Monografía sobre la ELECTRICIDAD
PRESENTACIÓN
INDICE
MARCO TEÓRICO
LA ELECTRODINAMICA
La electrodinámica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolución temporal en sistemas donde interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento.
Electrodinámica clásica (CED)
Albert Einstein desarrolló la relatividad especial merced a un análisis de la electrodinámica. Durante finales del siglo XIX los físicos se percataron de una contradicción entre las leyes aceptadas de la electrodinámica y la mecánica clásica. En particular, las ecuaciones de Maxwell predecían resultados no intuitivos como que la velocidad de la luz es la misma para cualquier observador y que no obedece a la invariancia de Galileo. Se creía, pues, que las ecuaciones de Maxwell no eran correctas y que las verdaderas ecuaciones del electromagnetismo contenían un término que se correspondería con la influencia del éter lumínico.
Después
de que los experimentos no arrojasen ninguna evidencia sobre la existencia del
éter, Einstein propuso la revolucionaria idea de que las ecuaciones de la
electrodinámica eran correctas y que algunos principios de la mecánica clásica
eran inexactos, lo que le llevó a la formulación de la relatividad
especial.
Unos
quince años antes del trabajo de Einstein, Wiechert y más tarde Liénard,
buscaron las expresiones de los campos electromagnéticos de cargas en
movimiento. Esas expresiones, que incluían el efecto del retardo de la
propagación de la luz, se conocen ahora como potenciales
de Liénard-Wiechert. Un hecho importante que se desprende del retardo, es
que un conjunto de cargas eléctricas en movimiento ya no puede ser descrito de
manera exacta mediante ecuaciones que sólo dependa de las velocidades y
posiciones de las partículas. En otras palabras, eso implica que el lagrangiano debe contener
dependencias de los "grados de libertad" internos del campo.
Electrodinámica cuántica (QED)
La electrodinámica
cuántica (ó QED, Quantum ElectroDynamics), como sugiere su
nombre, es la versión cuántica de la
electrodinámica. Esta teoría cuántica se describe el campo electromagnético en
términos de fotones
intercambiados entre partículas cargadas, al estilo de la teoría
cuántica de campos. Por tanto, la electrodinámica cuántica se centra en la
descripción cuántica del fotón y su
interacción/intercambio de energía y momento lineal con las partículas
cargadas.
Se puede
señalar que la formulación de la teoría de la relatividad restringida se
compone de dos partes, una de ellas «cinemática», descrita anteriormente, y que
establece las bases de la teoría del movimiento – y, por consiguiente, del
conjunto de la teoría– dándoles su expresión matemática, y una parte
«electrodinámica» que, combinando las propuestas de la primera parte con la
teoría electromagnética de Maxwell, Hertz y Lorentz , establece deductivamente
un cierto número de teoremas sobre las propiedades de la luz y, en general de
las ondas electromagnéticas como, asimismo, la dinámica del electrón.
LA ELECTRICIDAD
La electricidad es un
fenómeno físico que se manifiesta naturalmente en los rayos, las descargas
eléctricas producidas por el rozamiento "electricidad estática" en el
funcionamiento de los sistemas nerviosos de los animales, incluidos los seres
humanos. También se denomina electricidad a la rama de la ciencia que la
estudia, la rama de la tecnología que la aplica. Desde que en 1831, Faraday
descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción, se ha
convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo
tecnológico debido a su facilidad de generación, distribución y al gran número
de aplicaciones.
El origen de la
electricidad son las cargas eléctricas, estáticas o en movimiento, su
interacción. Una carga eléctrica en reposo produce fuerzas sobre otras cargas.
Si la carga eléctrica está en movimiento, produce también fuerzas magnéticas.
Hay sólo dos tipos de cargas eléctricas, las positivas y las negativas. Las
cargas eléctricas elementales son los protones, los electrones, responsables de
la formación de los átomos, moléculas, pero también hay otras partículas
elementales cargadas.
Electricidad y magnetismo
son sólo dos aspectos diferentes del mismo fenómeno electromagnético descrito
por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una carga eléctrica con
velocidad constante produce un campo magnético, la variación de un campo
magnético produce un campo eléctrico, el movimiento acelerado de cargas
eléctricas genera ondas electromagnéticas (como en las descargas de rayos que
pueden escucharse en los receptores de radio AM-FM, Televisión). Debido a las
crecientes aplicaciones de la electricidad en la generación de potencia, las
telecomunicaciones, el procesamiento de información, uno de los principales
desafíos contemporáneos es generarla de modo más eficiente con el mínimo de
perjuicios para el medio ambiente.
