II. Electricidad
1. Explicación. La electricidad consiste en un fenómeno físico creado u originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción, siendo su manifestación natural más imponente, el relámpago. Según la física, es el “agente fundamental constitutivo de la materia en forma de electrones (negativos) y protones (positivos) que normalmente se neutralizan. En el movimiento de estas partículas cargadas consiste la corriente eléctrica”. Toda vez que una carga se encuentra en reposo, ésta a su vez genera o produce fuerzas en otras cargas existentes, situadas inmediatamente a su alrededor. Si dicha carga circula o bien se desplaza, ello engendra, consecuencialmente, fuerzas magnéticas. Existen dos clases de cargas eléctricas: positivas y negativas. Entre ambas se genera una denominada “interacción eléctrica”, atendida la referida propiedad de la materia o “carga eléctrica”. Las cargas iguales se repelen, en tanto que las cargas que son de signo contrario, se atraen.
La electricidad puede encontrarse en algunas partículas subatómicas. Una de aquellas partículas, la más ligera y que lleva carga eléctrica se denomina “electrón”, que transporta una “unidad de carga”. Los átomos contienen electrones, y, generalmente, los que se hallan más distantes del núcleo, se “desprenden” sin mucha dificultad. Por ende, un cuerpo queda “cargado eléctricamente”, producto de la “reordenación de los electrones”. Normalmente, los átomos tienen iguales cantidades de carga eléctrica de signo positivo y negativo. Por lo tanto, se dice que es “eléctricamente neutro”. La porción de carga eléctrica que poseen los electrones del átomo, “negativas”, se dice estar estabilizada o equilibrada por la carga de signo “positivo” del núcleo. Por ende, si una materia contiene excedente de electrones, se dice que está cargado “negativamente”. Al la inversa, si un cuerpo carece de electrones, dicho cuerpo estará cargado “positivamente”, debido a las cargas eléctricas positivas del núcleo. Cuando se carga eléctricamente un cuerpo, no se está creando cargas en el material. La carga eléctrica no se crea ni se destruye; sólo se transfiere. Lo anterior es conocido como “conservación de la carga”.
2. Breve reseña histórica. Al manipular una piedra imán, el hombre descubrió en “fenómeno magnético”, el cual constituye una de las manifestaciones más curiosas de la energía eléctrica.
Dichas propiedades magnéticas y los primeros conocimientos adquiridos en torno a ella, se dice, se remontan a la edad de hierro. Plinio El Viejo (naturista romano) relaciona el término “magnetismo” a un pastor llamado Magnes. Lucrecio, -poeta romano-, en cambio, atribuía el concepto a “magnesia”, que era una antigua ciudad ubicada al norte de Grecia donde por primera vez se encontró la piedra imán o “magnetita”.
El fenómeno generado a partir del imán, inicialmente fue objeto de las más disparatadas explicaciones: algunos decían, entre ellos el emperador romano Claudio, que el imán atraía al hierro porque quería “alimentarse”; Descartes, con mayor imaginación, decía que el imán tenia miles de tornillos de tamaño infinitesimal, que rotaban constantemente, lo cual atraía los también diminutos e incontables orificios de la superficie del hierro.
Ya los griegos, con Tales de Mileto, descubrieron que, frotando vigorosamente una pieza de ámbar con la piel, inmediatamente eran atraídos pequeños partículas de polvo y plumas, manifestación que se conoce con el nombre de “electricidad estática”.
Gracias a la arqueología, se ha podido, en parte, determinar desde cuando el hombre comenzó a manipular la energía eléctrica. Este es el caso de la “Batería de Bagdad”, datado alrededor del año 250 A.C., similar a una celda electroquímica. Sin embargo, se ha encontrado evidencia física referente al modo en que ésta era empleada. También es posible distinguir, entre jeroglíficos egipcios, descripciones de artefactos que, supuestamente, representaban primitivos dispositivos eléctricos.
El primero en ocupar la palabra eléctrico, del latín eléctricus, fue el científico inglés William Gilbert, en su libro “De Magnete”, que publicó el año 1.600, la que, a su vez, deriva del griego elektron, que significa ámbar, a través del cual daba explicación a los fenómenos ya descubiertos por los griegos, estableciendo, paralelamente, las diferencias entre el magnetismo y la electricidad.
Otro experimentador, continuador de dichas investigaciones, fue el alemán llamado Otto Von Guericke quien, en el siglo XVII, construyó una esfera de azufre, montándola para que girase contra la mano del experimentador, la que una vez frotada atraían pequeños trozos de papel, creando un generador de electricidad estática.
