La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.
La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:
Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.
Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor. Se mide enamperios.
Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento producen campos magnéticos.
Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo. Se mide en voltios.
Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.
luz, mediante lámparas
calor, aprovechando el efecto Joule
movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica
señales, mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.
La electricidad se usa para generar:
luz, mediante lámparas
calor, aprovechando el efecto Joule
movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica
señales, mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.
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Toda la materia del universo está constituida por átomos. La Tabla Periódica de los Elementos enumera todos los tipos conocidos de átomos y sus propiedades. El átomo está compuesto de tres partículas básicas:
• Electrones: Partículas con carga negativa que giran alrededor del núcleo
• Protones: Partículas con carga positiva.
• Neutrones: Partículas sin carga (neutras).
Los protones y los neutrones se combinan en un pequeño grupo llamado núcleo. Para poder comprender mejor las propiedades eléctricas de los elementos/materiales, busque "helio" (He) en la tabla periódica. El número atómico del helio es 2, lo que significa que tiene 2 protones y 2 electrones. Su peso atómico es 4. Si se le resta el número atómico (2) al peso atómico (4), se puede determinar que el helio también tiene 2 neutrones.
El físico danés Niels Bohr desarrolló un modelo simplificado para ilustrar el átomo. Si los protones y los neutrones de un átomo tuvieran el tamaño de una pelota de fútbol Nro. 5, en el medio de un estadio de fútbol, la única cosa más pequeña que la pelota serían los electrones. Los electrones tendrían el tamaño de una cereza, y estarían orbitando cerca de los últimos asientos del estadio. En otras palabras, el volumen total de este átomo, incluido el recorrido de los electrones, tendría el tamaño del estadio. El núcleo del átomo donde se encuentran los protones y los neutrones tendría el tamaño de la pelota de fútbol.
Una de las leyes de la naturaleza, denominada Ley de la Fuerza Eléctrica de Coulomb, especifica que las cargas opuestas reaccionan entre sí con una fuerza que hace que se atraigan. Las cargas de igual polaridad reaccionan entre sí con una fuerza que hace que se repelan. En el caso de cargas opuestas y de igual polaridad, la fuerza aumenta a medida que las cargas se aproximan. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación. Cuando las partículas se encuentran muy cerca una de la otra, la fuerza nuclear supera la fuerza eléctrica de repulsión y el núcleo se mantiene unido. Por esta razón, las partículas del núcleo no se separan.
Si la ley de Coulomb es verdadera, y si el modelo de Bohr describe los átomos de helio como estables, entonces deben intervenir otras leyes de la naturaleza. ¿Cómo es posible que ambas sean verdaderas?
• Ley de Coulomb: Las cargas opuestas se atraen y las cargas iguales se repelen.
• Modelo de Bohr: Los protones tienen cargas positivas y los electrones tienen cargas negativas.
Hay más de 1 protón en el núcleo. Los electrones se mantienen en órbita aun cuando los protones atraen a los electrones. Los electrones tienen la velocidad justa y necesaria para mantenerse en órbita y para no caer en el núcleo, tal como ocurre con la Luna con respecto a la Tierra.
Los protones no se repelen entre sí porque existe una fuerza nuclear que está relacionada con los neutrones. La fuerza nuclear es una fuerza increíblemente poderosa que actúa como si fuera un pegamento que mantiene unidos a los protones.
Los protones y los neutrones permanecen unidos entre sí mediante una fuerza muy poderosa. Sin embargo, una fuerza mucho más débil es la que mantiene a los electrones en su órbita alrededor del núcleo. Los electrones de algunos átomos, como los de los metales, pueden liberarse del átomo y ponerse en movimiento. Este mar de electrones, débilmente unidos a los átomos, es lo que hace que la electricidad sea posible. La electricidad es un flujo libre de electrones.
Se denomina electricidad estática a los electrones libres que permanecen en un lugar, sin moverse y con una carga negativa. Si estos electrones estáticos tienen la oportunidad de saltar hacia un conductor, se puede producir una descarga electrostática (ESD).
La ESD, aunque por lo general no es peligrosa para las personas, puede producir graves problemas en los equipos electrónicos sensibles. Una descarga electrostática puede dañar los chips o los datos del computador, o ambas cosas, de forma aleatoria. Los circuitos lógicos de los chips de los computadores son sumamente sensibles a las descargas electrostáticas.
Se puede hacer referencia a los átomos, o a los grupos de átomos denominados moléculas, como materiales. Los materiales pueden clasificarse en tres grupos, según la facilidad con la que la electricidad, o los electrones libres, fluya a través de ellos.
La base de todo dispositivo electrónico es el conocimiento de cómo los aislantes, los conductores y los semiconductores controlan el flujo de los electrones y trabajan juntos en distintas combinaciones.
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