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Electricidad
La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas. Las cargas de igual nombre se repelen y las de distinto nombre se atraen. La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula más ligera que lleva carga eléctrica es el electrón, que transporta una unidad de carga. Los átomos en circunstancias normales contienen electrones, y a menudo los que están mas alejados del núcleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De esta manera un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación de los electrones. Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga eléctrica positiva y negativa, por lo tanto es eléctricamente neutro. La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas positivas en el núcleo.
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HistoriaA partir de Tales de Mileto (600 adC) la electricidad fue conocida por los antiguos griegos. Habían descubierto que, frotando una varilla de ámbar con una piel, podían atraer cuerpos pequeños. También habían observado que si la frotaban mucho tiempo podrían causar el salto de una chispa. Un objeto encontrado en Iraq en 1938, fechado alrededor de 250 adC, llamado la Batería de Bagdad, se asemeja a una celda electroquímica. No se han encontrado documentos que evidencien su utilización, aunque hay otras descripciones anacrónicas de dispositivos eléctricos en muros egipcios y escritos antiguos. En 1600 el científico inglés William Gilbert publicó su libro De Magnete, en donde utiliza la palabra latina electricus derivada del griego elektron, que significa ámbar, para describir los fenómenos descubiertos por los griegos. También estableció las diferencias entre el magnetismo y la electricidad. Estas investigaciones fueron continuadas en 1660 por Otto von Guericke quien inventó un generador electroestático. Robert Boyle afirmó en 1675 que la atracción y repulsión pueden producirse en el vacío. Stephen Gray en 1729 clasificó los materiales como conductores y aislantes. C.F.Du Fay fue el primero en identificar los dos tipos de carga eléctrica que mas tarde se llamarían positiva y negativa. Pieter van Musschenbroek inventó en 1745 la botella de Leyden, un tipo de capacitor para almacenar cargas eléctricas en gran cantidad. William Watson experimentó con la botella Leyden, descubriendo en 1747 que una descarga de electricidad estática es equivalente a una corriente eléctrica. Benjamin Franklin en 1752 experimentó con la electricidad remontando un barrilete en una tormenta. Descubrió que el relámpago está compuesto por una corriente eléctrica. A consecuencia de estas experimentaciones inventó el pararrayos y formuló una teoría sobre un fluido que explicara la presencia de cargas positivas y negativas. Charles-Augustin de Coulomb en 1777 inventó una balanza de torsión para medir la fuerza de repulsión y atracción eléctrica. Por este procedimiento formuló el principio de interacción de cargas eléctricas (leyes de Coulomb). Hans Christian Oersted en 1819 observó que una aguja imantada se orientaba colocándose perpendicularmente a un conductor al cual se le hacia pasar una corriente eléctrica. Siguiendo estas investigaciones, Michael Faraday en 1831 descubrió que se generaba una corriente eléctrica en un conductor que se exponía a un campo magnético variable. Luigi Galvani en 1790 descubrió accidentalmente que se producen contracciones en los músculos de una rana en contacto con metales cargados eléctricamente. Alessandro Volta descubrió que las reacciones químicas podían generar cargas positivas (ánodos) y negativas (cátodos). Cuando un conductor une estas cargas, la diferencia de potencial eléctrico (también conocido como voltaje) impulsa una corriente eléctrica a través del conductor. La diferencia de potencial entre dos puntos se mide en unidades de voltio, en reconocimiento al trabajo de Volta. Humphry Davy en 1807 trabajó con la electrólisis y aisló de esta forma los metales alcalinos. En 1821 el físico alemán Thomas Seebeck descubrió que se producía una corriente eléctrica por la aplicación de calor a la unión de dos metales diferentes. Jean Peltier en 1834 observó el fenómeno opuesto, la absorción de calor mediante el paso de corriente en una unión de materiales. Georg Simon Ohm en 1827 dio una relación (Ley de Ohm) que liga la tensión entre dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que pasa por él, definiendo la resistencia eléctrica. El físico alemán Gustav Kirchoff expuso dos reglas, llamadas Leyes de Kirchoff con respecto a la distribución de corriente eléctrica en un circuito eléctrico con derivaciones. James Prescott Joule en 1841 desarrolló una ley que establece la cantidad de calor que se produce en un conductor por el paso de una corriente eléctrica. Wheatstone en 1844 ideó su puente para