La Electricidad: Conceptos Fundamentales

La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y el 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. La carga eléctrica, una propiedad intrínseca de la materia, se detecta comúnmente con un electroscopio.

Electrización de Materiales: Métodos y Principios

La electrización es el proceso mediante el cual un cuerpo adquiere carga eléctrica. Existen tres métodos principales:

Fricción

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros, ambos se cargan: uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Por ejemplo, si se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda, dejando el vidrio cargado positivamente y la seda negativamente. De manera similar, al frotar un lápiz de pasta con un paño de lana, los electrones se transfieren del paño al lápiz, cargando el lápiz negativamente y el paño positivamente.

Conducción

En la electrización por contacto o conducción, un cuerpo conductor cargado se pone en contacto directo con otro cuerpo, cuya carga puede ser nula o diferente. El cuerpo que presente un exceso relativo de electrones los transferirá al otro, o viceversa, hasta alcanzar un equilibrio. Al finalizar la transferencia, ambos cuerpos quedan con carga del mismo signo, debido a la repulsión entre cargas iguales.

Inducción

Cuando un cuerpo cargado se acerca a uno descargado sin llegar a tocarlo, las cargas en este último se reagrupan en dos regiones distintas del mismo. Esto ocurre porque los electrones del cuerpo descargado son atraídos o repelidos hacia uno de los extremos, según la polaridad del cuerpo cargado, generando una polarización de cargas sin transferencia neta de electrones.

Los Rayos: Descargas Eléctricas Naturales

El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estática, producida durante una tormenta eléctrica. Este fenómeno genera un intenso pulso electromagnético. Los rayos se producen por la interacción y diferencia de potencial entre regiones de carga positiva y negativa dentro de las nubes, o entre las nubes y la tierra.

Ley de Coulomb: Interacción entre Cargas

La Ley de Coulomb describe la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales. Establece que la fuerza es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esta fuerza puede ser de atracción si las cargas son de signo opuesto, o de repulsión si son del mismo signo.

{\displaystyle F=\kappa {\frac {\left|q_{1}\right|\left|q_{2}\right|}{r^{2}}}\,\!}

El Magnetismo: Fundamentos y Propiedades

El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Un imán es un objeto capaz de atraer a ciertos objetos metálicos, como aquellos elaborados de hierro, níquel o cobalto.

Los extremos de un imán se denominan polos magnéticos: el polo norte y el polo sur. Es una característica fundamental que un imán siempre posee ambos polos; es imposible aislar un monopolo magnético. Las fuerzas magnéticas son fuerzas a distancia, y se rigen por la regla de que los polos opuestos se atraen, mientras que los polos idénticos se repelen.

La Brújula: Un Instrumento Magnético

Una brújula es un instrumento que consiste en una aguja imantada que gira libremente sobre un eje. Esta aguja se alinea con el campo magnético terrestre, señalando aproximadamente el norte geográfico, lo que la convierte en una herramienta esencial para la navegación.

Electromagnetismo: La Conexión Eléctrica y Magnética

El electromagnetismo es la rama de la física que estudia la relación unificada entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. Demuestra que la electricidad puede producir magnetismo (como en los electroimanes) y el magnetismo puede producir electricidad (como en los generadores).

Un electroimán es un tipo de imán que funciona por acción de la corriente eléctrica. Se crea enrollando un conductor (generalmente un alambre) alrededor de un núcleo ferromagnético; al pasar corriente por el conductor, se genera un campo magnético temporal.

Tipos de Corriente Eléctrica

Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento. Normalmente, estas cargas circulan por un hilo conductor (cable eléctrico).

Corriente Continua (CC)

En la corriente continua (CC), los electrones se mueven siempre en la misma dirección, manteniendo un flujo constante. Este es el tipo de corriente eléctrica que se obtiene de fuentes como pilas, baterías y paneles solares.

Corriente Alterna (CA)

En la corriente alterna (CA), los electrones cambian periódicamente de dirección, yendo primero en un sentido y luego en el contrario. Este es el tipo de corriente eléctrica que obtenemos en la red eléctrica de nuestras casas y es la forma predominante de distribución de energía eléctrica a gran escala.

Generación de Electricidad: Centrales Eléctricas

Las centrales eléctricas son instalaciones diseñadas para generar energía eléctrica a partir de diversas fuentes de energía primaria.

Central Hidroeléctrica

En una central hidroeléctrica, el agua embalsada se libera y fluye a través de una tubería de presión (o canal) hacia una turbina, moviendo sus palas. El movimiento de la turbina se transmite al rotor, que a su vez induce la corriente eléctrica en el estátor del generador.

Centrales Térmicas (Combustión)

En las centrales térmicas, el calor resultante de la combustión de combustibles fósiles (carbón, gas o derivados del petróleo) convierte agua en vapor a alta presión. Este vapor hace girar la turbina, y el movimiento de la turbina se transmite al rotor, que induce la corriente en el estátor del generador.

Central Nuclear

En una central nuclear, la fisión nuclear de átomos pesados (como el uranio) libera una gran cantidad de calor. Este calor se utiliza para convertir agua en vapor, el cual impulsa una turbina. El movimiento de la turbina se transmite al rotor, que induce la corriente en el estátor del generador.

Central Eólica

Los aerogeneradores aprovechan la energía cinética del viento para generar energía eléctrica. La fuerza del viento mueve las aspas del aerogenerador, que transmiten su movimiento a un eje conectado al rotor del generador, produciendo electricidad.

Central Solar Fotovoltaica

En una central solar fotovoltaica, cuando los fotones de la luz solar inciden sobre un panel de material semiconductor (como el silicio), comunican energía a sus electrones. Esto provoca que los electrones se pongan en movimiento, originando así una corriente continua.

Transporte y Distribución de Electricidad

El transporte y la distribución de electricidad se efectúan a través de líneas de transporte a tensiones elevadas, que, junto con las subestaciones eléctricas, forman la red de transporte. Para poder transportar la electricidad con las menores pérdidas de energía posibles, es necesario elevar su nivel de tensión.

Es importante destacar que el mantenimiento de estas infraestructuras conlleva consideraciones medioambientales. Por ejemplo, el peligro de descargas e incendios obliga a mantener despejadas las zonas debajo de las líneas de alta tensión, lo que puede implicar la tala de árboles y un impacto en el ecosistema terrestre.