica es un tipo de energía que puede acumularse en un solo lugar o circular de un lugar a otro. Cuando la energía eléctrica se acumula en un solo lugar, se denomina energía eléctrica estática (la expresión "estática" significa una cosa que no se transfiere); la energía eléctrica que va de un lugar a otro se conoce como energía eléctrica presente.

Energía eléctrica estática

La energía eléctrica estática suele producirse cuando se frota un factor contra otro. Si frotas un globo contra tu saltador 20 o 30 veces, verás que el globo se te pega. Esto ocurre porque el globo roza, lo que te ofrece un coste (una pequeña cantidad de energía eléctrica). El coste hace que se adhiera a tu saltador como un imán, como resultado de los factores positivos de tu saltador un coste eléctrico inverso. Así, tu saltador y el globo son atraídos el uno por el otro como los extremos alternativos de dos imanes.

¿Has pisado alguna vez una alfombra o un material de nailon y has sentido un ligero cosquilleo? Entonces tocaste definitivamente una cosa metálica, como el negocio de una puerta o un grifo (canilla), y sentiste un dolor agudo en la mano. Este es un ejemplo de descarga eléctrica. Cuando caminas por la alfombra, los dedos de los pies se rozan con ella. Tu cuerpo aumenta constantemente {un coste eléctrico}, que es el hormigueo que puedes sentir realmente. Una vez que contactas con el metálico, el coste corre inmediatamente a la tierra, y ese es el choque que sientes.

Los rayos pueden ser atribuibles a la energía eléctrica estática. Cuando las nubes de lluvia se desplazan por el cielo, se frotan en oposición al aire que las rodea. Esto hace que construyan un gran coste eléctrico. Finalmente, cuando el coste es lo suficientemente gigantesco, rebota en la Tierra como un rayo. Puedes sentir el cosquilleo en el aire cuando se acerca una tormenta. Es la energía eléctrica del aire que te rodea. Aprende más sobre esto en nuestro artículo sobre condensadores.

Cómo funciona la electricidad estática

La energía eléctrica es atribuible a los electrones, pequeñas partículas que "orbitan" alrededor de los átomos. Cada electrón tiene un pequeño coste perjudicial. Un átomo tiene normalmente la misma variedad de electrones y protones (partículas con carga positiva en su núcleo o centro), por lo que los átomos no tienen un coste eléctrico global. Un trozo de goma está formado por un gran número de átomos conocidos como moléculas. Por la razón de que los átomos no tienen coste eléctrico, las moléculas tampoco tienen coste para la goma.

Supón que frotas un globo en tu camisa una y otra vez. Al progresar el globo hacia delante y hacia atrás, le das fuerza. La fuerza de tu mano hace que el globo maniobre. Al rozar con el material de tu jersey, los electrones de las moléculas de goma se lanzan y se acumulan en su cuerpo. Esto deja al globo con sólo unos pocos electrones. Como los electrones tienen un coste perjudicial, tener muy pocos electrones hace que el globo esté mal construido. Mientras tanto, tu puente tiene un factor positivo estos electrones adicionales y se convierte en carga negativa. Tu saltador está cargado negativamente y el globo está cargado positivamente. Los costes alternativos seducen, por lo que tu saltador se pega al globo.

Esta es una rápida introducción a la electricidad estática. Puedes saber mucho más sobre ella (y por qué es atribuible a una cosa conocida como triboelectricidad) en nuestro artículo esencial sobre la electricidad estática.

Presencia eléctrica

Cuando los electrones se transfieren, llevan la energía eléctrica de un lugar a otro. Esto se conoce como un regalo eléctrico. Un rayo es un ejemplo de un regalo eléctrico, aunque al final no es largo. La corriente eléctrica también interviene en la alimentación de todos los equipos domésticos que utilizas, desde lavadoras a linternas y desde teléfonos a reproductores de MP3. Estas corrientes eléctricas acaban durando mucho más tiempo.

¿has oído hablar alguna vez de las frases potencia potencial y potencia cinética? La energía potencial es la que no se almacena directamente para su uso futuro. Un coche en la cima de una colina tiene potencia potencial, ya que tiene el potencial (o la capacidad) de rodar colina abajo tarde o temprano. Al rodar cuesta abajo, su potencia potencial se transforma constantemente en potencia cinética (que es la potencia de un físico que está en movimiento). Puedes saber más sobre esto en nuestro artículo sobre la potencia.

