¿Que es la Electricidad?
La electricidad se puede definir como una forma de
energía originada por el movimiento ordenado de electrones. Otros tipos de energía son la mecánica, calorífica, solar, etc.
Dependiendo de la energía que se quiera transformar en
electricidad, será necesario aplicar una determinada acción. Se podrá disponer de electricidad por
los siguientes procedimientos:
electricid
ad por frotamiento.
Generador
electrostático de Wimshurst. Laboratorio de Física. E.U. Ingeniería Técnica de
Minas y Obras Públicas (Barakaldo)
Los
antiguos griegos ya sabían que el ámbar frotado con lana adquiría la propiedad
de atraer cuerpos ligeros.
Todos
estamos familiarizados con los efectos de la electricidad estática, incluso
algunas personas son más susceptibles que otras a su influencia. Ciertos
usuarios de automóviles sienten sus efectos al cerrar con la llave (un objeto
metálico puntiagudo) o al tocar la chapa del coche.
Creamos
electricidad estática, cuando frotamos un bolígrafo con nuestra ropa. A
continuación, comprobamos que el bolígrafo atrae pequeños trozos de papel. Lo
mismo podemos decir cuando frotamos vidrio con seda o ámbar con lana.
Para
explicar cómo se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la
materia está hecha de átomos y los átomos de partículas cargadas, un núcleo
rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra, tiene el
mismo número de cargas positivas y negativas.
Algunos
átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un
material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con
otro, se dice que es más positivo en la serie triboeléctrica. Si un material
tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho
material es más negativo en la serie triboeléctrica.
El electróforo
Johannes
Wilcke inventó el electróforo que fue posteriormente perfeccionado por
Alessandro Volta. Este dispositivo se extendió por los laboratorios que
realizaban experimentos en electrostática, porque era una fuente de carga fácil
de usar.
La
carga se genera frotando una superficie aislante por ejemplo, de Teflón que se
comporta muy bien ya que es un excelente aislante y es fácil de limpiar y
mantener. El signo de la carga depende de la naturaleza de la superficie
aislante y del material utilizado para frotarla. Suponemos que una carga
negativa se distribuye en la superficie del material aislante.
La
carga en el conductor se genera por inducción, las cargas positivas son
atraídas en la parte del conductor más cercana a la superficie aislante y las
negativas son repelidas. Aunque el conductor se ponga en contacto con la
superficie aislante no se transfiere carga negativa al conductor. En principio,
el conductor se puede cargar cualquier número de veces repitiendo los pasos que
se muestran en el dibujo.
La
parte superior del conductor se pone en contacto con tierra, tocándola con un
dedo o mediante una conexión directa a tierra con un cable. Las cargas
negativas se neutralizan mientas que las positivas permanecen en la parte
inferior del conductor.
El
conductor se aleja de la superficie aislante, la carga positiva se redistribuye
en la superficie del conductor hasta que se alcanza el equilibrio.
Finalmente,
el conductor se pone en contacto con el electroscopio que nos indica la carga
del conductor.
Antes
de repetir estos pasos es necesario descargar el conductor y el electroscopio
poniéndoles en contacto a tierra. El procedimiento se puede repetir sin
necesidad de volver a frotar la superficie aislante. La razón estriba en que
carga por frotamiento está ligada a la superficie aislante, no se puede redistribuir
en el aislante ni puede ser transferida al conductor. La combinación de la
carga estacionaria en el aislante, el movimiento libre de las cargas en el
conductor y la transferencia de cargas cuando se pone en contacto a tierra, es
lo que hace al electróforo un dispositivo de carga perpetuo
En esta figura
podemos observar, la presión que ejerce las corrientes de agua subterráneas,
las mismas que accionan las turbinas que posteriormente generan la energía eléctrica, este mismo proceso lo utilizan en
los barcos y grandes buques como energía alterna al sistema principal.
En la figura
siguiente, podemos observar la presión que ejerce el agua en una represa de agua, este
sistema es el más utilizado.
En las presas
se genera electricidad liberando un flujo controlado de agua a alta presión a
través de un conducto forzado. El agua impulsa unas turbinas que mueven los
generadores y producen así una corriente eléctrica. A continuación, esta
corriente elevada de baja tensión pasa por un elevador de tensión que la
transforma
Electricidad Hidráulica por Acción de Agua
De todas las
energías enunciadas anteriormente, la empleada para producir electricidad en
grandes cantidades es la magnética.
Su producción se basa en el hecho de que, al
mover un conductor (material con gran movilidad de electrones) en presencia de
un imán (campo magnético), en el conductor se produce un movimiento ordenado de
electrones, como consecuencia de las fuerzas de atracción y repulsión
originadas por el campo magnético.
En esta forma
de producción de electricidad se basa el funcionamiento de los alternadores, motores y dinamos.
