Electricidad

Te explicamos qué es la electricidad, cómo es su historia y los tipos que existen. Además, cuáles son sus características, transmisión y ejemplos.

¿Qué es la electricidad?

La electricidad es un conjunto de fenómenos físicos que se derivan de la existencia y el flujo de las cargas eléctricas.

La electricidad es una consecuencia de la composición de la materia, más precisamente, de la existencia de electrones: partículas subatómicas que poseen carga eléctrica, convencionalmente designada como negativa (-).

Comúnmente nos referimos como electricidad a la energía eléctrica, aunque no sean exactamente la misma cosa.

La energía eléctrica es una consecuencia del flujo de los electrones a través de un material conductor (corriente eléctrica) y es una forma de energía altamente versátil, fundamental en la vida contemporánea del ser humano.

La electricidad es uno de los fenómenos que tiene lugar dentro del área de la física denominada electromagnetismo. La fuerza electromagnética es una de las cuatro fuerzas fundamentales (junto a la gravedad y las fuerzas nucleares débiles y fuertes) de la naturaleza.

La electricidad hoy en día es generada, transportada, almacenada y consumida, es decir, transformada en otros tipos de energía útiles al hombre: térmica, cinética, química, lumínica, etc.

Ver además: Contaminación electromagnética

Origen de la electricidad

La electricidad es una interacción natural que atañe a los átomos de los que está formada la materia.

Los átomos son naturalmente neutros eléctricamente, es decir, no tienen carga eléctrica. Cuando un átomo pierde o gana electrones, cambia su estado eléctrico para obtener una carga, positiva si pierde electrones y negativa si los gana.

Existen distintos fenómenos que pueden inducir este efecto en la materia, generando desequilibrios eléctricos (electrificación) que pueden luego generar corrientes eléctricas.

Por ejemplo, la frotación de algunas telas (como la lana) puede generar electricidad estática perceptible.

Historia de la electricidad

Desde tiempos remotos, la humanidad ha intuido la presencia de la electricidad, al observarla en la naturaleza.

Sin embargo, su estudio formal inició con la Revolución Científica de los siglos XVII y XVIII, y solamente en el siglo XIX se la pudo aplicar para usos domésticos e industriales.

En esa época, el filósofo inglés William Gilbert se dedicó al estudio y la diferenciación de los fenómenos obtenidos mediante el frotamiento de ámbar (electricidad estática) y el de la magnetita (magnetismo), a pesar de ser similares en su atracción de objetos pequeños.

Este fue el inicio del descubrimiento de los campos de la electricidad y del magnetismo, cuya relación se comprendería mucho después.

Los grandes científicos a cargo de la comprensión de la electricidad fueron mayormente del siglo XVIII: Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek, y Watson, así como Galvani, Volta, Coulomb y Franklin.

Ya a comienzos del siglo XIX se sumaron Ampère, Faraday y Ohm, así como James Clerk Maxwell, quien formuló por primera vez las ecuaciones unificadoras de la electricidad y el magnetismo.

Tipos de electricidad

Existen dos tipos fundamentales de electricidad:

• Electricidad estática. Es aquella generada en torno a una carga en reposo o quietud, es decir, que no se desplaza ni fluye. Por ejemplo, cuando se frota un trozo de ámbar con una lana o un paño seco, se produce un desbalance electrónico en el ámbar que le confiere una carga eléctrica. El roce hace que se desplacen electrones del paño al ámbar, y el ámbar quede cargado negativamente y el paño positivamente. Dicha carga reside en el ámbar hasta que sea equilibrada de alguna manera (con los átomos del aire o nuestro cuerpo, por ejemplo).
• Electricidad dinámica. Es aquella generada en torno a una carga en movimiento, o sea, al flujo de una carga eléctrica: corriente eléctrica. Esto requiere de una fuente de electricidad permanente que hace fluir los electrones por el cuerpo de un material conductor, lo cual resulta verdaderamente útil.

¿Para qué sirve la electricidad?

La electricidad es un fenómeno muy potente y muy versátil, que sirve para alimentar todo tipo de dispositivos y reacciones químicas, y que puede convertirse en otras formas de energía aprovechable.

Por ejemplo, puede usarse para generar calor mediante resistencias, lo que permite calefaccionar una habitación o incluso cocinar alimentos. También se utiliza para generar luz mediante bombillos, o para poner en funcionamiento un motor y generar movimiento.

La electricidad alimenta aparatos electrónicos capaces de un sinfín de propósitos, desde hacer sonar un timbre hasta llevar a cabo operaciones aritméticas.

¿Cómo se manifiesta la electricidad?

La electricidad se manifiesta en un conjunto de fenómenos y propiedades físicas:

• Carga eléctrica. Todos los átomos son naturalmente neutros ya que poseen la misma cantidad de electrones que de protones (partículas elementales presentes en los núcleos atómicos con carga opuesta al electrón). Bajo ciertas condiciones, los átomos de algunos materiales pueden perder, ganar u ordenar sus electrones y así interactuar electromagnéticamente con otros materiales.
• Corriente eléctrica. Es el flujo o desplazamiento de electrones a través de un material propicio (conductor).
• Campo eléctrico. Las cargas eléctricas en reposo generan campos eléctricos a su alrededor, afectando a cualquier otra carga en su vecindad. Si una carga eléctrica se mueve, entonces genera también un campo magnético. Ambos están relacionados y reciben el nombre de campo electromagnético.
• Potencial eléctrico. Es la capacidad de un campo eléctrico para realizar un trabajo.
• Magnetismo. La electricidad y el magnetismo están muy relacionados: la corriente eléctrica genera campos magnéticos y los campos magnéticos, que varían en el tiempo, producen corriente eléctrica.

