Electricidad

La electricidad es un fenómeno presente en todos los aspectos de nuestra vida. En los tiempos modernos y el futuro que nos espera, la electricidad juega un papel determinante para avanzar como sociedad ante los retos que se nos imponen.

Sin ir más lejos, no podrías estar leyendo este artículo y mucho menos navegando por internet sin todas las tecnologías que se han desarrollado alrededor de los fenómenos electromagnéticos. Aunque todo parece fascinante y complejo ¿Cómo funciona realmente la electricidad?

En este post responderemos algunas de las preguntas que te has hecho sobre los usos y aplicaciones de la electricidad. Daremos un paseo por sus fundamentos, explorando como se genera la electricidad hasta llegar a las ramas que desarrollan la tecnología que usas día a día.

¿Para ti que es la electricidad?

Si no se sabe a ciencia cierta que es la electricidad, se suele comentar que: es la corriente que da energía a los electrodomésticos, es la forma en la que funcionan los hogares y las industrias o también podrías pensar que es “aquello” que viaja a través del tendido eléctrico.

En líneas generales parece cierto, pero todo lo anterior son solo consecuencias del uso de la electricidad.

Es un fenómeno físico bastante abstracto porque, en realidad, no es visible a nuestros ojos (exceptuando la formación de arcos eléctricos, como los rayos) y muchos de los conceptos en los que se sustenta son audaces y resultan complejos incluso para quienes estudiamos sus usos y propiedades.

Pero que eso no te asuste. Tener tu propia precepción de la electricidad será de gran cuando te presente formalmente lo que es, las técnicas usadas para llevarla hasta tu casa y las distintas ramas que la componen.

¿Qué es la electricidad? Definición

Son todos aquellos fenómenos producidos por la estática o dinámica (movimiento) de cargas eléctricas en un medio. La rama de la física encargada de estudiar estas manifestaciones a gran escala es el electromagnetismo.

Parece confuso explicar la electricidad con la presencia de cargas eléctricas, pero en términos físicos son las partículas quienes interactúan entre ellas para dar origen a todos esos fenómenos.

Las primeras evidencias de la existencia de cargas eléctricas se descubrieron hace 2500 años, por el filósofo y astrónomo Tales de Mileto. Observo un comportamiento extraño luego de frotar una barra de ámbar con un trozo de seda: cuando la acercaba a algunas espigas de paja, estas eran atraídas hacia la barra.

Los científicos continuaron experimentando, encontrando que también existía repulsión entre, por ejemplo, dos barras. Se llegó entonces a la conclusión que: objetos con la misma electrización se repelen y con electrización distinta se atraen.

Al igual que la masa de los cuerpos es la responsable de la interacción gravitacional, la electrización de un cuerpo es asociada a una masa eléctrica o carga eléctrica. De esta manera, tanto la masa como la carga de un cuerpo son propiedades físicas fundamentales.

Esta atracción o repulsión entre cuerpos estáticos cargados se denomina fuerza electrostática y fue estudiada por el ingeniero francés Charles Coulomb. En su honor, la unidad con la que se mide la carga eléctrica es el Coulomb [C].

La magnitud de carga eléctrica más pequeña en la naturaleza es la del electrón. Posee carga negativa y su valor es: . A partir de los estudios de C. Coulomb, se forjaron otros conceptos como campo eléctrico, potencial eléctrico, corriente eléctrica, interacción magnética y demás.

¿Cómo se produce la electricidad?

Antes de explicar cómo se produce la energía eléctrica, es necesario rescatar un concepto del apartado anterior. La interacción magnética se manifiesta con el movimiento de cargas eléctricas y cuando este movimiento varía en el tiempo, se inducen voltajes y corrientes en materiales conductores.

Los llamados electroimanes, se crean a partir de enrollar metros de alambre conductor esmaltado formando bobinas. Si se hace circular una corriente eléctrica a través de él, se creara un campo magnético.

