Un hecho real es que todo objeto se compone de
átomos y cada átomo posee igual número de electrones y protones
La electricidad o energía
eléctrica se produce porque la materia se puede cargar eléctricamente.
¿Qué significa esto?
Veamos: los electrones poseen una carga negativa
y los protones una carga positiva. Estas cargas se contrarrestan unas a otras
para que el objeto resulte neutro (no cargado). Pero al frotar, por ejemplo, un
globo sobre un polerón los electrones saltan del polerón al globo y éste se
carga de electricidad. El globo pasa a tener más electrones que protones y se
carga negativamente; mientras el polerón, con más protones que electrones, se
carga positivamente.
¿Qué ha pasado? Hemos producido electricidad
Ahora bien, la electricidad se puede trasmitir de
un punto a otro conduciéndola a través de distintos objetos o materiales.
Todos los cuerpos pueden trasmitir energía
eléctrica, pero existen unos que son mejores trasmisores de energía eléctrica (conductores, como los metales) que
otros, a los cuales les cuesta más o simplemente no permiten el paso de ella (aisladores o malos conductores).
Para generar energía eléctrica necesitamos de
motores eléctricos, pilas, generadores, los cuales hacen que se pueda cargar un
objeto y así poder transferir la electricidad.
Los efectos de la electricidad son múltiples y en
la actualidad, conocidos y controlados, se ocupan para muchos usos.
Magnético (Electroimanes)
Mecánico (Motores)
Químico (Electrólisis)
Luminosos
Calóricos
Sin embargo, en el curso de la historia, el
hombre ha atribuido explicaciones de carácter místico o religioso a
determinados fenómenos naturales como el rayo, los fuegos de San Telmo o la
piedra imán.
Los primeros descubrimientos de los cuales se
tiene noticia en relación con los fenómenos eléctricos, fueron realizados por
los griegos en la Antigüedad. El filósofo y matemático Tales de Mileto en el siglo V
antes de Cristo observó que un trozo de ámbar, después de ser frotado con una
piel de animal, adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros (como trozos de
paja y pequeñas semillas).
Tuvieron que pasar varios siglos antes de que
William Gilbert publicara en 1600 su obra De Magnete, en la que
realiza el primer estudio científico del magnetismo. Este
científico observó que algunos otros cuerpos se comportan como el ámbar al
frotarlos, y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier otro
cuerpo, aun cuando no sea ligero.
Como la designación griega que corresponde al
ámbar es elektron, Gilbert comenzó a usar el término “eléctrico” para
referirse a todo cuerpo que se comportaba como el ámbar, con lo cual surgieron
las expresiones “Electricidad”, “Electrizar”, “Electrización”, etc...
Éste fue el punto de partida de la historia de la
electricidad, cuyo estudio y desarrollo durante los siglos XVII y XVIII se
limitó únicamente a los fenómenos electrostáticos. Ya en la época
moderna surgieron los gabinetes de física y con ellos los primeros modelos de
máquinas eléctricas, fuentes productoras de grandes cantidades de carga
eléctrica.
Desde que Otto von Guericke construyó en la
segunda mitad del siglo XVII su máquina eléctrica, primer ingenio de estas
características, son numerosos los modelos y diseños que los diferentes
investigadores llevaron a la práctica con éxito.
Dos investigadores aportaron una contribución
esencial a la electrostática: Stephen Gray (1670-1736)
descubrió la electrización por influencia (por frotamiento) y la conductividad
eléctrica; por su parte, Du Fay (1698-1739) reveló la
existencia de dos electricidades de diferentes naturalezas, que llamó
“resinosa” (negativa) y “vítrea” (positiva). Un discípulo suyo, el abate Nollet (1700-1770),
se hizo famoso popularizando experimentos de electrostática: hacía que las
chispas crepitaran en los salones de la alta sociedad, donde las damas hacían
cola para ser electrizadas por el abate. El entusiasmo se desbordó cuando
apareció el primer condensador eléctrico, capaz de almacenar la
misteriosa energía: una simple botella con agua con tapón atravesado por un
clavo, la Botella de Leiden. Este dispositivo parece haber sido inventado
simultáneamente, en 1745, por Ewald G. von Kleist (1700-1748)
y Petrus van Musschenbrock (1692-1761), profesor de la
Universidad de Leiden.
