Todos estamos familiarizados con los efectos de la
electricidad estática, algunas personas son más susceptibles que otras a su
influencia. Bajo determinadas condiciones es posible percibir el efecto electrostático en eventos cotidianos como cerrar la puerta de manija metálica
en nuestro baño; al dar la mano a otra persona; creamos electricidad estática si
frotamos un bolígrafo con nuestra ropa, para atraer pequeños trozos de papel; lo
mismo podemos decir cuando nos quitamos la ropa al final de una jornada de
trabajo, etc.
Si frotamos dos objetos entre sí, algunos
electrones pasan de unos átomos a otros, es lo que se conoce como Efecto
Triboeléctrico. Los átomos que ganan nuevos electrones tendrán entonces una
carga negativa, en cambio los que los pierden obtendrán una carga positiva.
Cuando esto sucede estamos contemplando la electricidad estática.
Dice la sabiduría popular que en las relaciones los
polos opuestos se atraen mientras que los polos iguales se repelen. Lo mismo
sucede con las cargas eléctricas y en consecuencia con nuestro pelo. Al
quitarnos una prenda, un sombrero de lana o al frotar un globo en nuestra
cabeza parece que cada uno de nuestros pelos cobran vida propia y decida querer
separarse del resto. En realidad, lo único que ha sucedido es que con estas
acciones se ha producido una transmisión de electrones y sus efectos suelen ser
por lo menos vistosos sino divertidos.
Durante una tormenta si preguntamos ¿por qué se
producen los rayos? posiblemente nos respondan, “el rayo se produce cuando
chocan las nubes” y la realidad no es tan diferente. Los rayos son fenómenos
debidos a la descarga sobre el suelo de la electricidad estática que se ha
generado en las nubes como consecuencia del rozamiento de los cristales de agua
que contienen. ¿Calambres al bajar del coche? Existen dos causas: la primera y
menos frecuente es que el coche se cargue con electricidad estática por el
rozamiento producido por el aire sobre la carrocería; otra causa mucho más
habitual es por el roce de nuestra ropa con el tapizado de los asientos, para
evitar esto se utilizan las fundas formadas por bolas de madera
Para
explicar cómo se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la
materia está hecha de átomos en ellos, el núcleo positivo está rodeado de una
nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra, tiene el mismo número de
cargas positivas y negativas. Una manera de visualizar la carga electrostática
es al manipular una esfera de plasma en la que es posible visualizar sus
efectos
+
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Vidrio®
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Cabello humano®
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Nylon®
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Lana®
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Piel®
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Aluminio¯
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Goma¯
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¬Níquel
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¬cobre
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¬Acero
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¬Algodón
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¬papel
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Poliéster¬
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Acrílico ®
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Poliuretano ®
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teflón®
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Cuarzo®
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Ebonita®
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Parafina
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-
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Al frotar un bolígrafo con nuestra tela se observa
que atrae trocitos de papel. Si se frotan diversos materiales, vidrio con seda,
cuero, entre otros, y se emplean bolitas de sauco electrizadas se puede
comparar las dos clases de cargas y sus interacciones. De estos experimentos se
concluye que.
La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas
denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades
iguales de cada tipo de carga. Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere
de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y
el otro, un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un
sistema aislado, la carga total o neta no cambia. Los objetos cargados con
cargas del mismo signo, se repelen. Los objetos cargados con cargas de distinto
signo, se atraen.
Características de la electricidad
En electricidad, se usan términos tomados del
griego como la palabra eléctrico que proviene de elektron, que significa ámbar.
Y la palabra magnético que proviene de Magnesia, nombre de la provincia griega
donde por primera vez se encontró la magnetita. Cuando hablamos de electricidad
y magnetismo estamos hablando en realidad de dos aspectos, claramente
diferenciados, pero a la vez de dos aspectos que parten de un mismo fenómeno
físico que los interrelaciona.
El magnetismo puede definirse como aquel fenómeno físico en el que los
determinados materiales que entran en juego generan fuerzas atrayentes o
repulsivas con relación a los otros materiales con los cuales interactúan.