La energía eléctrica estática y la eléctrica presente son como la energía potencial y la energía cinética. Cuando la energía eléctrica se guarda en un solo lugar, tiene el potencial de hacer una cosa antes o después. La energía eléctrica guardada en una batería es una instancia {de energía eléctrica} potencial. Debes utilizar la energía de la batería para calmar una linterna, por ejemplo. Cuando activas una linterna, la batería que hay en su interior empieza a suministrar energía eléctrica a la lámpara, por lo que ésta emite una suave energía eléctrica. Cuando la luz solar está encendida, la energía fluye de la batería a la lámpara. Con el tiempo, la energía ahorrada en la batería se transforma constantemente en luz (y calor) en la lámpara. Esta es la razón por la que la batería se agota.

Circuitos eléctricos

Para que se produzca un regalo eléctrico, debe haber un circuito. Un circuito es una trayectoria o bucle cerrado alrededor del cual fluye un regalo eléctrico. Normalmente, un circuito se crea uniendo piezas eléctricas con elementos de cable. Así, en una linterna, hay un circuito sencillo con un cambio, una bombilla y una pila unidos por una serie de pequeños elementos de cobre. Una vez que activas el interruptor, la energía eléctrica fluye por el circuito. Si hay una interrupción en cualquier parte del circuito, la energía eléctrica no puede fluir. Si uno de los muchos cables está dañado, por ejemplo, la lámpara solar no se encenderá. Del mismo modo, si el interruptor está desconectado, no puede circular la energía eléctrica. Esta es la razón por la que un interruptor se conoce normalmente como "disyuntor" disyuntor.

Sin embargo, los cables no siempre deben querer hacer un circuito. Hay un circuito formado entre una nube de tormenta y la tierra por el aire que hay en medio. Normalmente el aire no conduce la electricidad. Sin embargo, si hay suficiente coste eléctrico gigante dentro de la nube, probablemente puede crear partículas cargadas dentro del aire conocidas como iones (átomos que se han desplazado o han ganado algunos electrones). Los iones actúan como un cable invisible que conecta la nube de arriba y el aire de abajo. Los rayos fluyen por el aire entre los iones.

Cómo llega la energía eléctrica a un circuito

Los materiales que recuerdan al cobre metálico y que conducen la energía eléctrica (permiten que fluya libremente) se conocen como conductores. Los materiales que no permiten que la energía eléctrica pase a través de ellos de forma sencilla, como el caucho y el plástico, se conocen como aislantes¿qué hace que el cobre sea un conductor y el caucho un aislante?

Un regalo de energía eléctrica es un círculo continuo de electrones. Cuando los electrones se trasladan de un lugar a otro, alrededor de un circuito, llevan la energía eléctrica de un lugar a otro, como las hormigas que marchan alrededor de las hojas portadoras. En sustitución de las hojas portadoras, los electrones llevan una pequeña cantidad de {coste eléctrico}.

La energía eléctrica puede viajar por medio de una cosa cuando su construcción permite que los electrones se muevan con facilidad. Los metales que recuerdan al cobre tienen electrones "libres" que no son muy seguros para sus átomos esenciales. Estos electrones circulan libremente a través de la construcción de cobre y eso es lo que permite que circule la corriente eléctrica. En el caucho, los electrones son extra seguros. No hay electrones "libres" y, por ello, la energía eléctrica no circula realmente por la goma. Se afirma que los conductores que permiten que la energía eléctrica circule libremente tienen un exceso conducta y una baja resistencialos aislantes que no actives la alternativa es la electricidad circulante: tienen una baja conductancia y una resistencia excesiva.

Para que la energía eléctrica circule, tiene que haber algo que empuje a los electrones. Esto se conoce como energía electromotriz (EMF). Una pila o una toma de corriente crea la energía electromotriz que hace circular un regalo de electrones. La energía electromotriz se conoce como voltaje.

Presente directo y presente alternativo

La energía eléctrica puede transferirse por un circuito de otras dos maneras. Dentro de la imagen normal de arriba, podrás ver a los electrones trabajando en un circuito como vehículos de carreras en una observación, moviéndose todo el tiempo en la misma trayectoria. Este tipo de energía eléctrica se conoce como corriente continua (DC) y la mayoría de los juguetes y pequeños equipos domésticos tienen circuitos que funcionan de esta manera.