Alternador: Dispositivo capaz de
transformar el movimiento rotativo en electricidad. (Produce Corrientes Alterna)
|
Motor: Dispositivo capaz de transformar la
electricidad en movimiento rotatorio.
|
Dinamo: Dispositivo capaz de transformar el
movimiento rotativo en electricidad. (Produce
Corrientes Continua)
|
Turbina: Dispositivo mecánico que
transforma, la energía cinética de un fluido, en movimiento rotativo y
viceversa
|
Cualquier central eléctrica, basa su producción de
electricidad en el giro de turbinas unidas a ejes de alternadores. Este giro se
producirá por la caída de agua (central hidroeléctrica).
¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?
La clave del diseño de las centrales
hidroeléctricas está en un diseño adecuado de la tubería forzada de agua, que
aumentará su velocidad, y en la elección de la turbina más adecuada para que
extraiga la mayor cantidad posible de energía del agua en movimiento.
Uno de los modelos más utilizados es la turbina
Kaplan, con eje vertical y provisto de paletas móviles, que le permiten
adaptarse a las condiciones de presión del chorro de agua.
Energía magnética
En 1819, el
físico danés Hans Christian Oersted llevó a cabo un importante descubrimiento
al observar que una aguja magnética podía ser desviada por una corriente
eléctrica. Este descubrimiento, que mostraba una conexión entre la electricidad
y el magnetismo, fue desarrollado por el científico
francés André Marie Ampère, que estudió las fuerzas entre cables por los que
circulan corrientes eléctricas, y por el físico francés Dominique François
Arago, que magnetizó un pedazo de hierro colocándolo cerca de un cable
recorrido por una corriente. En 1831, el científico británico Michael Faraday
descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce
en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted.
Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético,
mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo magnético para crear
una corriente eléctrica. La unificación plena de las teorías de la electricidad y el
magnetismo se debió al físico británico James Clerk Maxwell, que predijo la
existencia de ondas electromagnéticas e identificó
la luz como un fenómeno electromagnético (véase Física).
James Clerk
Maxwell Conocido como uno de los científicos más destacados del siglo XIX,
James Clerk Maxwell desarrolló una teoría matemática que relaciona las propiedades
de los campos eléctricos y magnéticos. Los trabajos de Maxwell lo llevaron a
predecir la existencia de las ondas electromagnéticas, e identificó la luz como
un fenómeno electromagnético. Sus investigaciones contribuyeron a algunos de los
descubrimientos más importantes en el campo de la física durante el siglo XX,
incluidas la teoría de la relatividad especial de Einstein y la teoría cuántica
Los estudios
posteriores sobre el magnetismo se centraron cada vez más en la comprensión del
origen atómico y molecular de las propiedades magnéticas de la materia. En
1905, el físico francés Paul Langevin desarrolló una teoría sobre la variación
con la temperatura de las propiedades magnéticas
de las sustancias paramagnéticas (ver más adelante), basada en la estructura atómica de la materia. Esta
teoría es uno de los primeros ejemplos de la descripción de propiedades macroscópicas a
partir de las propiedades de los electrones y los átomos. Posteriormente, la
teoría de Langevin fue ampliada por el físico francés Pierre Ernst Weiss, que
postuló la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los
materiales como el hierro. Este concepto, combinado con la teoría de
Langevin, sirvió para explicar las propiedades de los materiales fuertemente
magnéticos como la piedra imán.
Campos
magnéticos y corrientes En 1813, Hans Christian Oersted predijo que se hallaría
una conexión entre la electricidad y el magnetismo. En 1819 colocó una brújula cerca de un hilo recorrido por
una corriente y observó que la aguja magnética se desviaba. Con ello demostró
que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos. Aquí vemos cómo las
líneas del campo magnético rodean el cable por el que
fluye la corriente. Microsoft Corporation. Reservados todos
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Después de que
Weiss presentara su teoría, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma
cada vez más detallada. La teoría del físico danés Niels Bohr sobre
la estructura atómica, por ejemplo, hizo que se comprendiera la tabla periódica
y mostró por qué el magnetismo aparece en los elementos de transición, como el hierro,
en los lantánidos o en compuestos que incluyen estos elementos. Los físicos
estadounidenses Samuel Abraham Goudsmit y George Eugene Uhlenbeck demostraron
en 1925 que los electrones tienen espín y se comportan como pequeños imanes con
un ‘momento magnético’ definido. El momento magnético de un objeto es una
magnitud vectorial (véase Vector) que expresa la intensidad y orientación del
campo magnético del objeto. El físico alemán Werner Heisenberg dio una
explicación detallada del campo
molecular de Weiss en 1927, basada en la recientemente desarrollada mecánica cuántica (ver
Teoría cuántica). Más tarde, otros científicos predijeron muchas estructuras atómicas
del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas.
4 EL CAMPO MAGNÉTICO
Una barra imantada o un cable que transporta corriente
pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque
los objetos magnéticos producen un ‘campo magnético’. Los campos magnéticos
suelen representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’.
En cualquier punto, la dirección del
campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la
intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.
En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se
curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como
bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra fuera. En los
extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo
magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza
están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su
fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de
líneas de fuerza. La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o
por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse
utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse
siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un
pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las
líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes
puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema
de líneas de fuerza. Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una
hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo
magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten
así visualizar su estructura.
