Historia de la Electricidad

Desde la antigüedad, los griegos tenían conocimiento de que cierta sustancia, al ser frotada, tenía la propiedad de atraer cuerpos livianos como hojas secas, plumas de aves y otros. El material que para esa época se utilizó para observar el fenómeno fue el ámbar, por lo que a la atracción observada se le llamó eléctrica, denominación que se deriva del nombre griego del ámbar (elektron).

A comienzos del siglo XVII, William Gilbert clasificó los materiales en eléctricos y no eléctricos según su comportamiento fuera o no similar al del ámbar. La existencia de dos tipos de electricidad fue sugerida alrededor del año 1733 por el francés Charles du Fay. En 1747, el científico americano Benjamin Franklin llamó a estos tipos de electricidad: positiva y negativa.

En 1784, Charles Agustín Coulomb, utilizando la balanza de torsión, mostró que las cargas se atraen o repelen según el inverso del cuadrado de la distancia.

La Electrostática

Es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado. Es decir, que las cargas eléctricas en reposo, su evaluación se denomina electrostática.

La Electricidad

Es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos. También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que lo usa en aplicaciones prácticas. La cantidad de electricidad, que es algo que se mueve, se mide en culombios. Pero generalmente utilizamos amperios, que es un culombio por segundo. Lo que se mueve a través de los cables son electrones: seis billones de billones de ellos cada segundo en un amperio.

El Electrón

Comúnmente representado por el símbolo e^–, es una partícula subatómica. Tiene una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente en la mayoría de los metales. En un átomo, los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.

Carga Eléctrica

Es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de ellos. Existe una magnitud fundamental en su existencia en dos variables que desde hace tiempo se llama + y -. Se establece que cargas de igual signo se repelen y cargas de diferentes signos se atraen. El símbolo que se utiliza para expresar la medida de la carga eléctrica de un cuerpo es «q».

Corriente Eléctrica

Es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. La intensidad de electricidad existe en cualquier región donde sean transportadas cargas eléctricas desde un punto a otro punto de esa región. Si la carga q se traslada a través de una sección transversal dada del alambre en un tiempo t, entonces la intensidad a través del alambre es: I=q/t

Amperios

El ampere o amperio es la unidad de medida de la corriente eléctrica. Para medirla se usa el amperímetro.

Estados Eléctricos

Si llamamos p⁺ a los protones y e^– a los electrones, se puede concluir que existen dos estados eléctricos:

1. Estado eléctrico positivo (+) cuando el átomo o un cuerpo tiene déficit de electrones.
2. Estado eléctrico negativo (-) cuando tiene exceso de electrones.

De un cuerpo que tiene igual número de electrones y protones se afirma que es eléctricamente neutro.

Electrización

Es uno de los fenómenos que estudia la electrostática. Cuando un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado. Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros.

Tipos de Electrización

Electrización por Frotamiento

Se explica del siguiente modo: se frota un paño de lana con una barra de ámbar. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual esta queda cargada negativamente y el paño positivamente. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptados por el otro.

Electrización por Contacto

Es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo (+) es porque sus correspondientes átomos poseen un déficit de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto.

Electrización por Inducción

Es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que estas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente (+) en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí las cargas negativas (-), con lo que la región próxima queda cargada negativamente (-). Si el cuerpo cargado es negativo (-), entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva (+). En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas.

Electroscopio

Es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo. Su construcción se fundamenta en la atracción o repulsión de cuerpos con cargas de igual signo y diferentes signos, respectivamente. Consiste en una varilla metálica vertical que tiene una bolita en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de oro muy delgado. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de metal en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electrifica y las láminas cargadas con igual signo que el objeto se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de la hoja. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal. Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.

Conductores y Aislantes

Conductores

Son materiales que permiten el paso de la carga eléctrica a través suyo. También son materiales que poseen electrones libres y hacen posible que la electricidad sea transportada por medio de ellos, y por lo tanto decimos que estas sustancias son conductores eléctricos. A este grupo pertenecen los metales, el cuerpo humano y las sustancias electrolíticas.

Aislantes

Son materiales que no permiten el paso de cargas a través suyo. Tienen los electrones de la última órbita fuertemente ligados al núcleo y por lo tanto no son capaces de desprenderse de ninguno de ellos y se dificulta mover cargas eléctricas. A este grupo pertenecen el vidrio, la goma, los plásticos.

Ley de Coulomb

Se puede expresar como: la magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. La ley de Coulomb manifiesta que la atracción y repulsión se debilita muy rápidamente con la distancia, y que aumenta con igual rapidez cuando las partículas cargadas se acercan una a otra. La ley de Coulomb es válida solo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o como aproximación cuando el movimiento de las cargas se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.

Campo Eléctrico

Es el modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente se le describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufrirá los efectos de una fuerza mecánica F que vendrá dada por la siguiente ecuación: F = q x E y E = Kq/d²

Circuito Eléctrico

Es un conjunto de componentes pasivos y activos interconectados entre sí por conductores de baja resistencia.