Años después, en el siglo XVIII Benjamín
Franklin, un científico norteamericano,propuso una teoría para explicar
los fenómenos eléctricos que se derivaban del frotamiento. Cuando se
frota una sustancia como el vidrio, dicho cuerpo gana “fluido eléctrico” y
queda cargado positivamente (+). En el caso del ámbar, pierde “fluido
eléctrico” y queda cargado negativamente (-). Franklin fue, entonces, el
primero en hablar de cuerpos cargados positiva y negativamente. La explicación
actual del fenómeno se basa en la Teoría atómica de la materia. Los
electrones –partículas cargadas negativamente– giran alrededor del núcleo del
átomo, específicamente en la corteza o envoltura del átomo. El átomo puede
ganar o perder electrones. Si pierde electrones su carga será positiva, por
pérdida de partículas negativas; si gana electrones, su carga será negativa,
por ganancia de partículas negativas.
El electrón fue descubierto por Joseph J.
Thomson.
En el siglo XIX aparece una nueva forma de
electricidad. Alessandro Volta consiguió en
1800, gracias a su pila, producir corrientes eléctricas de manera continua.
Éste es el origen de la electrodinámica, con el que se abre todo un mundo de
experiencias. En 1820 Hans Christian Oersted demostró experimentalmente la
relación entre electricidad y magnetismo. Es en este momento cuando surgen las
primeras nociones acerca del electromagnetismo, cuyo desarrollo ha permitido
algunos de los mayores avances tecnológicos de la humanidad.
El ovoide prolongado es un aparato de metal que
sirve para mostrar la distribución de la carga eléctrica en su superficie; el
electroscopio de Volta, de gran importancia en la
historia de la electricidad, se trata de un dispositivo utilizado para estudiar
los mecanismos de adquisición de carga eléctrica en los distintos cuerpos; en
el granizo eléctrico observamos cómo la conexión de dos placas metálicas a una
diferencia de potencial causa el revoloteo de unas pequeñas bolitas de médula
de saúco; el campanario eléctrico se vale de un efecto similar al anterior para
hacer que dos bolitas golpeen una campana en un proceso continuo de
carga-repulsión/descarga-atracción; el efecto eléctrico en puntas demuestra la
acumulación de cargas en los extremos de los objetos metálicos, lo que ocasiona
el giro de las aspas al ionizar el aire de su entorno.
La generación de carga eléctrica en abundancia se
consigue por medio de las máquinas electrostáticas, con las que se conseguían diferencias
de potencial suficientes para efectuar determinados experimentos.
Para almacenar la electricidad producida por
estas máquinas se contaba con las botellas de Leiden, cuya forma varió a lo
largo del tiempo. Otro sistema de almacenamiento de carga eléctrica era el
condensador de Aepinus.
El estudio de la electricidad pronto trajo
consigo la observación de las "chispas". Cuando dos conductores a
diferente potencial se situaban a corta distancia, era posible hacer saltar una
chispa entre ambos. Existen distintos aparatos que hacen uso de esta propiedad
con finalidades diferentes.
El excitador de Henley se utilizaba para estudiar
los efectos de las descargas eléctricas en objetos, seres vivos incluidos,
colocados entre los dos conductores; el perforador de tarjetas se utilizaba
para un fin análogo: se colocaba un naipe o una tarjeta entre los dos
conductores, de manera que al saltar la chispa, la tarjeta quedaba perforada;
el termómetro de Kinnersley permitía probar el desprendimiento de calor en las chispas;
el cuadro mágico y la pirámide centelleante son ejemplos de juegos científicos
de carácter experimental: en ambos casos las descargas producían efectos
visuales y la formación de figuras brillantes.