Cuando se habla de materiales con propiedades
magnéticas uno puede referirse a muy distintos tipos de materiales, concreta y
muy especialmente el factor magnético resulta muy destacable en materiales como
cobalto (con las aleaciones además que el mismo pueda tener), el hierro o el
níquel.
De todo lo anterior también puede, y debe,
inferirse que la estructura del material es la que determina el comportamiento
magnético del mismo, por supuesto la configuración electrónica es el claro
factor determinante del mismo.
La electricidad y es un fenómeno físico que
encuentra su origen en las cargas eléctricas, la energía de la electricidad se
pone de manifiesto de distintas maneras, sistemas mecánicos, químicos,
luminosos, térmicos, entre muchos otros.
Cuando se habla de electricidad se está hablando del flujo de electrones
y su observación puede resultar tanto en procesos naturales atmosféricos como,
por ejemplo, es el caso de los rayos, así como, incluso, en sistemas biológicos
como es el funcionamiento del sistema nervioso.
La electricidad es capaz de ejercer distinto tipo
de fuerzas, entre estas distintas fuerzas que es capaz de ejercer la
electricidad se encuentran las fuerzas magnéticas, fuerzas que tal y como ya se
ha visto a lo largo de este artículo se producen cuando las cargas eléctricas
resultan en movimiento.
Existen distintas propiedades asociadas a este tipo
de campos siendo una de las propiedades principales la que emana del principio
de superposición, dicho principio establece que el campo resultante es el
resultado de la suma vectorial de los campos independientes que han sido
creados independientemente por cada una de las cargas eléctricas que han
operado.
Debemos tener presente que la materia, de forma
habitual, resulta neutra y que la carga eléctrica que la misma presenta
acostumbra a ser nula. Ahora bien, que lo anterior sea así no supone que el
interior de la materia resulte carente de cargas tanto positivas como negativas
o que no se localicen corrientes eléctricas a nivel atómicos y molecular, cabe
decir que el supuesto de que dos de las cargas resulten opuestas entre sí
entonces entramos en los campos denominados como dipolares, siendo los campos
dipolares una de las bases para lograr describir con precisión por ejemplo los
enlaces iónicos a nivel molecular.
Así, realizando un acercamiento al
electromagnetismo podemos decir que el mismo es aquella teoría física en la que
resultan unificados los conceptos de electricidad y magnetismo, tal y como ya
se ha dicho ello se sustenta en los conceptos de Maxwell, si bien los
fundamentos son los establecidos por Faraday.
Breve reseña histórica.
Desde tiempos inmemoriales el hombre se dio cuenta
de que después de frotar con paño un tipo de resina llamada ámbar, ésta
adquiría la capacidad de atraer algunos objetos ligeros, como trozos de papel.
La historia registra a Tales de Mileto, filósofo y matemático griego, que vivió
hace unos 2600 años, como el primero que hizo experimentos de esta naturaleza,
aunque es bastante probable que desde antes se conociese este tipo de fenómeno.
Hacia principios del siglo XVIII se inició la investigación detallada de los
fenómenos eléctricos. Entre 1729 y 1736 dos científicos ingleses, Stephen Gray
(1696-1736) y Jean Desaguliers (1683-1744) dieron a conocer los resultados de
una serie de experimentos eléctricos muy cuidadosos. Encontraron que, si unían
por medio de un alambre metálico un tubo de vidrio previamente frotado con un
trozo de corcho, éste se electrificaba. Comprobaron que el corcho se
electrificaba ya que al acercarle trozos de papel éstos eran atraídos por él.
Este fenómeno persistía aun si el vidrio y el corcho se separaban a distancias
de 300 metros. Si en lugar de efectuar la unión con un alambre metálico
empleaban un hilo de seda, el corcho no se electrificaba. Además, descubrieron que,
si la línea de transmisión hacía contacto con el suelo, o sea con la tierra, el
corcho dejaba de electrificarse.