CORRIENTE ELECTRICA
La corriente
o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de
tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior
del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en
C/s (culombios sobre segundo), unidad que se
denomina amperio. Una corriente
eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un
fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
Historia
Históricamente,
la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó
el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas
desde el polo positivo al negativo y sin embargo posteriormente se observó,
gracias al efecto
Hall, que en los metales los portadores de carga son
negativos, estos son los electrones, los cuales fluyen
en sentido contrario al convencional. En resultado, el sentido convencional y
el real son ciertos en tanto que los electrones como protones fluyen desde el
polo negativo hasta llegar al positivo (sentido real), cosa que no contradice
que dicho movimiento se inicia al lado del polo positivo donde el primer
electrón se ve atraído por dicho polo creando un hueco para ser cubierto por
otro electrón del siguiente átomo y así sucesivamente hasta llegar al polo
negativo (sentido convencional) es decir la corriente eléctrica es el paso de
electrones desde el polo negativo al positivo comenzando dicha progresión en el
polo positivo.
Corriente directa y alterna
La energía que llega a
nuestra casa es alterna y como consecuencia también será alterna la corriente
generada por ella. La diferencia de la corriente directa, la alterna cambia
continuamente su valor y periódicamente se sentido. Parte de un valor nulo de
corriente y aumenta hasta un valor máximo a partir del cual decrece hasta
llegar a anularse de nuevo. A partir de este momento, circula en sentido
contrario creciendo hasta un máximo, decreciendo hasta ser 0, cambiando el
sentido y repitiendo este ciclo indefinidamente. Con el fin de determinar la
magnitud de la corriente alterna se destacan distintos valores: el instantáneo,
el máximo, el medio y el eficaz.
El valor instantáneo es el
que presenta la corriente en cada instante y varía en función del momento
elegido para medirlo. El valor máximo es el mayor valor que puede alcanzar el
instantáneo; se trata de un dato constante y representa el nivel máximo que
puede entregar un generador eléctrico. El valor medio es la medida aritmética
de todos los valores instantáneos durante un ciclo completo. El valor eficaz de
una corriente alterna equivale al de una corriente directa que, circulando por
una misma carga durante el mismo tiempo, produce exactamente los mismos efectos
que la corriente alterna.
AMPERIMETRO
Para medir la intensidad
que circula por un circuito eléctrico se utiliza el amperímetro.
Es un aparato provisto de
una escala graduada que permite leer la intensidad expresada en amperios. Para
realizar una medida correcta el amperímetro se conecta en serie con los demás
elementos del circuito, para que circule por el toda la corriente que se desea
medir
VOLTIMETRO
Es para medir la diferencia
de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Es un aparato con una
escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables. Uno de
los cables es rojo y el otro negro. El rojo se conecta al polo positivo de la
Tensión que de seamos medir y el negro al negativo.
El voltímetro se coloca en
paralelo con el elemento cuya Tensión vamos a medir.
Uso de la electricidad
Debido a su capacidad de
adaptación, en el mundo moderno no existe ninguna actividad económica que no
utilice la electricidad.
Tiene muchos usos en las
fábricas como mover motores, obtener calor y frío, procesos de tratamiento de
superficies mediante electrólisis, etc. En gran parte del transporte público
como en los ferrocarriles y los metros.
En la agricultura especialmente para los
motores de riego, usados para elevar agua desde los acuíferos, y para otros
usos mecánicos
La electricidad se utiliza
en los hogares para usos térmicos (calefacción, aire acondicionado, agua
caliente y cocina), en competencia con otros combustibles como el butano, el
gasóleo, el carbón y el gas natural, siendo la única energía empleada para la
iluminación y los electrodomésticos.
Ventajas y desventajas
Las ventajas de la energía
eléctrica son la facilidad de producción y la diversidad de sistemas y
estrategias para conseguirla.
Las desventajas
principalmente son su dificultad de almacenamiento, por lo que solo esta
disponible en pequeñas cantidades y adaptadas a aplicaciones de bajo consumo.
CIRCUITO ELECTRICO
Un circuito eléctrico es un conjunto de
elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso de electrones.
Está compuesto por:
- GENERADOR o ACUMULADOR.
- HILO CONDUCTOR.
- RECEPTOR o CONSUMIDOR.
- ELEMENTO DE MANIOBRA.
CLASES DE CIRCUITOS ELECTRICOS
Circuitos conectados en serie
Los aparatos de un circuito eléctrico están
conectados en serie cuando dichos aparatos se colocan unos a continuación de
otros de forma que los electrones que pasan por el primer aparato del circuito
pasan también posteriormente por todos los demás aparatos.
La intensidad de la corriente es la misma
en todos los puntos del circuito.
La diferencia diferencial de potencial
entre los puntos 1 y 2 del circuito es tanto menor cuanto mayor es la
resistencia R1 que hay entre estos dos puntos. Igual ocurre los puntos 2 y 3 y
3 y 4. ( R, es la resistencia entre los puntos 1y 2, etc.)
Por otra parte, la diferencia de potencia
entre los puntos A y B dependen de la suma total de las resistencias que hay en
el circuito, es decir, R1 + R2 +R3.
Circuitos conectados en paralelo
Los aparatos de un circuito están
conectados en paralelo cuando dichos aparatos se colocan en distintas
trayectorias de forma que, si un electrón pasa por uno de los aparatos, no pasa
por ninguno de los otros.
