0. ¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?
1. ¿QUIÉN TRANSPORTA LA ELECTRICIDAD?
2. VELOCIDAD DE LA ELECTRICIDAD
3. CORRIENTE, TENSIÓN, POTENCIA Y RESISTENCIA
4. CONTINUA Y ALTERNA
_____________________________________________
0. ¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?
La electricidad es "energía" transportada por los electrones.
La energía es la capacidad de producir trabajo. Dicho trabajo se utiliza para generar luz, calor, mover un motor, encender un ordenador...
1. ¿QUIÉN TRANSPORTA LA ELECTRICIDAD?
Las partículas que en última instancia son responsables de transmitir la electricidad son los electrones.
La materia está compuesta por átomos. Y los átomos están compuestos de partículas subatómicas llamadas: electrones, protones y neutrones.
El electrón se suele representar en negro con signo negativo (-), el protón en rojo con signo positivo (+) y el neutrón al no tener carga se representa sin signo.
Entre los electrones y protones, surgen fuerzas de atracción y repulsión.
Las partículas con el mismo signo se repelen entre si (por ejemplo: dos electrones se repelen entre si, al igual que dos protones).
Por el contrario, las partículas con distinto signo se atraen (un electrón y un protón, se atraen entre si).
La fuerza de atracción que ejerce el protón sobre el electrón, es la misma a la que ejerce el electrón sobre el protón. No obstante, serán los electrones, los que pasen de un átomo a otro transportando la electricidad; ya que pesan unas 1800 veces menos.
El hombre, ha aprendido a utilizar estas fuerza de atracción y repulsión entre los electrones y los protones, para transmitir energía de un sitio a otro. A esta energía la llamamos: "energía eléctrica".
2. VELOCIDAD DE LA ELECTRICIDAD
En el punto anterior, se indicó que los electrones, son los principales responsables de transportar la electricidad. Pero...
¿A que velocidad, se desplazan los electrones por los cables eléctricos?
(La respuesta a esta pregunta, es la clave para entender que es la electricidad)
En un cable de cobre convencional a "un milímetro por segundo" aproximadamente (más lentos que una caravana de caracoles.
Se suele confundir la velocidad de los electrones, con la velocidad de la energía eléctrica.
Los electrones, transmiten la energía eléctrica, pasándosela unos a otros a la velocidad de luz (como si fueran bolas de billar que al chocar pasan la energía de una bola a otra). Sin embargo, los electrones, apenas son capaces de desplazarse unos milímetros por los conductores eléctricos.
En el siguiente dibujo, se puede ver como las bolas de billar al chocar, sólo se desplazan unos milímetros. Pero la energía, que se les transmite, viaja a la velocidad de luz.
"La energía eléctrica, es la energía que se transmiten unos electrones a otros. El desplazamiento de los electrones de un átomo a otro, es una pequeña consecuencia de dicha transferencia de energía"
Aunque los electrones están en todos los materiales, no todos los materiales son adecuados para transmitir la energía eléctrica.
Los materiales capaces de transmitir adecuadamente la energía eléctrica, se llaman conductores. Algunos de estos conductores, como por ejemplo el cobre, serán utilizados para fabricar los cables eléctricos.
3. CORRIENTE TENSIÓN, POTENCIA Y RESISTENCIA
Los cuatro conceptos fundamentales sobre electricidad son:
- Tensión (voltaje)
- Potencia (energía)
- Resistencia
3.1. Corriente
Corriente es el número de cargas eléctricas negativas que circulan por unidad de tiempo
Dicho de otra forma, la corriente es el número de electrones que van a transmitir energía por unidad de tiempo.
Se usará la abreviatura "I" para hacer referencia a la corriente.
La unidad internacional es el amperio "A".
Un amperio, son 6,241509 × 10^18 electrones, chocando en busca de una carga positiva.
Es como imaginar a 6,241509 × 10^18 jugadores de billar, cada uno lanzando un electrón al mismo tiempo, contra la sección de un cable eléctrico.
3.2. Tensión (o voltaje)
Dicho de otra forma, es la energía que se transmite a cada electrón.
Dicha fuerza, es proporcional a lo valioso que sea el premio. A mayor premio (por ejemplo, más cargas positivas al otro lado), mayor fuerza de atracción sentirán los electrones y mayor será el voltaje.
Usando como analogía el billar, la tensión equivale a, lo fuerte que golpea un jugador a la bola.
Se usará la letra "V", para representar la Tensión.
La unidad internacional es el Voltio "V".
Potencia, es la energía que se está transportando por unidad de tiempo.
Se usará la letra "P", para representar la potencia.
La unidad internacional es el Vatio "W".
En los puntos anteriores, se había mencionado que:
-Corriente (I) = Cantidad de cargas que están circulando por unidad de tiempo.
(Número de bolas de billar que se van a golpear)
-Tensión (V) = Energía por cada unidad de carga
(Lo fuerte que se va a golpear cada bola)
En base a esto, resulta fácil de entender que, para calcular la potencia (P) (energía por unidad de tiempo), basta con multiplicar la corriente por la tensión.
P = V x I
Esta fórmula, está indicando que dos electrones con poco voltaje, pueden tener la misma energía que un electrón con mayor voltaje. De forma análoga y como se puede ver en el siguiente dibujos, dos corredores poco motivados, pueden tener la misma energía que un corredor más motivado.
Ejemplo:
Cuando se dice que una bombilla consume 80W (Watios). Significa que, si se mantiene una tensión de 220V (Voltios), por la bombilla debe circular 0,3636A (Amperios)
0,3636A de electrones empujando con 220V
P = V x I = 220V x 0,3636 A = 80W
3.4. Resistencia
La resistencia, la representaremos con la letra "R".