Con todos estos experimentos llegaron a la
conclusión de que la electrificación era un efecto que se presentaba en la
superficie de los cuerpos, en donde aparecía lo que llamaron una "virtud"
o "fluido" eléctrico al que en la actualidad se le llama carga
eléctrica. Encontraron que la carga eléctrica podía moverse libremente de un
cuerpo a otro a través de ciertos materiales que llamaron conductores (el
cuerpo humano, los metales, el aire húmedo, etc.). También existen materiales
que no conducen electricidad, a los que se llama aisladores o no-conductores
(la madera, la seda, la cerámica, etcétera).
Un científico francés, François du Fay (1698-1739),
hizo otro tipo de experimentos que reportó entre 1733 y 1734. Frotó con tela de
seda dos tubos de vidrio iguales. Al acercar los tubos vio que siempre se
repelían. Así concluyó que dos materiales idénticos se repelan cuando se
electrifican en formas idénticas. Como cada uno de los tubos adquiere el mismo
tipo de carga se puede afirmar que cargas iguales se repelen.
El mismo François du Fay hizo muchos otros
experimentos con diferentes materiales y llegó a la conclusión de que existen
dos tipos de electricidad; a una la llamó vitrosa (la que aparece cuando se
frota con seda el vidrio) y a la otra resinosa (la que aparece cuando se frota
al hule con piel).
Durante la siguiente década, Benjamín Franklin
(1706-1790)) realizó estas mismas observaciones en Estados Unidos, sin conocer
los trabajos del francés. Según él, el vidrio electrificado había adquirido un
exceso de fluido (carga) eléctrico, y le llamó a este estado positivo. Al
estado de la seda con la que frotó el vidrio lo llamó negativo, pues
consideraba que había tenido una deficiencia de fluido (carga) eléctrico. Esta
terminología de Franklin es la que se utiliza hasta hoy en día, aunque no se
acepten las ideas con que la concibió este científico.
En resumen, existen en la naturaleza dos tipos de
cargas eléctricas: positiva y negativa. Además, se puede concluir de una
multitud de resultados experimentales que dos cargas eléctricas del mismo tipo
(negativa-negativa o positiva-positiva) se repelen, mientras que dos cargas de
tipos distintos (positiva-negativa) se atraen.
No
fue sino hasta fines del siglo XVIII, en 1785, que el ingeniero militar francés
Charles Auguste Coulomb (l736-1806) pudo medir con bastante precisión las
características de las fuerzas entre partículas eléctricamente cargadas. Para
ello utilizó un péndulo de torsión
Midiendo el ángulo que gira el pendulo se puede
determinar la magnitud de la fuerza que experimento. Coulomb colocó en el
extremo A de su péndulo una carga y acercó otra carga C. Cambiando los valores
de las cargas y manteniendo la distancia entre A y C fija, encontró que
mientras más grande es cada una de las cargas, mayor es la magnitud de la fuerza
entre ellas (ya sea de atracción si las cargas son opuestas, o de repulsión si
son iguales). De hecho, si una de las cargas aumenta al doble, la fuerza
aumenta al doble, si la carga aumenta al triple, la fuerza aumenta al triple y
así sucesivamente. Además, mientras más separadas estén las cargas, menor será
la fuerza. Así si la distancia entre A y C aumenta al doble, la fuerza
disminuye a la cuarta parte; si la distancia aumenta al triple, la fuerza
disminuye a la novena parte, etc. Este conjunto de resultados recibe el nombre
de ley de Coulomb.
Regresemos al año de 1663, cuando Otto von Guericke
(1602-1686) de Magdeburgo, Alemania, construyó el primer generador de
electricidad. Este aparato producía cargas eléctricas por medio de fricción.
Sobre un armazón de madera Von Guericke montó una esfera de azufre sobre un
eje. Mientras con una mano hacía girar la esfera, con la otra la presionaba.
Así obtenía cargas eléctricas sobre la esfera, que atraían diversos objetos
cercanos. El funcionamiento de esta máquina estaba basado en el experimento
arriba descrito en que se frotaba una sustancia con otra. El famoso científico
inglés Isaac Newton (1642-1727) propuso usar una esfera de vidrio en lugar de
una de azufre. Al transcurrir los años se diseñaron diferentes variantes,
gracias a lo cual se construyeron máquinas cada vez con mayor capacidad de
producir carga eléctrica.