En base a este principio se construyen los generadores eléctricos. Dispositivos que constan, a grandes rasgos de dos partes: un rotor y un estator.

El estator se mantiene quieto respecto al rotor y se constituye de un grupo de bobinas enrolladas sobre material ferromagnético.

Por su parte, el rotor se encuentra dentro del estator y está formado por bobinas enrolladas sobre material ferromagnético, a través de las que se hace circular una corriente para producir un campo magnético interior.

Cuando el rotor gira respecto al estator, induce un voltaje en las bobinas del mismo. De allí se extrae la electricidad que llega a nuestras casas. Los generadores en términos formales, son máquinas eléctricas que transforman la energía mecánica en energía eléctrica, empleando al magnetismo como enlace.

Ahora, la técnica empleada para hacer girar al rotor depende de algún tipo de energía primaria, de cuya implementación se derivan los tipos de centrales eléctricas. Entre las más comunes se encuentran:

• Centrales termoeléctricas: combustibles fósiles, biomasa o nucleares
• Centrales hidroeléctricas: caídas de agua en cascadas o embalses
• Centrales eólicas: a partir del viento
• Centrales mareomotrices: variaciones de las mareas

Existen otras maneras que no se basan en el movimiento de un generador, como las centrales eléctricas solares.

¿Para qué sirve la electricidad?

Como mencione en la introducción al post, la electricidad tiene una infinidad de usos y no sería posible mantener la vida moderna sin ella.

• En nuestras casas, para accionar los motores y sistemas calefactores en electrodomésticos. Para conectar las fuentes de alimentación de ordenadores, móviles, televisión y electrónicos de consumo en general. Cuando necesitas luz en tu habitación, la electricidad hace brillar bombillas LED o incandescentes.
• En las industrias, donde la maquina eléctrica por excelencia son los motores en todas sus variantes: sincrónicos, de inducción, corriente directa, Brushless, de reluctancia y demás. Para alimentar electrosoldadura, sistemas de calefacción en hornos, congeladores y fundidoras o en electrónica aplicada para controladores, sistemas SCADA y demás.
• En telecomunicaciones, para dar energía a las antenas y sistemas receptores.
• En transporte, para trenes, el metro y coches eléctricos.

Subdivisión de la electricidad

La electricidad está dividida en diferentes ramas teóricas y de aplicación.

Electromagnetismo

Es la rama de la física encargada de estudiar los fenómenos electroestáticos y electrodinámicos de forma macroscópica. El modelo matemático empleado para su descripción son las conocidas Ecuaciones de Maxwell, capaces de describir como interaccionan los campos eléctrico y magnético entre sí.

Ley de Gauss para el campo eléctrico

Ley de Gauss para el campo magnético

Ley de Faraday de inducción magnética

Ley de Ampere

A partir de ellas, surgen las aplicaciones tecnológicas que conocemos hoy.

Circuitos eléctricos

Estudia las relaciones voltaje-corriente entre componentes eléctricos y electrónicos, sustentándose en la ley de Ampere.

Maquinas eléctricas

Es una rama de aplicación que emplea las consecuencias de la ley de Inducción de Faraday para fabricar máquinas que transforman energía eléctrica y mecánica.

Sistemas de telecomunicaciones

Estudia diferentes técnicas para irradiar campos electromagnéticos en materiales y transportar información de manera eficiente.

Electrónica

Junto a la electrodinámica cuántica, estudia la conductividad y resistividad en materiales para crear dispositivos macroscópicos que controlan de manera eficiente la energía eléctrica.

A partir de estas ramas, surgen otros campos dedicados a resolver problemas tecnológicos más complejos. Aquí algunas de ellas:

• Electrónica de potencia
• Automatización industrial
• Accionamientos eléctricos
• Circuitos para telecomunicaciones
• Microprocesadores, micro controladores y sistemas digitales
• Sistemas de generación y transmisión de energía