Más tarde, en 1.675 el aristócrata, pensador y científico irlandés Robert Boyle afirmó que la atracción y repulsión de cuerpos puede producirse en el vacío.
Ya en 1.729, el físico e inventor de la lámpara Stephen Gray, descubridor de la conductividad, clasificó los materiales entre conductores y aislantes.
Charles François de Cisternay Du Fay, físico francés, demostró que existían dos tipos de carga eléctrica, positiva y negativa.
En 1.745, el físico y científico holandés, Pieter Van Musschenbroek inventó la “Botella de Leyden”, tipo de capacitor que almacenaba gran cantidad de cargas eléctricas.
En el siglo XVIII, el médico y físico británico, Sir William Watson, experimentó conla Botella de Leyden, averiguando el año 1.747 que una descarga de electricidad estática equivale a una corriente eléctrica.
En 1.752, Benjamín Franklin, político, filósofo, científico e inventor estadounidense, llevó acabo un ya legendario e imprudente experimento junto a su hijo, con el cual elevaron una cometa durante una tempestad, con la finalidad de probar que el relámpago era de naturaleza eléctrica. Producto de estas investigaciones, ideó el pararrayos. También propuso los nombres de positivas y negativas para las dos cargas opuestas. Además, mantuvo que la electricidad consistía en una especie de “fluido”, teoría que explicaba la presencia de ambos tipos de cargas.
Entre 1.785 y 1.786, Charles-Augustin de Coulomb, físico francés, describió en términos matemáticos como las cargas positivas y negativas se atraen y repelen mutuamente, dando lugar a la llamada “Ley de Coulomb”, postulando que la atracción y repulsión disminuyen rápidamente con la distancia y aumentan de igual manera cuando las partículas cargadas se acercan una a otra.
El físico y químico danés, Hans Christian Oersted, en 1.820, hizo un hallazgo científico dando una clase, al poner accidentalmente un alambre electrificado paralelo a una aguja magnética, la que respondió girando hasta colocarse perpendicularmente al alambre, apreciando que la electricidad había creado un campo magnético alrededor del alambre. Un año después del descubrimiento de Oersted, un físico francés, llamado André Marie Ampere (en cuyo honor se nombró el amperio) vio como un alambre eléctrico producía un efecto magnético en otro alambre eléctrico situado junto al primero, en tanto que alambres paralelos con corrientes paralelas, a su vez, se atraían.
En 1.830, diez años después del experimento de Oersted, Joseph Henry, físico estadounidense, y un año más tarde, en 1.831, Michael Faraday, físico y químico inglés, descubrieron que un campo magnético podía inducir una corriente momentánea, si el campo magnético se mantenía en movimiento.
En 1.780, el médico, físico y fisiólogo italiano Luigi Galvani, mientras estaba cargo de la cátedra de anatomía enla Universidad de Bolonia y fruto de un hecho fortuito ocurrido en su laboratorio, observó por primera vez los efectos de las corrientes eléctricas. Mientras disecaba una rana con un escarpelo de acero, uno de sus ayudantes hizo saltar una chispa de una máquina de electricidad estática, lo que produjo la repentina contracción de las patas del animal, fenómeno denominado “inducción electroestática”.
Los trabajos realizados en torno a la electricidad fueron seguidos por el profesor de física dela Universidad de Pavía, el físico italiano y conde Alessandro Volta, quien reveló que las reacciones químicas eran capaces de producir cargas positivas (ánodos) y negativas (cátodos). Cuando un conductor une estas cargas, la diferencia de potencial eléctrico (también conocido como voltaje) impulsa una corriente eléctrica a través del conductor; la diferencia de potencial entre dos puntos se mide en unidades de voltio, en reconocimiento al trabajo de Volta. De esta forma, se desarrollo la primera pila (de Volta), y generó, a su vez, la primera corriente continua de electricidad producida por el hombre.
En 1.821, el físico y médico estonio de origen alemán, Thomas Seebeck, advirtió que, si se aplicaba calor a la unión de dos metales diferentes, se producía una corriente eléctrica; en tanto que el fenómeno opuesto, lo observó Jean Peltier (relojero de profesión y físico francés), en 1.834, o sea, la absorción de calor mediante el paso de corriente en una unión de materiales, descubridor este último del efecto que lleva su nombre: “efecto peltier”.
