- Los focos y las lámparas fluorecentes, en iluminación.
- Los télefonos celulares, en comunicación.
- Los monitores y las pantallas, en imágenes en movimiento.
- Las bocinas, en sonido.
- Los motores eléctricos, en movimiento.
- Las computadoras, en informacion y datos.
- Los calefactores, secadoras de pelo, hornos, etc., en calor.
La electricidad se origina por las cargas eléctricas, las cuales se pueden encontrar en reposo o en movimiento. La electrostática es la rama de la física que estudia el comportamiento de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en un cuerpo y los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo. Por otra parte, la electrodinámica es la parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento.
Al flujo de corriente que cambia constantemente de amplitud y que invierte su sentido a intervalos regulares, se le conoce como corriente alterna (CA)
Como sucede con otras areas de la física, el interés por conocer los aspectos referentes a la elestrostática y la electrodinámica reside no sólo en que describen las características de una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, sino también en que facilita la comprensión de sus aplicaciones tecnológicas.
Antecedentes históricos de la electricidad
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| Tales de Mileto 625 ac-547 ac. Cientifico y filósofo griego. Se dice que fue el primero en estudiar los fenómenos eléctricos. |
La historia cuenta que aproximadamente en el año 600 a.C. Tales observó que al frotar una barra de ámbar con un troo de lana o cuero, aquélla era capaz de atraer pequeños objetos, como hojas o paja. De la misma manera, los griegos observaron que ciertas piedras que contenían magnetica eran capaces de atraerse entre sí y a pequeños objetos de hierro. Sin embargo, no fue sino hasta el siglo XVII cuando William Gilbert estableció la diferencia entre materiales conductores y aislantes, a partir de la atracción que tenían con los imanes.
En el siglo XVIII se establecen las bases de la electrostática para esto existieron 4 personajes muy importantes:
- Watson: Introduce el concepto de corriente eléctrica.
- Benjamin Flanklin: Inventó el pararrayos y demostró que los rayos son cargas electrostáticas.
- Coulomb: Estableció una expresión matemática que relaciona la fuerza que existe entre dos cargas eléctricas en función de la distancia que las separa, a lo que actualmente se le conoce como Ley de Coulumb.
- Luigi Galvani: Estudió los efectos de la electricidad en los músculos de las ranas, lo que permitió sentar las bases del estudio del funcionamiento del sistema neurológico.
- Volta: Inventó la pila eléctrica.
Carga eléctrica e interacción entre cargas
La carga eléctrica se manifiesta a través de fuerzas denominadas electrostáticas, que son las responsables de los fenómenos eléctricos. Existen dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Coulomb (C). Los cuerpos están formados por moléculas y éstas a su vez por átomos. Un átomo contiene un núcleo con carga positiva, alrededor del cual giran electrones. Los electrones son partículas mucho más ligeras que los protones y tienen carga eléctrica negativa. El número de electrones en un átomo es igual al de los protones se su núcleo, por lo tanto un átomo es eléctricamente neutro. La magnitud de la carga de un protón es igual a la de un electrón, cuyo valor es de 1.6 x 10-19 C, aunque de signo contrario; las sumas algebraicas de las cargas positivas del núcleo de un electrón y la carga negativa de los electrones es igual a cero.
La carga eléctrica se puede transferir de un cuerpo a otro; por lo general un cuerpo con exceso de carga positiva cede electrones a otro, cargándolo negativamente. Estas cargas positivas y negativas interactúan entre sí de la siguiente manera: un protón y un electrón se atraen entre sí, dos electrones se rechazan entre sí y dos protones se rechazan entre sí. En este sentido, podemos mencionar que las cargas del mismo signo eléctrico se repelen y las del mismo signo eléctrico se atraen.
Existen dos formas de cargar eléctricamente un cuerpo:
- Por contacto: Se produce cuando al frotar un cuerpo cargado negativamente con otro neutro, algunos electrones se ceden de un cuerpo al otro, quedando éste cargado negativamente. El número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es iagual al número de electrones aceptado por el otro, debido a que la carga eléctrica siempre se conserva. Por otra parte, si el cuerpo estuviese cargado positivamente, el resultado final seria el mismo, sólo que el cuerpo neutro adquiere carga eléctrica positiva.
- Por inducción: Sucede de manera similar, pero sin que haya contacto entre los cuerpos. Debido a los efectos de la fuerza eléctrica, un cuerpo cargado negativamente en las proximidades de uno neutro atraerá hacia sí a las cargas positivas. La separación de cargas inducida por la fuerza eléctrica desaparece cuando el cuerpo cargado se aleja suficientemente del cuerpo neutro. La formación de estas dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la carga por inducción se le denomine también polarización eléctrica.
Materiales conductores y aislantes
La corriente eléctrica puede fluir a través de un cuerpo, sin embargo, todos los materiales tienen diferentes capacidades para permitir este flujo de corriente, es decir conductividad. La diferencia entre los materiales que son buenos conductores de electricidad y los que no lo son radica en la movilidad relativa de la carga dentro de ese material.
Un material conductor permite el flujo de corriente a través de él. Por lo general, los materiales que son buenos conductores de calor los son de electricidad; e este sentido los metales son buenos conductores.
Por otra parte, a los materiales que cuentan con poca conductividad, es decir, aquéllos en cuyo interior las cargas eléctricas fluyen con una movilidad limitada se les denomina aislantes. Cuando un aislante recibe una carga, la retiene, confinándola en cualquier parte de la región localizada en la cual se introdujo.
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