La intensidad de la corriente en cada
trayectoria depende de la resistencia del aparato conectado en ella.
Por eso, cuanto más resistencia tenga un
aparato, menos electrones pasarán por él y, por tanto, la intensidad de la
corriente en esa trayectoria será menor.
La diferencia de potencial entre dos puntos
situados antes y después de cada resistencia es exactamente igual para
cualquiera de las trayectorias, es decir, la diferencia de potencial entre los
puntos 1 y 2 es la misma que hay entre los puntos 3 y 4, que a su vez es
igual a la que hay entre los puntos 5 y 6.
ELEMENTOS DE UN CIRCUITO CERRADO
El circuito cerrado esta constituido por elementos pasivos tales come resistores y o capacitores, los cuales unen una fuente de voltaje, la cual presenta una corriente eléctrica, esta corriente eléctrica dependerá del valor resistivo de los resistores y no se tendrá en cuenta el valor resistivo del cable.
¿Quién DESCUBRIO LA ELECTRICIDAD?
No podemos afirmar a ciencia cierta a partir de qué
momento el hombre descubrió el fenómeno que llamamos electricidad, pero existen
evidencias de que 600 años antes de cristo fue observado dicho fenómeno por un
filosofo griego, Thales de Mileto (630-550 AC), quien descubrió un misterioso
poder de atracción y de repulsión cundo frotaba un trozo de ámbar amarillo con
una piel o una tela. Esta sustancia resinosa, denominada “Elektrón” en griego,
dio origen al nombre de la partícula atómica Electrón, de la cual se deriva el
termino ELECTRICIDAD.
Sin embargo fue el filósofo Griego Theophrastus (374-287 AC) que dejó
constancia del primer estudio científico sobre la electricidad al descubrir que
otras sustancias tienen también el mismo poder de atracción .
Benjamín Franklin (1706-1790) En 1747 inició sus experimentos sobre la
electricidad. Adelantó una posible teoría de la botella de Leyden, defendió la
hipótesis de que las tormentas son un fenómeno eléctrico y propuso un método
efectivo para demostrarlo. Su teoría se publicó en Londres y se ensayó en
Inglaterra y Francia antes incluso de que él mismo ejecutara su famoso
experimento con una cometa. En 1752, Inventó el pararrayos y presentó la
llamada teoría del fluido único para explicar los dos tipos de electricidad,
positiva y negativa.
Tales de Mileto
Hijo de Examio y
Cleobulina, y de ascendencia fenicia según Herodoto, Thales nació en Asia Menor
(hoy Turquía) el 640 a.C. Fue un comerciante rico e hizo su fortuna vendiendo
aceites. Cuentan que era tan distraído que una vez, mientras caminaba observando
el cielo, se cayó dentro de un pozo. Se dice también que predijo un eclipse
(basado en viejos datos babilónicos) el 28 de mayo del año 585 a.C. que detuvo
la guerra entre los medos y los lidios. El cálculo del evento astronómico le
dio a Thales autoridad sobre sus conciudadanos de Mileto, una próspera colonia
griega del Asia Menor, donde confluían las rutas del comercio que conectaban
Oriente y Occidente.
A Thales también se le
atribuye haber descubierto la electricidad estática al frotar un trozo de ámbar
con un pañuelo. El ámbar atraía hilachas, plumas y pequeñas astillas de madera.
Thales creyó que esto era debido a una propiedad que se encontraba dentro del
ámbar y lo llamó elektron, palabra latina de la que deriva el actual término,
electricidad. Thales inventó la ciencia, pero al mismo tiempo inventó la
soledad. Crea el terrible aislamiento del hombre observante, que se enfrenta al
mundo casi despojado, armado solamente de su capacidad de razonar; el sabio
solitario frente a la angustia de lo real, que funciona según causas
invisibles, nació en Mileto hace dos mil seiscientos años. Según cuenta el
historiador Suidas, Thales "murió viejo, mientras presenciaba un certamen
gimnástico, aplastado por la multitud y agotado por el calor". Y sus
últimas palabras fueron: "Te alabo, ¡oh Zeus!, porque me acercas a tí. Por
haber envejecido, no podía ya ver las estrellas desde la tierra".
CONCLUSIONES
Observamos lo que era la electricidad los dos tipos
que hay (estática y dinámica), pero en esta caso nos guiamos al tema de la
electrodinámica; viendo lo que es la ley de coulomb que mide la fuerza entre
dos cargas, vimos los dos tipos de corriente, la corriente alterna y la
corriente directa.
Conocimos aparatos como el amperímetro (para medir
la intensidad de corriente I) y el voltímetro (para medir el voltaje V).
Efectivamente la electricidad nos ayuda y nos a beneficiado grandemente en la
vida cotidiana ya que la electricidad a mejorado el rendimiento en el
transcurso del día y a beneficiado a pequeñas y grandes empresas, cuando por
fallas eléctrica la luz se suspende el país se paraliza ya que nos hemos vuelto
independientes de ella.
La electricidad es muy indispensable ya que la
encontramos en la gran parte de nuestro alrededor.
