1.2 QUE ES LA ELECTRICIDAD?

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¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?

La carga eléctrica es una propiedad física de la materia que provoca que una partícula experimente una fuerza cuando se encuentra cercana a otra partícula cargada eléctrica mente.

La palabra electricidad proviene del griego “elektron”, que significa “ámbar”. Desde el año 600 antes de Cristo, los griegos ya hacían experimentación frotando una resina de árbol llamada “ambar” generando electrostática.

electrostatica ambar

Hacia el año 1600 de nuestra era que se reiniciaron los estudios acerca delmagnetismo y la electricidad estática, viendo a la electricidad sólo como un fluido hasta los años 1700s cuando a inicios de este siglo comenzó a experimentarse con formas de transmisión y almacenamiento de esta energía a través de “capacitores”.

En 1752, Benjamin Franklin probó con su experimento del “cometa” que los rayos de las tormentas eran electricidad en la naturaleza, presentando también la idea que la electricidad tenía elementos de carga positiva y negativa y que la electricidad fluía de positivo a negativo.

Benjamin Franklin y electricidad

Hacia finales del siglo 19 la ciencia avanzaba a pasos impresionantes, sin embargo la electricidad era vista como algo divino. Los automóviles y los aviones se desarrollaban para mover al mundo y la electricidad se abría paso en los hogares, pero fue hasta 1897 cuando los científicos descubrieron la existencia de los electrones, dando paso al uso de la electricidad moderna.

JJ Thomson y el descubrimiento del electrón

El universo está compuesto de materia y energía. La carga electromagnética es una propiedad fundamental de la materia que podría decirse es una consecuencia del movimiento o energía contenida en las mismas partículas, esto se puede deducir porque por ejemplo, en materiales ordinarios el magnetismo está relacionado con la orientación de los electrones.

Una partícula con carga electromagnética genera un campo eléctrico y un campo magnético, que se miden en fotones de luz, provocando repulsión o atracción a otras partículas con carga eléctrica, que es “proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias entre ellos”.

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Las partículas de materia “se comunica” entre sí a través de bosones de energíaemitiéndolos (perdiendo energía) o absorbiéndolos (energizándose).

Se identifican actualmente dos sentidos de la carga, usándose los términos “positivo” y “negativo”  para referirse al sentido de la carga únicamente para diferenciarlos, estableciendo una polaridad.

Dirección de Giro y Campo Magnético

 El campo eléctrico se encuentra en función de la carga de una partícula o sustancia.

Normalmente la carga eléctrica es indicada como una fuerza que circunda a una partícula cargada eléctricamente y que se ejerce en objetos eléctricamente cargados. El campo eléctrico se identifica como un campo vectorial medido por Newtons por coloumb, o volts por metro.

Una partícula con carga definida siempre conservará la misma carga. En otras palabras, la carga eléctrica total de un sistema aislado permanecerá constante sin importar los cambios que el sistema experimente.

La magnitud del campo en un punto determinado está definido por la fuerza que ejercería en una carga positiva de 1 columbio y la dirección está definida por la dirección de la fuerza.

Si un campo eléctrico  cambia con el tiempo, influirá al campo magnético, por lo que se considera que ambos campos forman parte del concepto de electromagnetismo.

La materia cargada eléctricamente produce un campo electromagnético que afecta a otras sustancias, atrayéndolas o repeliéndolas dependiendo del sentido de su polaridad.

Atracción y Repulsión Magnética

Un ion es un átomo o grupo de átomos que ha perdido uno o más electrones, teniendo una carga positiva (catión) o que ha ganado uno o más electrones, emitiendo una carga negativa.

En la formación de objetos macroscópicos, usualmente los átomos constituyentes y los iones se combinarán para formar estructuras compuestas de compuestos ionizados eléctricamente unidos a átomos neutrales. La carga eléctrica de un átomo, una molécula o un objeto es la suma de cargas eléctricas de las partículas que lo conforman.

La carga neta de un objeto usualmente es pequeña pues la materia constituida de átomos usualmente tiene igual número de protones y electrones.

Incluso si la carga eléctrica neta de un objeto es cero, ésta puede estar distribuida no uniformemente en el objeto. En este caso, el objeto está polarizado.

Los fenómenos de electricidad se pueden clasificar en dos tipos principalmente: electricidad estática y corriente eléctrica.

La electricidad estática consiste básicamente al comportamiento de las cargas eléctricas cuando están descansando (la diferencia neta  de sus cargas). Al movimiento de electrones en materiales conductores en una dirección específica se le conoce como “corriente eléctrica.”

La corriente eléctrica es la medición del flujo de cargas por una unidad de tiempo, que recorre un material o circuito y que se debe al movimiento de electrones dentro de un material. Depende de la resistencia y el voltaje.

Corriente eléctrica

El flujo de la electricidad se expresa en culombios por segundo, que comúnmente se llama Amperes. 1 Ampere es igual a seis mil trescientos billones de electrones por segundo fluyendo por el conductor de dicho circuito.

 Cuando un electrón es energizado, su movimiento será mayor, por lo que es posible que requiera más espacio y se desplace fuera de su órbita habitual, debilitando su interacción natural con el átomo.

Quizá la energía sea tal, que el electrón abandone a su átomo original, desplazándose a otro átomo donde es posible que coincida con otro electrón, también con carga negativa, por lo que ocurrirá un “choque de campos electromagnéticos”.

Principio de electricidad

El electrón entrante, por estar más energizado, transferirá un fotón de energía cinética al electrón menos energizado, perdiendo energía cinética pero ocupando el lugar del “nuevo electrón” que al ser energizado, aumentará su movimiento y su necesidad de espacio, y de manera sucesiva generando una reacción en cadena hacia el siguiente átomo.

Los electrones siempre conservarán su carga. La electricidad entonces es la transferencia de energía entre electrones. A medida que esta transferencia de energía ocurre a través de un material existe una posibilidad de pérdida de energía por radiación, en fonones de calor.

Electrones colisionando

Cuando las fuerzas que unen a un electrón a un átomo o molécula son débiles, y los electrones pueden transferir fácilmente su energía cinética a los existentes y desplazarlos, se dice que la partícula o el material es conductor, por ejemplo, los metales. Si estas fuerzas no permiten la interacción entre electrones, se dice que la materia es “aislante” o que se trata de una “resistencia eléctrica“, por ejemplo una resina, un vidrio o un pedazo de madera.

Conductor y aislante

La velocidad de la electricidad por conducción depende de la densidad y volumen de la materia, así como del voltaje.  Para un voltaje de 110 V, la velocidad es de 6,216 kilómetros por segundo,  que es mucho menor que la velocidad de la luz. Un alto voltaje significa un flujo más rápido de energía en el material.

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