En 1.827, Georg Simon Ohm, maestro de escuela alemán de matemáticas y física, formuló la llamada Ley de Ohm, dando una relación que liga la tensión entre dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que pasa por él, llegando así a una comprensión de la resistencia eléctrica. Sin duda, éste fue uno de los hechos históricos más importantes en lo que se refiere a la aplicación de la electricidad, pues es la resistencia la que transforma a la electricidad en calor, realizando así trabajo útil, pudiendo desarrollarse, una multiplicidad de aparatos domésticos, desde tostadoras a estufas, los que manejan este principio. Es más, por medio de esta ley se explica la luz eléctrica artificial, ya que fue el fenómeno de calentamiento por resistencia lo que le permitió a Thomas Alva Edison calentar un trozo de hilo carbonizado a una incandescencia al blanco vivo, en su invención de la bombilla eléctrica, construyendo, en 1.878, la primera lámpara incandescente con filamentos de carbono.
El físico prusiano Gustav Kirchhoff, en 1.862, expuso dos conjuntos de leyes fundamentales, llamadas Leyes de Kirchoff acerca de la distribución de corriente eléctrica en un circuito eléctrico con derivaciones, que constituye la teoría clásica de circuitos eléctricos y de la emisión térmica.
En 1.841, el físico británico James Prescott Joule creó una ley que señala la cantidad de calor que se genera en un conductor como consecuencia del paso de una corriente eléctrica.
En 1.844, Charles Wheatstone, científico e inventor británico, ideó un puente con el objeto de medir las resistencias eléctricas.
En 1.873, el físico británico James Clerk Maxwell, publicó su obra “Tratado sobre Electricidad y Magnetismo”, en donde, por primera vez, reúne en cuatro ecuaciones la descripción de la naturaleza de los campos electromagnéticos, unificando por medio de éstas todos los fenómenos eléctricos hasta entonces conocidos, fundiendo gracias a sus matemáticas, los trabajos de Coulomb, Oersted, Ohm, Henry, Faraday y Ampere.
El físico alemán Heinrich Rudolf Hertz extendió esta teoría y comprobó la posibilidad que la electricidad pueda transmitirse como ondas electromagnéticas, como la luz. Gracias a sus investigaciones, se logró la invención del telégrafo sin cables y la radio.
En 1.882, el físico servio, Nikola Tesla, experimentó con alto voltaje y corriente alterna polifásica, inventando el alternador y el primer motor de inducción.
En 1.872, el químico inglés sir Williams Crookes, gracias a los trabajos desarrollados por el físico alemán Johann Wilhelm Hittorf, inventó el tubo de rayos catódicos. Valiéndose de un tubo de Crookes, el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen descubrió, el 8 de Noviembre de 1.895, los rayos X. El científico británico y premio Nobel de física, Joseph John Thomson, mientras realizaba investigaciones en torno al flujo de rayos catódicos, vislumbró el electrón, hacia el año 1.897.
1. Explicación. La electricidad consiste en un fenómeno físico creado u originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción, siendo su manifestación natural más imponente, el relámpago. Según la física, es el “agente fundamental constitutivo de la materia en forma de electrones (negativos) y protones (positivos) que normalmente se neutralizan. En el movimiento de estas partículas cargadas consiste la corriente eléctrica”. Toda vez que una carga se encuentra en reposo, ésta a su vez genera o produce fuerzas en otras cargas existentes, situadas inmediatamente a su alrededor. Si dicha carga circula o bien se desplaza, ello engendra, consecuencialmente, fuerzas magnéticas. Existen dos clases de cargas eléctricas: positivas y negativas. Entre ambas se genera una denominada “interacción eléctrica”, atendida la referida propiedad de la materia o “carga eléctrica”. Las cargas iguales se repelen, en tanto que las cargas que son de signo contrario, se atraen.
La electricidad puede encontrarse en algunas partículas subatómicas. Una de aquellas partículas, la más ligera y que lleva carga eléctrica se denomina “electrón”, que transporta una “unidad de carga”. Los átomos contienen electrones, y, generalmente, los que se hallan más distantes del núcleo, se “desprenden” sin mucha dificultad. Por ende, un cuerpo queda “cargado eléctricamente”, producto de la “reordenación de los electrones”. Normalmente, los átomos tienen iguales cantidades de carga eléctrica de signo positivo y negativo. Por lo tanto, se dice que es “eléctricamente neutro”. La porción de carga eléctrica que poseen los electrones del átomo, “negativas”, se dice estar estabilizada o equilibrada por la carga de signo “positivo” del núcleo. Por ende, si una materia contiene excedente de electrones, se dice que está cargado “negativamente”. Al la inversa, si un cuerpo carece de electrones, dicho cuerpo estará cargado “positivamente”, debido a las cargas eléctricas positivas del núcleo. Cuando se carga eléctricamente un cuerpo, no se está creando cargas en el material. La carga eléctrica no se crea ni se destruye; sólo se transfiere. Lo anterior es conocido como “conservación de la carga”.