Los tubos de Geissler consisten, por lo general,
en un fino tubo de cristal que contienen un gas enrarecido en su interior. Al
producirse una descarga de alta tensión, tienen lugar diversos efectos
radiantes, dependiendo del gas y la presión a la que esté sometido. Algunos de
estos tubos están coloreados y producen efectos ópticos especialmente
llamativos.
William Crookes, al igual que Geissler, empleaba
condiciones de vacío y descargas de alta tensión en tubos de vidrio. Sus
experimentos le llevaron a identificar la naturaleza eléctrica de los rayos
catódicos, fuente de otro tipo de radiación completamente distinta, a la que
Röntgen denominó rayos X, debido a su carácter desconocido. Röntgen los
descubrió accidentalmente al observar un haz de electrones (radiación catódica)
que incidía en la superficie de vidrio de un tubo de descarga.
La necesidad de controlar la corriente eléctrica
llevó a la creación de las cajas de resistencias, que permitían controlar la
intensidad de la corriente. El reóstato de Wheatstone es una resistencia
variable que hace uso de la buena conducción eléctrica de unas piezas gruesas
de metal.
La medida de la corriente eléctrica se realiza
utilizando fenómenos eléctricos y magnéticos. El multiplicador de Schweigger es
una aplicación de la experiencia de Oersted, en la cual una aguja imanada es
desviada por una corriente. Es el primer galvanómetro de la historia, ya que el
ángulo de desviación está relacionado con la intensidad de la corriente. Los
demás galvanómetros son instrumentos similares, pero más precisos y
probablemente más complejos.
Si con la pila de Volta y otros generadores como
el de Faraday se conseguía corriente continua, ahora la corriente alterna podía
conseguirse con las máquinas magnetoeléctricas, como por ejemplo la de Gramme.
El movimiento de unas bobinas en un campo
magnético fijo induce una corriente alterna, que puede utilizarse como tal o
transformarse en corriente continua con facilidad. El transformador de
corriente alterna nace de la necesidad de transportar energía eléctrica a
grandes distancias. Desde los primeros aparatos destinados a elevar la tensión
como la bobina de Ruhmkorff o el resonador de Oudin, antecesores de los
actuales transformadores, este tipo de instrumentos han sufrido no pocas
modificaciones, si bien en esencia su funcionamiento se basa en los mismos
principios que llevaron a Michael Faraday a enunciar, en 1832,
su ley de la inducción.
En la actualidad sabemos que todas las sustancias
pueden presentar un comportamiento similar al del ámbar; es decir, pueden
electrizarse al ser frotadas con otra sustancia. Por ejemplo, una regla de
plástico se electriza cuando la frotamos con seda y puede atraer una bolita de
“plumavit”; un peine se electriza cuando se le frota contra el cabello y luego
puede atraer a éste, o bien, a un hilo de agua; la ropa de nailon también se
electriza al friccionarse con nuestro cuerpo; los automóviles en movimiento adquieren
electrización por su rozamiento con el aire, etc...
Respecto a los ejemplos anteriores, conviene aquí
hacer una precisón.
Por efecto de los roces entre objetos se produce
en ellos un aumento de cargas eléctricas que conocemos como electricidad
estática. La electricidad estática (llamada también corriente
estática, aunque no corre ni fluye) aparece principalmente por el
efecto de la fricción entre dos cuerpos.
En rigor, el término electricidad
estática se refiere a la acumulación de carga eléctrica en
una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante,
de manera que la acumulación de carga se mantiene.
La electricidad estática o corriente
estática o simplemente estática es, como su nombre lo indica, estática
(no se mueve), pues a diferencia de la corriente o electricidad que
todos conocen es una carga que no va a ninguna parte.
En cambio, tanto la corriente continua como
la corriente alterna fluyen en algún sentido, la estática no.
