Electricidad es un fenomeno: fisico, quimico, natural, que llena toda la estructura molecular de un cuerpo y se manifiesta a través de un flujo de electrones. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de carga eléctrica, llamadas positiva y negativa.
La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula fundamental más ligera que lleva carga eléctrica es el electrón, que transporta una unidad de carga. Los átomos, en circunstancias normales, contienen electrones, y a menudo los que están más alejados del núcleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De esta manera, un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación de los electrones.
Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga eléctrica positiva y negativa; por lo tanto, es eléctricamente neutro. La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención es negativa, está equilibrada por la carga positiva, localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones, un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas positivas en el núcleo.
Historia
Hacia el año 600 adC, el filósofo griego Tales de Mileto observó que, frotando una varilla de ámbar con una piel o con lana, se podía crear pequeñas cargas, que atraían pequeños objetos. También habían observado que si la frotaban mucho tiempo podían causar la aparición de una chispa.
Cerca de Mileto, (en la actualidad Turquía), se encuentra un sitio arqueológico llamado Magnesia, donde en la antigüedad se encontraron trozos de magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también con pequeños objetos de hierro. La palabra magneto (en español, imán) proviene del lugar donde se descubrió.
Un objeto encontrado en Iraq en 1938, fechado alrededor de 250 adC, llamado la Batería de Bagdad, se asemeja a una celda electroquímica. No se han encontrado documentos que evidencien su utilización, aunque hay otras descripciones anacrónicas de dispositivos eléctricos en muros egipcios y escritos antiguos.
En 1600, el científico inglés William Gilbert publicó su libro De Magnete, en donde utiliza la palabra latina electricus, derivada del griego elektron, que significa ámbar, para describir los fenómenos descubiertos por los griegos. También estableció las diferencias entre el magnetismo y la electricidad. Estas investigaciones fueron continuadas en 1660 por Otto von Guericke, quien inventó un generador electrostático. Robert Boyle afirmó en 1675 que la atracción y repulsión pueden producirse en el vacío. Stephen Gray, en 1729, clasificó los materiales como conductores y aislantes. C.F. Du Fay fue el primero en identificar los dos tipos de carga eléctrica, que más tarde se llamarían positiva y negativa. Pieter van Musschenbroek inventó en 1745 la botella de Leyden, un tipo de capacitor para almacenar cargas eléctricas en gran cantidad. William Watson experimentó con la botella Leyden, descubriendo en 1747 que una descarga de electricidad estática es equivalente a una corriente eléctrica.
Benjamin Franklin, en 1752, experimentó con la electricidad haciendo volar una cometa durante una tormenta. Demostró que el relámpago es debido a la electricidad. Como consecuencia de estas experimentaciones inventó el pararrayos y formuló una teoría sobre un fluido que explicara la presencia de cargas positivas y negativas.
Charles-Augustin de Coulomb, en 1777, inventó una balanza de torsión para medir la fuerza de repulsión y atracción eléctrica. Por este procedimiento formuló el principio de interacción de cargas eléctricas (ley de Coulomb).
Hans Christian Oersted, en 1819, observó que una aguja imantada se orientaba colocándose perpendicularmente a un conductor por el que se hacía pasar una corriente eléctrica. Siguiendo estas investigaciones, Michael Faraday, en 1831, descubrió que se generaba una corriente eléctrica en un conductor que se exponía a un campo magnético variable.
Luigi Galvani, en 1790, descubrió, accidentalmente, que se producen contracciones en los músculos de una rana u otro animal cuando entran en contacto con metales cargados eléctricamente. Alessandro Volta descubrió que las reacciones químicas podían generar cargas positivas (cationes) y negativas (aniones). 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. Humphry Davy, en 1807, trabajó con la electrólisis y aisló de esta forma los metales alcalinos.
En 1821, el físico alemán Thomas Seebeck descubrió que se producía una corriente eléctrica por la aplicación de calor a la unión de dos metales diferentes. Jean Peltier, en 1834, observó el fenómeno opuesto: la absorción de calor mediante el paso de corriente en una unión de materiales.