2. Breve reseña histórica. Al manipular una piedra imán, el hombre descubrió en “fenómeno magnético”, el cual constituye una de las manifestaciones más curiosas de la energía eléctrica.
Dichas propiedades magnéticas y los primeros conocimientos adquiridos en torno a ella, se dice, se remontan a la edad de hierro. Plinio El Viejo (naturista romano) relaciona el término “magnetismo” a un pastor llamado Magnes. Lucrecio, -poeta romano-, en cambio, atribuía el concepto a “magnesia”, que era una antigua ciudad ubicada al norte de Grecia donde por primera vez se encontró la piedra imán o “magnetita”.
El fenómeno generado a partir del imán, inicialmente fue objeto de las más disparatadas explicaciones: algunos decían, entre ellos el emperador romano Claudio, que el imán atraía al hierro porque quería “alimentarse”; Descartes, con mayor imaginación, decía que el imán tenia miles de tornillos de tamaño infinitesimal, que rotaban constantemente, lo cual atraía los también diminutos e incontables orificios de la superficie del hierro.
Ya los griegos, con Tales de Mileto, descubrieron que, frotando vigorosamente una pieza de ámbar con la piel, inmediatamente eran atraídos pequeños partículas de polvo y plumas, manifestación que se conoce con el nombre de “electricidad estática”.
Gracias a la arqueología, se ha podido, en parte, determinar desde cuando el hombre comenzó a manipular la energía eléctrica. Este es el caso de la “Batería de Bagdad”, datado alrededor del año 250 A.C., similar a una celda electroquímica. Sin embargo, se ha encontrado evidencia física referente al modo en que ésta era empleada. También es posible distinguir, entre jeroglíficos egipcios, descripciones de artefactos que, supuestamente, representaban primitivos dispositivos eléctricos.
El primero en ocupar la palabra eléctrico, del latín eléctricus, fue el científico inglés William Gilbert, en su libro “De Magnete”, que publicó el año 1.600, la que, a su vez, deriva del griego elektron, que significa ámbar, a través del cual daba explicación a los fenómenos ya descubiertos por los griegos, estableciendo, paralelamente, las diferencias entre el magnetismo y la electricidad.
Otro experimentador, continuador de dichas investigaciones, fue el alemán llamado Otto Von Guericke quien, en el siglo XVII, construyó una esfera de azufre, montándola para que girase contra la mano del experimentador, la que una vez frotada atraían pequeños trozos de papel, creando un generador de electricidad estática.
Más tarde, en 1.675 el aristócrata, pensador y científico irlandés Robert Boyle afirmó que la atracción y repulsión de cuerpos puede producirse en el vacío.
Ya en 1.729, el físico e inventor de la lámpara Stephen Gray, descubridor de la conductividad, clasificó los materiales entre conductores y aislantes.
Charles François de Cisternay Du Fay, físico francés, demostró que existían dos tipos de carga eléctrica, positiva y negativa.
En 1.745, el físico y científico holandés, Pieter Van Musschenbroek inventó la “Botella de Leyden”, tipo de capacitor que almacenaba gran cantidad de cargas eléctricas.
En el siglo XVIII, el médico y físico británico, Sir William Watson, experimentó con
En 1.752, Benjamín Franklin, político, filósofo, científico e inventor estadounidense, llevó acabo un ya legendario e imprudente experimento junto a su hijo, con el cual elevaron una cometa durante una tempestad, con la finalidad de probar que el relámpago era de naturaleza eléctrica. Producto de estas investigaciones, ideó el pararrayos. También propuso los nombres de positivas y negativas para las dos cargas opuestas. Además, mantuvo que la electricidad consistía en una especie de “fluido”, teoría que explicaba la presencia de ambos tipos de cargas.
Entre 1.785 y 1.786, Charles-Augustin de Coulomb, físico francés, describió en términos matemáticos como las cargas positivas y negativas se atraen y repelen mutuamente, dando lugar a la llamada “Ley de Coulomb”, postulando que la atracción y repulsión disminuyen rápidamente con la distancia y aumentan de igual manera cuando las partículas cargadas se acercan una a otra.