Los campos magnéticos influyen sobre los materiales
magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos
generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo
magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de
la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es
perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas.
Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas
cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafos de
masas.
Electricidad Térmica por Acción del Calor
Central de generación térmica:
Es el tipo de central donde se usa una turbina accionada
por vapor de agua inyectado
a presión para
mover el eje de los generadores eléctricos. Se puede producir desde los 5 hasta
los 5000 kwatts.
Las centrales térmicas convencionales y las térmicas
nucleares utilizan la energía contenida en el vapor a presión. El ejemplo más
sencillo consiste en conectar una tetera llena de agua hirviendo a una rueda de
paletas, enlazada a su vez a un generador. El chorro de vapor procedente de la
tetera mueve las paletas, y estas, el rotor.
Podemos conseguir vapor de muchas maneras: quemando carbón, petróleo, gas o
residuos urbanos, o bien aprovechando la gran cantidad de calor que generan las
reacciones de fisión nuclear. Incluso se puede producir vapor concentrando la
energía del sol.
El proceso seguido en todas las centrales térmicas (convencionales o nucleares)
tiene cuatro partes principales:
1. Generador de calor
(puede ser una caldera para quemar carbón, fuel, gas, biogás, biomasa o
residuos urbanos, o bien un reactor nuclear).
2. Circuito cerrado por
donde circula el fluido que porta la energía cinética necesaria (agua en fase
líquida y en fase de vapor). El generador de vapor tiene una gran superficie de
contacto para facilitar la transferencia de calor de la caldera. (En las
centrales de gas de ciclo combinado, el fluido es el propio gas en combustión).
3. Condensador o circuito
de enfriamiento. Convierte el vapor "muerto" de baja densidad en
agua líquida de alta densidad, apta para ser convertida de nuevo en vapor
"vivo". El calor residual del vapor "muerto" se transfiere
a otro medio (generalmente un río o un embalse).
4. La turbina convierte la
energía cinética del vapor "vivo" en movimiento rotatorio. Las ruedas
de paletas se disponen una tras otra, con diferentes configuraciones, para
aprovechar toda la energía contenida en el vapor a presión a medida que se expande
y pierde fuerza.
El generador convierte el giro en corriente eléctrica, gracias al proceso
de inducción electromagnética.
Energía por acción química
Dispositivo que convierte la energía química en
eléctrica. Todas las pilas consisten
en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo
positivo y un electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico; uno de
los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar
los electrodos al circuito que hay que alimentar, se produce una corriente
eléctrica.
Las pilas en las que el producto químico
no puede volver a su forma original una vez que la energía química se ha
transformado en energía eléctrica (es decir, cuando las pilas se han
descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias o
acumuladores son aquellas pilas reversibles en las que el producto químico que
al reaccionar en los electrodos produce energía eléctrica, puede ser
reconstituido pasando una corriente eléctrica a
través de él en sentido opuesto a la operación normal de la pila.
Entre los extremos de los metales,
fuera del electrolito, se genera una diferencia de potencial, o voltaje, que
puede dar lugar a una corriente eléctrica. En la pila de la figura 3 el zinc
adquiere carga negativa, mientras que el cobre adquiere cargas positivas. Al
zinc se le llama cátodo y el cobre recibe el nombre de ánodo. Así se tiene una
fuente de electricidad distinta a la generada por fricción. Con este medio
químico para obtener electricidad se abrieron nuevas posibilidades de
aplicación práctica y experimental.
La explicación de las reacciones químicas que ocurren en
la pila o celda voltaica se dio muchos años después, ya que en la época de
Volta la química apenas empezaba a desarrollarse como ciencia moderna.
Solamente diremos que, por un lado, el zinc adquiere un exceso de electrones,
mientras que por el otro, el ácido con el cobre da lugar a cargas eléctricas
positivas. Al unir el cobre con el zinc por medio de un alambre conductor, los
electrones del zinc se mueven a través del alambre, atraídos por las cargas del
cobre y al llegar a ellas se les unen formando hidrógeno.
Energía
por luz:
A medida que la luz solar se hace más intensa, el voltaje
que se genera entre las dos capas de la célula fotovoltaica aumenta.
¿Cómo funciona una célula fotovoltaica?
En ausencia de luz, el sistema no genera energía.
Cuando la luz solar incide sobre la placa, la célula
empieza a funcionar. Los fotones de la luz solar interaccionan con los
electrones disponibles e incrementan su nivel de energía.
Conclusiones:
La información presentada en el texto anterior
comprueba que existe más de una manera para producir electricidad, y estas son
utilizadas para usos cotidianos. De igual forma demuestra que dichas fuentes de
producción no son ajenas a nuestro conocimiento, sino pues, que pasamos dicha
información por alto.
Bibliografía:
www. Monograifias.com
Descubrió dos nuevos cloruros de carbono a demás del benceno. Investigó
nuevas variedades de vidrio óptico y llevó a cabo con éxito una serie de
experimentos de licue facción de gases comunes. En el año 1821 trazó el campo
magnético alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica.
En 1831 descubrió la inducción electromagnética y demostró la inducción de una
corriente eléctrica por otra.