Los equipos domésticos más grandes de tu casa utilizan un tipo único de energía eléctrica conocido como corriente alterna (CA). En lugar de recorrer siempre el mismo camino, los electrones invierten constantemente su trayectoria unas 50-60 veces por segundo. Aunque podrías suponer que eso hace inconcebible el movimiento de energía en un circuito, ¡no es así! Debido a este hecho, cada tipo de regalo podría hacer que la bombilla funcionara a pesar de circular en numerosos métodos. La mayoría de los diferentes equipos eléctricos domésticos también pueden funcionar con corriente continua o con corriente alterna, aunque algunos circuitos quieren que la corriente alterna cambie a corriente continua (o viceversa) para funcionar correctamente.

Electromagnetismo

La electricidad y el magnetismo están cuidadosamente asociados. Puede que hayas visto grandes electroimanes metálicos trabajando en un desguace. Un electroimán es un imán que puede encenderse y apagarse mediante energía eléctrica. Cuando el don fluye, se presenta como un imán; cuando el don se detiene, vuelve a ser un extraño trozo de metal no magnetizado. Las grúas para chatarra se deciden por los artículos de chatarra encendiendo el imán. Para lanzar la chatarra, hacen girar de nuevo el imán.

Los electroimanes presentan que la energía eléctrica puede producir magnetismo, pero ¿cómo funcionan? Cuando la energía eléctrica fluye por un cable, crea una muestra invisible de magnetismo a su alrededor. Si colocas la aguja de una brújula cerca del cable eléctrico y conectas o desconectas la corriente eléctrica, podrás ver cómo se traslada la aguja debido al magnetismo generado por el cable. El magnetismo es atribuible al cambio de la energía eléctrica cuando enciendes y apagas la corriente.

Así es como funciona un motor eléctrico. Un motor eléctrico es una máquina que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. En otras palabras, la {energía eléctrica} hace que el motor gire, y el motor puede accionar el equipo. En una lavadora, un motor eléctrico hace girar el tambor; en un taladro eléctrico, un motor eléctrico hace girar el taladro a una velocidad excesiva y perfora el tejido. Un motor eléctrico es un cilindro lleno de imanes alrededor de su borde. En el centro hay un núcleo hecho de alambre de hierro que se enrolla varias veces. Cuando la electricidad fluye hacia el núcleo de hierro, crea magnetismo. El magnetismo creado dentro del núcleo empuja en oposición al magnetismo dentro del cilindro exterior y hace que el núcleo del motor gire. Aprende más en nuestro artículo esencial sobre motores eléctricos.

Fabricar energía eléctrica

Al igual que la energía eléctrica puede generar magnetismo, el magnetismo puede generar energía eléctrica. Una dinamo parece un motor eléctrico por dentro. Después de pedalear la bicicleta, la dinamo se conecta a la rueda de entrada que gira. Dentro de la dinamo hay un núcleo pesado hecho de alambre de hierro enrollado, muy parecido al interior de un motor. El núcleo gira libremente dentro de unos imanes gigantes montados. Mientras pedaleas, el núcleo gira dentro de estos imanes exteriores y genera energía eléctrica. La energía eléctrica sale de la dinamo y alimenta la lámpara de tu moto.

Los molinos eléctricos utilizados en los cultivos energéticos funcionan exactamente igual, sólo que a una escala mucho mayor. En lugar de ser impulsados por las piernas de alguien que pedalea furiosamente, estos gigantescos molinos son impulsados por el vapor. El vapor se produce por la quema de combustibles o por reacciones nucleares. Los cultivos energéticos pueden producir enormes cantidades de electricidad, pero desperdician gran parte de la energía que producen. La energía tiene que circular desde la planta, el lugar donde se produce, hasta los hogares, los lugares de trabajo y las fábricas, el lugar donde se utiliza a lo largo de muchos kilómetros de cable de alimentación. Fabricar energía eléctrica en una planta de influencia y llevarla a un edificio lejano puede desperdiciar hasta dos tercios de la energía que inicialmente estaba presente en la gasolina

Otro inconveniente de los cultivos energéticos es que producen energía eléctrica quemando "combustibles fósiles", como el carbón, la gasolina o el petróleo. Esto crea contaminación atmosférica y contribuye al problema denominado calentamiento del mundo (la forma en que la tierra se calienta continuamente debido a la energía que utilizan los individuos). Otra desventaja de los combustibles fósiles es que están restringidos y funcionan constantemente.

Existen diferentes métodos para hacer que la energía sea más respetuosa con el medio ambiente, mucho menos contaminante, y que nunca contribuya al calentamiento del mundo. Estos tipos de energía se conocen como renovables porque son definitivos de forma indefinida. Ejemplos de energía renovable son los generadores eólicos y la energía solar. A diferencia de los cultivos energéticos gigantes, suelen ser métodos mucho más respetuosos con el medio ambiente para generar energía eléctrica. Como suelen estar situados más cerca del lugar donde se utiliza la energía eléctrica, se desperdicia mucha menos energía transmitiendo la energía a través de los cables.