Georg Simon Ohm, en 1827, dio una relación (Ley de Ohm) que liga la tensión entre dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que pasa por él, definiendo la resistencia eléctrica. El físico alemán Gustav Kirchoff expuso dos reglas, llamadas Leyes de Kirchoff, con respecto a la distribución de corriente eléctrica en un circuito eléctrico con derivaciones.
James Prescott Joule, en 1841, desarrolló una ley que establece la cantidad de calor que se produce en un conductor por el paso de una corriente eléctrica. Wheatstone, en 1844, ideó su puente para medir resistencias eléctricas.
En 1878, Thomas Alva Edison construyó la primera lámpara incandescente con filamentos de bambú carbonizado. En 1901, Peter Hewitt inventa la lámpara de vapor de mercurio.
En 1873, 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. Heinrich Hertz extendió esta teoría y demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas, como la luz. Estas investigaciones posibilitaron la invención del telégrafo sin cables y la radio.
Nikola Tesla experimentó con alto voltaje y corriente alterna polifásica; de esa manera inventó el alternador y el primer motor de inducción, en 1882.
Por medio de los trabajos de Johann Wilhelm Hittorf, Williams Crookes inventó en 1872 el tubo de rayos catódicos. Utilizando un tubo de Crookes, el físico alemán Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X. Joseph John Thomson, investigando el flujo de rayos catódicos, descubrió el electrón. En 1906, el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, mediante su experimento de «la gota de aceite», determinó la carga del electrón.
Actualmente, la comprensión y control del fenómeno eléctrico ha posibilitado la implantación de la electricidad en todos los tipos de aplicaciones industriales del ser humano, e incluso en medicina (véase fisioterapia, electroterapia).
Energía eléctrica
La energía eléctrica es la forma de energía más utilizada. Gracias a la flexibilidad en la generación y transporte, se ha convertido para la industria en la forma más extendida de consumo de energía. El transporte por líneas de alta tensión es muy ventajoso y el motor eléctrico tiene un rendimiento superior a las máquinas térmicas. Los inconvenientes de esta forma de energía son la imposibilidad de almacenamiento en grandes cantidades y que las líneas de transmisión son muy costosas.
Las instalaciones para generación y el transporte de la energía eléctrica utilizan generalmente corriente alterna, debido a que es más fácil reducir o elevar el voltaje por medio de transformadores. Para el transporte de una cantidad de energía dada, si se eleva la tensión disminuye la intensidad de corriente necesaria; esto disminuye las pérdidas, que son proporcionales al cuadrado de la intensidad. Posteriormente, para la distribución se reduce el voltaje en las subestaciones, que gradúan la tensión según se utilice en la industria (entre 33 kV y 380 Voltios) o en instalaciones domiciliarias (entre 220 y 110 V).
Una central eléctrica utiliza una fuerza motora para hacer girar un generador eléctrico con diversas fuentes de energía. Se pueden clasificar las centrales eléctricas según la energía aprovechada.
La producción mundial en los últimos 40 años aumentó más del 1.300%: de 1 billón de kWh a 13 billones. El índice de producción refleja principalmente la importancia de las necesidades de las grandes potencias industriales. Estados Unidos ocupa el primer puesto, con más del 26%; le siguen China, con 8,5%; Japón, con 7,40% y Rusia con 5,80%. La electricidad de estos grandes productores es esencialmente de origen térmico: Estados Unidos, con 70%; China, con el 80%; Japón, con el 59% y Rusia, con el 66%. La electricidad de origen térmico representa un 63% de la producción mundial; le sigue la hidráulica, con el 19%; la nuclear, con el 17%; y se produce solamente un 1% con fuentes de energía eólica, solar y geotérmica.
Corriente eléctrica
El flujo de cargas eléctricas puede generarse en un conductor pero no existe en los aislantes. Algunos dispositivos eléctricos que usan estas características eléctricas en los materiales se denominan dispositivos electrónicos.
La ley de Ohm describe la relación entre la intensidad y la tensión en una corriente eléctrica: la diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) y a la resistencia (R). Se describe mediante la fórmula:
La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor se define como la carga eléctrica (Q) que la atraviesa en una unidad de tiempo.