La unidad internacional, es el ohmio "Ω".
Como su propio nombre sugiere, la resistencia indica el grado de dificultad, que presenta el circuito eléctrico, al paso de la corriente.
Cuanta más resistencia hay, más complicado será el camino y menos electrones pasarán (si la tensión se mantiene constante).
La fórmula más conocida de la electricidad (llamada ley de ohm), nos dice que:
Voltaje = Intensidad x Resistencia --> V = I x R
Ejemplo 1: 24V = 4A x 6Ω
Ejemplo 2: 24 V = 3A x 8Ω
Ejemplo 3: 24V = 1A X 24Ω
4. CONTINUA Y ALTERNA
Desde el descubrimiento de la electricidad, se han ido desarrollando diferentes métodos, para proporcionar energía a los electrones, que será transmitida por los cables eléctricos. A través de inventos como: Las baterías, los paneles fotovoltaicos, el motor de continua, el motor de alterna, rectificadores, inversores...
Actualmente, usando estos y otros equipos, somos capaces de controlar la red eléctrica. Regulando entre otros parámetros: la tensión, la energía aportada en cada momento, etc.
Según como se comporte la tensión en los sistemas eléctrico, podemos distinguir entre: energía eléctrica continua y alterna.
Sobre el año 1800, Anastasio Volta, inventó la primera pila. Este invento, era capaz de generar energía eléctrica en continua.
Unos 90 años después, Tesla, desarrolló una máquina rotativa, que generaba energía eléctrica en alterna.
Tras múltiples experimentos y estudios, el propio Tesla y otros científicos, se fueron dando cuenta de las ventajas e inconvenientes de la alterna y de la continua.
En la animación anterior, se pueden ver como en ambos casos, los electrones siempre van en busca del polo positivo (protones).
En caso del generador de alterna, el polo positivo rota, cambiando de un lado a otro y provocando, que los electrones cambien de dirección.
En este artículo, no se profundiza sobre la generación de energía eléctrica, pero no obstante se quería aclarar, que ante la pregunta que muchos nos hemos hecho de:
¿Por qué la electricidad en continúa o en alterna, es como es?
La repuesta, la encontraremos estudiando las máquinas, que son capaces de generar energía continua o alterna. Ya que la energía eléctrica, es el producto del funcionamiento de estas máquinas
Nota: Si se quisiera entender, porque los huevos son redondos; habría que estudiar a las gallinas. Si se quiere entender porque la energía eléctrica es como es, hay que estudiar los dispositivos que generan la energía eléctrica.
4.1. Continua
Para indicar que estamos hablando de continua, a las unidades de tensión se añade "dc" (direct current). Por ejemplo: 24Vdc.
En continua, el valor de tensión (energía por unidad de carga), se mantiene constante. Los electrones se empujan siempre en la misma dirección; intentando ir del polo negativo, al polo positivo.
Nota: La mayoría de los dispositivos electrónicos, funcionan en continua, por ejemplo muchos motores eléctricos funcionan en continua. Otros dispositivos como las baterías o pilas, son capaces de generar energía eléctrica directamente en continua.
4.2. Alterna
Para indicar que estamos en alterna, a las unidades de tensión se añade "ac" (alternating current). Por ejemplo: 230 Vac.
En alterna, la tensión (energía por unidad de carga), sigue una curva senoidal, pasando de valores positivos a valores negativos.
La corriente (flujo de electrones) seguirá una curva muy similar a la tensión. Esto quiere decir, que primero los electrones intentan avanzar empujándose en una dirección y después en la dirección contraria, en busca de donde creen que está la carga positiva.
Nota: La red eléctrica funciona en alterna y por ello la energía que llega a nuestras casas, es alterna.
Sin embargo, mucho de los equipos domésticos, funcionan con continúa. Por lo que, es necesario tener un rectificador, que transforme la alterna en continua. Como por ejemplo: el cargador del móvil.
Realmente la red eléctrica sería más eficiente en el transmporte en continua. La razón principal por la que Tesla se impuso con su motor de alterna sobre la continua (sobre 1890), fue gracias al transformador de tensión.
El transformador de tensión sólo funcioan en alterna y permite de forma muy sencilla elevar la tensión a valores óptimos para el transporte de energía y reducirla despues a valores seguros para los consumidores.
Con los avances en el campo de la electrónica de potencia hoy en día seguramente Tesla no hubiera propuesto este sistema.
4.2.1 Frecuencia
Con la "alterna", surge el concepto de "frecuencia".
La frecuencia, es las veces por segundo, que la onda se repite.
La frecuencia de la red eléctrica, es de 50 hercios. (La onda, se repite 50 veces, en un segundo)
A la curva que realiza la tensión, normalmente le seguirá la corriente, con la misma frecuencia.
Nota: En esta publicación, no se ha pretendido ir mucho más allá de la ley de ohm, que se estudia en el colegio. Sin embargo, probablemente ha sido uno de nuestros artículos más laboriosos.
Muchas veces, los conceptos más simples, son los más difíciles de entender y transmitir. No obstante, detrás de estos pequeños misterios, están los cimientos de la ciencia.
Si desea saber más pulse en el siguiente enlace: "Pulsar aquí" Energía activa y energía reactiva
Julio.C Fernández Losa 14/12/2014
Buen trabajo felicidades. Saludos desde Ecuador.
ResponderEliminar:)
EliminarBrutal amigos, muchas gracias! Hoy trataré de enseñar sobre electrónica usando sus ejemplos :)
ResponderEliminarGracias a ti, valorar el esfuerzo es un gesto que nos aporta mucho. Muchas gracias :)
EliminarMe ayudaron mucho ... gracias y saludos
ResponderEliminar