Energía eléctrica y electrónica

La energía eléctrica incluye el uso de corrientes comparativamente gigantes {de energía eléctrica} para realizar trabajos útiles, como el funcionamiento de una lavadora o la alimentación de un taladro. La electrónica es un tipo de energía eléctrica totalmente diferente. Es una forma de controlar los asuntos utilizando corrientes extremadamente pequeñas de energía eléctrica, ¡típicamente incluso electrones individuales! Supón que vas a tener una lavadora digital. Del enchufe (la red eléctrica) salen corrientes masivas de energía eléctrica para hacer girar el tambor y calentar el agua. Pequeñas corrientes de energía eléctrica hacen funcionar las piezas digitales del interior de la unidad de programación de la lavadora. Estas pequeñas corrientes generan las más grandes, haciendo que el tambor gire hacia adelante y hacia atrás, iniciando y deteniendo el suministro de agua, y así sucesivamente. Aprende más en nuestro artículo esencial sobre electrónica.

La facilidad de la energía eléctrica

Antes de la invención de la energía eléctrica, los individuos necesitaban producir energía en el momento y después de quererla. Por ello, necesitaban construir fuegos de madera o carbón para calentar sus casas o cocinar. La invención de la energía eléctrica modificó todo esto. Significaba que la energía podía fabricarse en un solo lugar, y luego suministrarse a través de largas distancias hasta donde se quisiera. Los individuos no tenían que temer producir energía para calentar o cocinar: todo lo que tenían que hacer era enchufar y cambiar, y la capacidad estaba allí tan rápidamente como la necesitaban.

Otro factor positivo de la energía eléctrica es que es una especie de "lenguaje" generalizado con el que se pueden "comunicar" todos los equipos domésticos de moda. Puedes conducir un automóvil utilizando energía de la gasolina, o puedes cocinar comidas en una barbacoa en tu jardín utilizando carbón, aunque no puedes conducir tu automóvil con carbón o cocinar comidas con gasolina. Sin embargo, la energía eléctrica es un poco diferente. Puedes cocinar con ella, conducir vehículos con ella, calentar tu casa con ella y gastar tu teléfono móvil con ella. Esa es la buena magnificencia y la energía de la energía eléctrica: es energía para todos, en todas partes y en todo momento.

Medición de la electricidad

Mediremos la energía eléctrica con numerosos métodos, pero algunas mediciones son significativamente vitales.

Tensión

La tensión es un tipo de energía eléctrica que hace que la energía eléctrica se desplace por un cable y la medimos en voltios. Cuanto mayor sea la tensión, mayor será la tendencia a que circule. Así, una batería de automóvil de 12 voltios suele producir más presente que una batería de linterna de 1,5 voltios.

Presente

La tensión, por sí misma, no va a ninguna parte: es bastante incorrecto hablar de cuestiones de tensión "que fluyen a través". Lo que llega a través del cable en un circuito es la presencia eléctrica: una circulación continua de electrones, medida en amperios.

Energía

En conjunto, la tensión y la presencia te proporcionan energía eléctrica. Cuanto más alto sea el voltaje y más grande el regalo, más energía eléctrica tendrás. Medimos la energía eléctrica en elementos conocidos como vatios.

La energía eléctrica en un circuito es idéntica a la tensión × la corriente (en otras palabras: vatios = voltios × amperios). Así, si tienes una lámpara de 100 vatios (100 W) y sabes que la energía eléctrica que te suministran es de 120 voltios (el voltaje doméstico típico en Estados Unidos), la circulación actual debería ser de 100/120 = 0,8 amperios. Si estás en Europa, es más probable que el voltaje de tu casa sea de 230 voltios. Por tanto, si utilizas la misma lámpara de 100 vatios, la circulación actual es de 100/230 = 0,4 amperios. El sol brilla igual en todos los continentes y utiliza la misma cantidad de energía en todos los casos; en Europa utiliza un voltaje más alto y disminuye el presente; en EEUU, hay un voltaje decreciente y un mejor presente.

Una advertencia rápida: 120 voltios y 230 voltios son los voltajes "nominales" o normales de los hogares, los voltajes que en principio se puede alegar que tienes. Si observas, tu casa puede tener más o menos voltaje que éste, por diversas causas, pero principalmente por la distancia a la que se encuentra de tu central eléctrica o suministro de energía nativa.