El físico y químico danés, Hans Christian Oersted, en 1.820, hizo un hallazgo científico dando una clase, al poner accidentalmente un alambre electrificado paralelo a una aguja magnética, la que respondió girando hasta colocarse perpendicularmente al alambre, apreciando que la electricidad había creado un campo magnético alrededor del alambre. Un año después del descubrimiento de Oersted, un físico francés, llamado André Marie Ampere (en cuyo honor se nombró el amperio) vio como un alambre eléctrico producía un efecto magnético en otro alambre eléctrico situado junto al primero, en tanto que alambres paralelos con corrientes paralelas, a su vez, se atraían.
En 1.830, diez años después del experimento de Oersted, Joseph Henry, físico estadounidense, y un año más tarde, en 1.831, Michael Faraday, físico y químico inglés, descubrieron que un campo magnético podía inducir una corriente momentánea, si el campo magnético se mantenía en movimiento.
En 1.780, el médico, físico y fisiólogo italiano Luigi Galvani, mientras estaba cargo de la cátedra de anatomía en
Los trabajos realizados en torno a la electricidad fueron seguidos por el profesor de física de
En 1.821, el físico y médico estonio de origen alemán, Thomas Seebeck, advirtió que, si se aplicaba calor a la unión de dos metales diferentes, se producía una corriente eléctrica; en tanto que el fenómeno opuesto, lo observó Jean Peltier (relojero de profesión y físico francés), en 1.834, o sea, la absorción de calor mediante el paso de corriente en una unión de materiales, descubridor este último del efecto que lleva su nombre: “efecto peltier”.
En 1.827, Georg Simon Ohm, maestro de escuela alemán de matemáticas y física, formuló la llamada Ley de Ohm, dando una relación que liga la tensión entre dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que pasa por él, llegando así a una comprensión de la resistencia eléctrica. Sin duda, éste fue uno de los hechos históricos más importantes en lo que se refiere a la aplicación de la electricidad, pues es la resistencia la que transforma a la electricidad en calor, realizando así trabajo útil, pudiendo desarrollarse, una multiplicidad de aparatos domésticos, desde tostadoras a estufas, los que manejan este principio. Es más, por medio de esta ley se explica la luz eléctrica artificial, ya que fue el fenómeno de calentamiento por resistencia lo que le permitió a Thomas Alva Edison calentar un trozo de hilo carbonizado a una incandescencia al blanco vivo, en su invención de la bombilla eléctrica, construyendo, en 1.878, la primera lámpara incandescente con filamentos de carbono.
El físico prusiano Gustav Kirchhoff, en 1.862, expuso dos conjuntos de leyes fundamentales, llamadas Leyes de Kirchoff acerca de la distribución de corriente eléctrica en un circuito eléctrico con derivaciones, que constituye la teoría clásica de circuitos eléctricos y de la emisión térmica.
En 1.841, el físico británico James Prescott Joule creó una ley que señala la cantidad de calor que se genera en un conductor como consecuencia del paso de una corriente eléctrica.
En 1.844, Charles Wheatstone, científico e inventor británico, ideó un puente con el objeto de medir las resistencias eléctricas.
En 1.873, el físico británico James Clerk Maxwell, publicó su obra “Tratado sobre Electricidad y Magnetismo”, en donde, por primera vez, reúne en cuatro ecuaciones la descripción de la naturaleza de los campos electromagnéticos, unificando por medio de éstas todos los fenómenos eléctricos hasta entonces conocidos, fundiendo gracias a sus matemáticas, los trabajos de Coulomb, Oersted, Ohm, Henry, Faraday y Ampere.
El físico alemán Heinrich Rudolf Hertz extendió esta teoría y comprobó la posibilidad que la electricidad pueda transmitirse como ondas electromagnéticas, como la luz. Gracias a sus investigaciones, se logró la invención del telégrafo sin cables y la radio.
En 1.882, el físico servio, Nikola Tesla, experimentó con alto voltaje y corriente alterna polifásica, inventando el alternador y el primer motor de inducción.
En 1.872, el químico inglés sir Williams Crookes, gracias a los trabajos desarrollados por el físico alemán Johann Wilhelm Hittorf, inventó el tubo de rayos catódicos. Valiéndose de un tubo de Crookes, el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen descubrió, el 8 de Noviembre de 1.895, los rayos X. El científico británico y premio Nobel de física, Joseph John Thomson, mientras realizaba investigaciones en torno al flujo de rayos catódicos, vislumbró el electrón, hacia el año 1.897.
En 1.906, el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, determinó la carga del electrón por medio de su experimento, denominado "la gota de aceite".
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