medir resistencias eléctricas. En 1878, Thomas Alva Edison construyó la primera lámpara incandescente con filamentos de carbono. En 1901 Peter Hewitt inventa la lámpara de vapor de mercurio. En 1873, el físico británico James Maxwell publicó su obra Tratado sobre electricidad y magnetismo, en donde, por primera vez, reúne en cuatro ecuaciones la descripción de la naturaleza de los campos electromagnéticos. Heinrich Hertz extendió esta teoría y demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas, como la luz. Estas investigaciones posibilitaron la invención del telégrafo sin cables y la radio. Nikola Tesla experimentó con alto voltaje y corriente alterna polifásica de esa manera inventó el alternador y el primer motor de inducción en 1882. Por medio de los trabajos de Johann Wilhelm Hittorf, Williams Crookes inventó en 1872 el tubo de rayos catódicos. Utilizando un tubo de Crookes el físico alemán Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X. Joseph John Thomson investigando el flujo de rayos catódicos, descubrió el electrón. En 1906 el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, mediante su experimento de "la gota de aceite", determinó la carga del electrón. Actualmente, la comprensión y control del fenómeno eléctrico ha posibilitado la implantación de la electricidad en todos los tipos de aplicaciones industriales del ser humano e incluso en medicina (véase fisioterapia, electroterapia)
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Energía eléctrica
La energía eléctrica es la forma de energía más utilizada. Gracias a la flexibilidad en la generación y transporte se ha convertido para la industria en la forma más extendida de consumo de energía. El transporte por líneas de alta tensión es muy ventajoso y el motor eléctrico tiene un rendimiento superior a las máquinas térmicas. Los inconvenientes de esta forma de energía son la imposibilidad de almacenamiento en grandes cantidades y que las líneas de transmisión son muy costosas. Las instalaciones para generación y el transporte de la energía eléctrica utilizan generalmente corriente alterna, debido a que es más fácil reducir o elevar el voltaje por medio de transformadores. Para transportar la energía se eleva el voltaje para impedir que se produzcan caídas de tensión significativas y la consecuente pérdida en la eficiencia. Para el transporte de una cantidad de energía dada, si se eleva la tensión disminuye la intensidad de corriente necesaria, esto disminuye las pérdidas que son proporcionales al cuadrado de la intensidad. Posteriormente, para la distribución se reduce el voltaje en las subestaciones que gradúan la tensión según se utilicen en la industria (entre 33 KV y 380 Voltios) o en instalaciones domiciliarias (entre 220 y 110 V). Una central eléctrica utiliza un motor para mover un generador eléctrico con diversas fuentes de energía. Se pueden clasificar las centrales eléctricas según la energía aprovechada.
La producción mundial en los últimos 40 años aumentó más del 1300%: de 1 billón de Kwh. a 13 billones. El índice de producción refleja principalmente la importancia de las necesidades de las grandes potencias industriales. Estados Unidos ocupa el primer puesto, con más del 26 %, le siguen China con 8,5 %, Japón con 7,40 % y Rusia con 5,80 %. La electricidad de estos grandes productores es esencialmente de origen térmico: Estados Unidos con 70 %, China con el 80 %, Japón con el 59 % y Rusia con el 66%. La electricidad de origen térmico representa un 63% de la producción mundial, le sigue la hidráulica con el 19%, la nuclear con el 17% y se produce solamente con un 1% con fuentes de energía eólica, solar y geotérmica.
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Corriente eléctrica
Se llama corriente eléctrica al flujo de electrones. La corriente continua tiene un flujo constante mientras que la corriente alterna tiene un flujo de promedio cero, aunque no tiene un valor nulo todo el tiempo. Esta definición de corriente alterna implica que el flujo de electrones cambia de dirección continuamente. El flujo de cargas eléctricas pueden generarse en un conductor pero no existen en los aislantes. Algunos dispositivos eléctricos que usan estas características eléctricas en los materiales se denominan dispositivos electrónicos. La ley de Ohm describe la relación entre la intensidad y la tensión en una corriente eléctrica: la diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) y a la resistencia (R). Se describe mediante la fórmula: La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor se define como la carga eléctrica (Q) que la atraviesa en una unidad de tiempo.
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Véase también
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Enlaces externos
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