Así, en las primeras décadas del siglo XVIII ya
existían máquinas que producían cargas eléctricas por medio de fricción.
Funcionaban esencialmente a base de discos que se hacían girar por medio de
manivelas. Al girar se friccionaban con otra superficie y se cargaban, de la
misma forma en que un trozo de vidrio se carga al frotarlo con un paño. Estas
máquinas producían cantidades respetables de carga eléctrica y al acercarlas a
otras superficies se producían chispas. Era muy frecuente encontrar estas
máquinas en salones de juegos, pues hacían que los cabellos de las señoras se
pusieran de punta al ser atraídos por las cargas generadas.
El 11 de octubre de 1745 el físico holandés Pieter
van Musschenbroek. en Leiden, Holanda, construyó el primer dispositivo para
almacenar cargas eléctricas. Se trataba de una botella de vidrio que estaba
recubierta, tanto en sus paredes interiores como exteriores, de una capa muy
delgada de estaño. La botella de Leyden es un dispositivo eléctrico que permite
almacenar cargas eléctricas. Históricamente la botella de Leyden fue el primer
tipo de condensador, una varilla metálica y hojas de estaño conforman la
armadura interna. El nombre de condensador proviene de las ideas del siglo XIX
sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban ésta a un fluido que
podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado
En esta famosa botella de Leiden se pudieron
almacenar considerables cantidades de carga eléctrica, producidas por las
máquinas de fricción. Posteriormente se diseñaron otros dispositivos más
prácticos y cómodos para almacenar carga eléctrica, a los cuales se llamó
condensadores.
Hacia mediados del siglo XVIII, mientras efectuaba
algunos experimentos, Benjamín Franklin se dio cuenta de que durante las
tormentas había efectos eléctricos en la atmósfera, y descubrió que los rayos
eran descargas eléctricas que partían de las nubes. Franklin logró juntar
cargas eléctricas de la atmósfera por medio de varillas. A la larga, esto dio
lugar a la invención del pararrayos, las cargas eléctricas del rayo son
atraídas a la varilla y conducidas a la tierra. Con esto se evita que un rayo
caiga sobre una casa, pues es conducido a tierra sin causar ningún daño.
Posiblemente ésta fue la primera aplicación práctica de la investigación
científica de la electricidad.
Por otro lado, hacia la última parte del siglo XVIII
un gran número de personas empleó animales para estudiar las descargas
eléctricas y utilizó como fuentes máquinas generadoras y botellas de Leiden.
Una de estas personas fue Luigi Galvani (1737-1798), profesor de anatomía en la
Universidad de Bolonia, Italia. Sus discípulos se dieron cuenta de que cuando
se sacaban chispas de un generador y se tocaban simultáneamente las patas de
una rana con un bisturí, éstas se contraían. Galvani estudió con más detalle
este curioso fenómeno. En primer lugar, unió una extremidad de la rana a un
pararrayos y la otra la fijó a tierra por medio de un alambre metálico.
Descubrió que los músculos se estremecían cuando había tormenta, pues las
cargas que recogía el pararrayos se transportaban a través del músculo hasta la
tierra. De sus experiencias anteriores sabía que esta contracción ocurría
solamente cuando una carga eléctrica pasaba por la pata, pero ¡no había
conectado ningún extremo a ninguna fuente de carga eléctrica! Así llegó a la
conclusión de que si se formaba un circuito cerrado entre dos metales que
pasara por la pata, se generaba una corriente eléctrica que circulaba por el
circuito. Sin embargo, Galvani no estaba en lo cierto, ya que creyó que la
fuente de la electricidad estaba en lo que llamó "electricidad animal".
Galvani se dedicó a hacer experimentos con diferentes animales creyendo que
había descubierto y confirmado la veracidad de la electricidad animal. Con el
tiempo se comprobó que sus hipótesis no eran correctas.
