Teoría de la Electricidad
La electricidad es un fenómeno físico que se produce por la interacción de cargas eléctricas.
El origen de la electricidad es atómico, es decir, el origen se
encuentra en los átomos, más específicamente en los electrones. Los
protones y neutrones se encuentran en el núcleo y los electrones giran
en órbitas alrededor de los protones. Existen fuerzas eléctricas en el
átomo que impiden que los electrones se escapen de sus órbitas o que se
precipiten sobre el núcleo.
En condiciones normales el número
de protones y de electrones es igual. Entonces se dice que el átomo se
encuentra en un estado neutro.
Los electrones tienen una carga negativa y se designa con un signo menos (-)
Los protones tienen una carga positiva y se les designa con un signo más (+)
Como ambas cargas son opuestas, existe una atracción entre ellas, además que se anulan sus cargas.
Ciertos átomos que están en equilibrio, como algunos metales, tales
como la plata, el oro, el cobre, el aluminio, etc., tienen los
electrones de sus órbitas externas propensos a arrancarse de ellas, o
también a recibir como “allegados” a electrones de otros átomos vecinos
de elementos que a su vez tienen electrones más o menos “sueltos”.
Esta capacidad hace que se comporten como conductores eléctricos.
Otros elementos tienen sus electrones externos muy ligados al núcleo y
por lo tanto, no ceden electrones ni aceptan la presencia de
“allegados”. Forman así grupos aislados, constituyendo “aisladores
eléctricos”, como puede ser la loza, el vidrio, los plásticos, etc.
Si un átomo que está en estado de equilibrio pierde algunos de sus
electrones, es obvio que las cargas positivas superarán a las negativas y
predominarán las positivas.
Si por el contrario, el átomo
recibe electrones en su órbita externa, ahora las partículas negativas
superarán las positivas y quedará predominando ésta polaridad o carga.
Estos átomos desequilibrados, en los cuales predominan cargas positivas
o negativas, se llaman iones; por lo tanto existen iones positivos
(cationes) e iones negativos (aniones).
Un ión positivo
atraerá hacia sí a los electrones que están a su alrededor y que
pertenezcan a algún átomo con sus electrones externos “sueltos”. Estos
sucesivos traspasos darán origen a la electricidad.
Al decir
que los átomos con diferencia de electrones y por tanto con carga
positiva, atraen hacia ellos a electrones vecinos, logra definir que la
corriente circula de negativo a positivo (en corriente continua).
Conviene tener muy en claro, que nada es absolutamente positivo o
negativo; todo depende del nivel de referencia en que hacemos la
comparación.
Electricidad Estática
Los
objetos neutros pueden cargarse por fricción, por contacto con un
objeto cargada positiva o negativamente o por inducción (en el conductor
en movimiento en el interior de un campo magnético, en este caso la
carga inducida tiene una polaridad opuesta a la carga que genera.)
El fenómeno puede ser tan vivo que provoque chispas visibles en la
oscuridad, como cuando pasamos rápidamente la mano sobre el lomo del
gatito regalón o cuando nos sacamos violentamente el chaleco de fibras
plásticas.
Electricidad Dinámica:
Este tipo de electricidad que podemos manejar y controlar, de tal modo que produzca determinados efectos.
Existen muchas fuerzas que generan electricidad dinámica, entre ellas:
- La energía química a través de todos los tipos de pilas conocidos.
- La energía magnética a través de los gigantescos alternadores de una usina eléctrica, el dínamo de la bicicleta o el microgenerador formado por un micrófono dinámico o la cápsula de tocadiscos magnética.
- La energía térmica que provoca la generación de tensiones eléctricas en dos metales distintos al ser calentados.
- La energía luminosa que en las celdas solares provoca el desprendimiento de electrones. Muy usadas hoy en día en las naves espaciales.
- La energía mecánica que provoca la generación de tensiones en ciertas sustancias llamadas piezoeléctricas; al ser golpeadas violentamente. Se emplean en sistemas de encendido de cocinas, automóviles, encendedores, etc., también en las cápsulas de tocadiscos del tipo cristal o cerámica.
Conductancia:
No todos los cuerpos tienen la misma capacidad para entregar o recibir
electrones en su capa externa, y por lo tanto dejar pasar la corriente
eléctrica. Algunos como el cobre, el aluminio, el oro, etc., son buenos
“conductores”. Otros como el carbón, la magnanina, el nicrome
(Niquel-Cromo), etc., presentan una vía dificultosa al paso de la
corriente, es decir, ofrecen resistencia al paso de los electrones. Por
último hay algunos que no la dejan pasar en absoluto, y reciben por esta
razón el nombre de aisladores: la loza, la porcelana, los plásticos, la
mica, el caucho, el vidrio, etc., poseen entre otros cuerpos, dicha
particularidad.
Conductancia y resistencia son, pues, dos
conceptos totalmente opuestos o inversos, en efecto, mientras más
conductor es un cuerpo, menor es su resistencia y viceversa.
Corriente Eléctrica
Si tomamos un trozo de alambre, debemos suponer que todos los
electrones que lo constituyen están en equilibrio. Ahora bien, si unimos
los extremos de un alambre, uno al contacto central de una pila de
linterna y el otro extremo a la parte inferior metálica de ella, se
establecerá una corriente eléctrica. En efecto, en la pila y por causa
de un proceso químico, se produce en su parte, una acumulación de
electrones (polo -), y en su contacto central una carencia de ellos; se
ha establecido entonces un desequilibrio eléctrico.
En el
instante de conectar el alambre, el punto carente de electrones tratará
de absorber los electrones libres de cada átomo del cobre, los que serán
reemplazados por los electrones sobrantes en la parte externa de la
pila. Durante un tiempo, millones y millones de electrones estarán
desplazándose por el alambre, estableciéndose así una corriente
eléctrica.
La energía química de los elementos internos de la
pila se irá paulatinamente agotando, y con ello disminuirá el caudal de
electrones en circulación. Después de un tiempo el desnivel eléctrico
será casi nulo y la corriente será prácticamente cero.
El ampere o amperio
es la unidad que mide la corriente eléctrica que circula por un
conductor o circuito, o sea, la intensidad de ella. Así como un camino
ancho permite un paso simultáneo de mayor cantidad de vehículos, un
alambre grueso permitirá el paso de una corriente eléctrica de mayor
“intensidad que uno delgado”.
Para que se establezca una
corriente eléctrica, se requiere también un desnivel o diferencia de
potencial. Mientras mayor sea este desnivel, mayor será la fuerza
electromotriz que impulsará el paso de los electrones.
La fuerza electromotriz se designa con una letra E y su unidad de medición es el voltio. La fuerza electromotriz corresponde a la tensión.
Ley de Ohm
Mientras mayor sea el desnivel eléctrico o diferencia de tensión, mayor será la corriente en circulación.
Considerando por otra parte que hay cuerpos que ofrecen fuerte
oposición al paso de la corriente eléctrica, se comprenderá que si
queremos hacer circular a través de éstos una gran corriente, será
necesario aplicarles una gran presión o tensión eléctrica entre sus
extremos.
Se deduce de lo anterior que existe una estrecha
relación entre estas tres magnitudes: Tensión, Corriente y Resistencia.
La formulación de estas relaciones constituyen la llamada Ley de Ohm.
Esto queda expresado en la siguiente fórmula:
V = R x I
También puede ser:
V ÷ R = I ; V ÷ I = R
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