¿Cómo se genera la electricidad?

La electricidad se genera en plantas eléctricas de diverso tipo, usualmente a través de generadores electromagnéticos que a través del movimiento de turbinas sostienen una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos.

Ese movimiento es impulsado generalmente por vapor de agua en ascenso u otras fuerzas, como las generadas por el viento o la caída del agua actuando sobre una turbina. Así, los generadores mueven un campo magnético (como un imán o electroimán) sobre materiales conductores, y generan un campo eléctrico.

Otra forma de generar electricidad es mediante células fotovoltaicas: artefactos que absorben los fotones de la luz solar y generan un flujo de electrones en respuesta.

¿Cómo se transmite la electricidad?

Otro asunto vital en el manejo de la electricidad es su transmisión desde la fuente de generación hasta el lugar de consumo. Para ello se dispone de cableados de material conductor.

Pero existe un dilema: a mayor distancia, mayor pérdida de carga eléctrica. Esto se debe a que incluso los materiales conductores son resistentes en alguna medida.

Para resolver este inconveniente se emplean líneas de alta tensión, es decir, cables con una diferencia de tensión muy alta de manera que la corriente logra cubrir más distancia con menores pérdidas por calentamiento y por efectos electromagnéticos.

Sin embargo, la tensión alta tiene dos problemas: por un lado es inútil en términos domésticos, ya que se requiere de tensiones moderadas y, por otro lado, es riesgosa.

Para solucionar estos problemas fue clave la invención del transformador: un instrumento que modifica valores de tensiones y permite usar la tensión alta para el transporte y la tensión baja para el consumo en el lugar de destino.

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica es la capacidad de la materia de permitir el paso de las cargas eléctricas. Es una magnitud contraria a la resistividad.

Dependiendo de su naturaleza, los materiales podrán ser:

• Materiales conductores. Permiten el tránsito de los electrones por su superficie, una vez expuestos a la electricidad. Los mejores conductores conocidos son los metales y algunas versiones del carbono, así como la mayoría de las sales. En este proceso usualmente se pierde parte de la carga eléctrica y se genera calor.
• Materiales dieléctricos o aislantes. No permiten el paso de la electricidad y, por esta razón, se emplean como protectores y cubiertas de cables. Por ejemplo: el vidrio, la baquelita o los plásticos.
• Materiales semiconductores. Permiten el paso de la electricidad en ciertas condiciones (de temperatura, presión, etc.), mientras que en otras actúan como un aislante. Por ejemplo: el silicio, el cadmio o el germanio.
• Materiales superconductores. Permiten el paso de la electricidad sin incurrir en ningún desgaste ni pérdida de carga, siempre y cuando se encuentren en determinadas condiciones de temperatura. Es lo que ocurre con el estaño y el aluminio cuando se enfrían por debajo de su temperatura crítica.

Electricidad en la naturaleza

La electricidad puede observarse en la naturaleza, en casos como los siguientes:

• Los relámpagos. Los rayos durante una tormenta se producen debido al desbalance del potencial eléctrico entre la atmósfera y el suelo, debido al rozamiento de las nubes y las gotas de agua con el aire, que se carga de electrones, dando lugar a la electricidad estática. Esto se resuelve mediante una descarga rápida y violenta en forma de rayo.
• Bioelectricidad. Algunos animales son capaces de generar campos eléctricos como defensa, tales como las rayas eléctricas o algunas anguilas. Otros, en cambio, pueden percibir los campos magnéticos que genera la carga eléctrica en el interior de los cuerpos vivientes y así detectar a sus presas. Por otro lado, los impulsos nerviosos son pequeñas descargas eléctricas y el cerebro opera en base a electricidad.
• La magnetósfera terrestre. Cualquiera que haya visto una aurora boreal sabe que la Tierra posee un campo magnético a su alrededor, que la protege de las radiaciones solares y los rayos cósmicos. Este campo magnético es el que detectan las brújulas y se produce por el movimiento de rotación del planeta, dado su corazón de hierro (el metal magnético por excelencia).

Ejemplos de electricidad

Algunos ejemplos comunes de electricidad están a nuestro alrededor:

• La energía que empleamos al enchufar un aparato en el conector de la pared.
• La descarga que sentimos cuando sacamos un suéter de lana de la secadora y nos lo ponemos.
• La energía que sacamos de una batería para encender el bombillo de una linterna.

Referencias

• “Electricidad” en Wikipedia.
• “¿Qué es la electricidad?” en Instituto Catalán de Energía.
• “Electricidad para principiantes. ¿Qué es la electricidad?” (Video) en TecnoDesarrollos.
• “¿Qué es la electricidad?” en Foronuclear.org.
• “Electricidad” en Junkers.
• “Electricity in nature” en Hydro Québec.
• “Electricity (phisics)” en The Enciclopaedia Britannica.