Alejandro Volta (1745-1827), profesor de la
Universidad de Pavia, Italia, se enteró de los experimentos de Galvani y los
volvió a hacer, usando lo que llamó ranas "galvanizadas". Sin
embargo, no aceptó la explicación de Galvani. Volta se dio cuenta de que para
lograr el efecto descubierto por Galvani se necesitaba cobre, hierro y el
líquido del tejido muscular. Hizo una serie de experimentos muy cuidadosos,
utilizando alambres de diferentes materiales; así descubrió que si usaba estaño
y cobre lograba una corriente relativamente fuerte, mientras que si usaba
hierro y plata el efecto era poco intenso. Siguiendo esta línea de pensamiento
dejó de usar ranas y puso su propia lengua entre los metales, logrando el mismo
efecto; en seguida probó con diferentes líquidos entre los metales y siempre encontró
el mismo efecto. El caso más satisfactorio fue cuando usó placas de zinc y
cobre en un ácido líquido. De esta manera llegó a la conclusión de que el
efecto descubierto por Galvani no tenía nada que ver con la "electricidad
animal" sino que se debía a una acción química entre el líquido, llamado
electrolito, y los dos metales. Es así como Volta construyó lo que
posteriormente se llamó una pila voltaica, que fue el primer dispositivo
electroquímico que sirvió como fuente de electricidad.
Conceptos básicos en electricidad
Circuito se refiere a una interconexión a través de
la cual se mueve la corriente de energía, en ella se distinguen varios
componentes que se representan con símbolos, que indican el paso y función que
cumple el fluido eléctrico, Se dice que esta cerrado cuando no se presenta
ninguna interrupción en el movimiento de los electrones a través del hilo
conductor. Se dice que es un circuito abierto cuando la comunicación entre los
potenciales de energía, presenta una interrupción debido principalmente a
mecanismos de control que se conocen como interruptores o switch (S)
Resistencia R. Es la oposición al flujo de
electrones. Como componente son dispositivos que consumen el flujo de energía
para realizar una función. Todo elemento dentro del circuito ofrece una mayor o
menor resistencia al paso de la corriente, la magnitud de esta oposición se
mide en ohmios (W).
La intensidad de corriente (I) es la cantidad de
carga eléctrica que atraviesa la sección de un conductor en un segundo. Se mide
en amperios (A).
La potencia eléctrica (P) es la energía consumida
en unidad de tiempo. Se mide en vatios (W).
La
ley de Ohm. La intensidad de corriente que atraviesa un circuito es
directamente proporcional al voltaje o tensión del mismo e inversamente
proporcional a la resistencia que presenta. En forma de fracción se pone de la
siguiente forma:
Circuito en serie.
Los circuitos en serie se caracterizan por tener las resistencias
conectadas en la misma línea existente entre los extremos de la batería o la pila,
es decir, situados uno a continuación del otro. Por tanto, la corriente fluye
por cada resistor uno tras otro.
Circuito en paralelo. Los circuitos en paralelo se
caracterizan por tener conectadas varias vías alineadas paralelamente entre sí,
de tal forma que cada vía tiene una resistencia y estas vías están conectadas
por puntos comunes.
Circuitos mixtos. Los circuitos mixtos, como su
propio nombre indica, son circuitos que mezclan resistencias conectas en serie
y en paralelo. Es decir, dentro de uno de las vías paralelas, podemos encontrar
un mini circuito en serie.
Fuente de consulta: https://fisica.laguia2000.com/general/circuitos-electricos
http://www.ventageneradores.net/blog/breve-historia-de-la-electricidad-y-el-magnetismo/
http://www.ventageneradores.net/blog/breve-historia-de-la-electricidad-y-el-magnetismo/
En los siguientes esquemas identificar tipo de circuito: serie, paralelo o mixto. Condición: abierto o cerrado y que elementos están presentes:
Circuito 1
Circuito 2
Circuito 3
En la actividad de laboratorio se dispone de elementos, para armar un circuito eléctrico, comparte las fotografías o un pequeño vídeo y comenta los resultados obtenidos