Por eso hoy, la electricidad (entendida
como corriente eléctrica) se define como un flujo continuo
de electrones a través de un conductor.
Importancia de la electricidad
La electricidad, junto con el vapor, ha sido un
gran agente de transformación en la industria y en el comercio. A fines del
siglo XIX se transformó en una fuente de luz, de calor y de fuerza motriz,
dando origen, junto con el empleo del petróleo, a un impulso de la industria
tan considerable que se ha dicho que en la última parte del siglo XIX, el mundo
experimentó una segunda revolución industrial.
El invento de la dínamo-eléctrica,
que transforma el trabajo mecánico en energía eléctrica, fue el acontecimiento
más importante. Poco después se combinó esto con el aprovechamiento de las
caídas de agua (energía hidroeléctrica).
La electricidad ha hecho posible el telégrafo
(1833), después el teléfono (1876) y, posteriormente, la telegrafía y la
telefonía sin hilos, con la trasmisión de la palabra. El sabio alemán Gauss sacó
de los descubrimientos teóricos de Ampere y de Aragó la
telegrafía eléctrica. El primer aparato práctico fue construido en Estados
Unidos por Morse; el aparato y su alfabeto todavía son de uso
universal. El teléfono fue inventado por el francés Bourseul, un
empleado de telégrafos; pero no fue utilizado, sino mucho más tarde (1876),
gracias al norteamericano Graham Bell. (Ver Cronología de la electricidad)
Desde 1836 Inglaterra y Estados Unidos empezaron
a construir su red telegráfica.
Más tarde se inventó la telefonía sin hilos, que
no tardó en industrializarse y ser usada en la vida diaria, disminuyendo las
distancias y poniendo rápidamente en comunicación a todas las personas de
nuestro planeta.
Y suma y sigue.
Resultaría monumental la tarea de seguir
describiendo los avances hasta el momento en materia de electricidad o de sus
posteriores aplicaciones tecnológicas. Pero no sería exagerar si dijéramos que
la civilización actual volvería a un estado primitivo de no existir el
conocimiento de esta forma de energía. Imagine su propia vida sin electricidad.
Desde ya no habría luz eléctrica, ni teléfono o cualquier modo de comunicación
a distancia que no sea la imprenta. No habría computadoras, ni cine. Tampoco
automóviles porque para ello se necesitó del paso de la pistola de Volta,
precursor de las bujías. La medicina retrocedería a sus orígenes, sin rayos X,
resonancia magnética, ecografías, etc. El mundo de la alimentación sufriría un
gran embate sin la refrigeración. Sin satélites de comunicación ni computadoras
la meteorología sería incapaz de predecir huracanes o fenómenos como la
Corriente del Niño. Si no hay automóviles, tampoco habrá máquinas de
construcción. ¿Habría edificios, puentes, túneles? Tal vez muy pocos. Es
verdad, no tendríamos que vernos con los problemas que acarrearon estos
avances. ¿Pero, a qué precio?
Imagine un mundo así. No se trata de ver si ese
mundo sería mejor o peor, eso es muy difícil de evaluar, tan solo se trata de
notar la diferencia.
Obtención de la electricidad
La electricidad se obtiene a gran escala a través
de las Centrales Hidroeléctricas o Termoeléctricas, fuente de energía
térmica (combustibles, geotermia, energía solar, energía nuclear) o energía
mecánica (energías eólica, hidráulica, mareomotriz), la cual acciona unos
aparatos motores, por ejemplo, turbinas. Las turbinas, acopladas a
alternadores, convierten su energía mecánica en energía eléctrica, que luego es
distribuida a la red. En la actualidad, las únicas instalaciones de gran
potencia son las centrales termoeléctricas (que funcionan con combustibles como
carbón, petróleo o gas) y las centrales hidroeléctricas (que funcionan por la
fuerza de la caída de aguas en las grandes represas o los caudales de ríos).
