La electricidad (del griego ήλεκτρον elektron, cuyo significado es

La electricidad (del griego ήλεκτρον elektron, cuyo significado es ámbar) es el conjunto de fenómenos
físicos relacionados con la atracción de cargas negativas o positivas. Se manifiesta en una gran variedad de
fenómenos conocidos como la iluminación, electricidad estática, inducción electromagnética y el flujo de
corriente eléctrica.1 2 3 4
La electricidad es tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones que incluyen el transporte,
climatización, iluminación y computación. La electricidad es la columna de la industria moderna, y se espera
que se mantenga así en un futuro cercano.5
Desarrollo
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. La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula
fundamental 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 más 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.
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.
Ejemplos de electricidad:
Rayos:
Se produce con la fricción de las nubes y el intercambio de electrones los cuales
producen la elevación o caída de los rayos durante las tormentas.
Fricción:
Se produce cuando se frota algún material estático como el ámbar o el cristal y el
intercambio o perdida de electrones produce la atracción de los electrones de otros
objetos.
Química:
se produce electricidad por fenómenos químicos como los realizados en las pilas y
baterías, así como otros fenómenos como el fenómeno eléctrico producido en las ancas
de rana entre metales junto a una solución salina.
Procesos de producción de energía eléctrica:
Energía
Energía
Energía
Energía
Energía
Energía
eléctrica
eléctrica
eléctrica
eléctrica
eléctrica
eléctrica
por dinamos productores de electricidad (turbinas y generadores)
producida por plantas nucleares
producida por plantas eólicas (viento)
producida por plantas geotérmicas (energía volcánica)
producida por vapor
producida por rayos solares.
SOLUCIÓN:
Aplicamos la ley de Ohm:
El resultado será, despejando la resistencia de
la fórmula
ELECTROSTATICA
La electrostática es la rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos
como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que
las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del
problema. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos
efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la
postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo
XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y
explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los
fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
Alrededor del 600 a. C. el filósofo griego Tales de Mileto descubrió que si frotaba un trozo de la resina
vegetal fósil llamada ámbar, en griego élektron, este cuerpo adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos.
Algo más tarde, otro griego, Teofrasto (310 a. C.), realizó un estudio de los diferentes materiales que eran
capaces de producir fenómenos eléctricos y escribió el primer tratado sobre la electricidad.
A principios del siglo XVII comienzan los primeros estudios sobre la electricidad y el magnetismo orientados
a mejorar la precisión de la navegación con brújulas magnéticas. El físico real británico William Gilbert
utiliza por primera vez la palabra electricidad, creada a partir del término griego elektron (ámbar). El jesuita
italiano Niccolo Cabeo analizó sus experimentos y fue el primero en comentar que había fuerzas de atracción
entre ciertos cuerpos y de repulsión entre otros.
Alrededor de 1672 el físico alemán Otto von Guericke construye la primera máquina electrostática capaz de
producir y almacenar energía eléctrica estática por rozamiento. Esta máquina consistía en una bola de azufre
atravesada por una varilla que servía para hacer girar la bola. Las manos aplicadas sobre la bola producían una
carga mayor que la conseguida hasta entonces. Francis Hawksbee perfeccionó hacia 1707 la máquina de
fricción usando una esfera de vidrio.
En 1733 el francés Francois de Cisternay du Fay propuso la existencia de dos tipos de carga eléctrica, positiva
y negativa, constatando que:



Los objetos frotados contra el ámbar se repelen.
También se repelen los objetos frotados contra una barra de vidrio.
Sin embargo, los objetos frotados con el ámbar atraen los objetos frotados con el vidrio.
Du Fay y Stephen Gray fueron dos de los primeros "físicos eléctricos" en frecuentar plazas y salones para
popularizar y entretener con la electricidad. Por ejemplo, se electriza a las personas y se producen descargas
eléctricas desde ellas, como en el llamado beso eléctrico: se electrificaba a una dama y luego ella daba un
beso a una persona no electrificada.1
En 1745 se construyeron los primeros elementos de acumulación de cargas, los condensadores, llamados
incorrectamente por anglicismo capacitores, desarrollados en la Universidad de Leyden (hoy Leiden) por
Ewald Jürgen Von Kleist y Pieter Van Musschenbroeck. Estos instrumentos, inicialmente denominados
botellas de Leyden, fueron utilizados como curiosidad científica durante gran parte del siglo XVIII. En esta
época se construyeron diferentes instrumentos para acumular cargas eléctricas, en general variantes de la
botella de Leyden, y otros para manifestar sus propiedades, como los electroscopios.
En 1767, Joseph Priestley publicó su obra The History and Present State of Electricity sobre la historia de la
electricidad hasta esa fecha. Este libro sería durante un siglo el referente para el estudio de la electricidad. En
él, Priestley anuncia también alguno de sus propios descubrimientos, como la conductividad del carbón. Hasta
entonces se pensaba que sólo el agua y los metales podían conducir la electricidad. 2
En 1785 el físico francés Charles Coulomb publicó un tratado en el que se describían por primera vez
cuantitativamente las fuerzas eléctricas, se formulaban las leyes de atracción y repulsión de cargas eléctricas
estáticas y se usaba la balanza de torsión para realizar mediciones. En su honor, el conjunto de estas leyes se
conoce con el nombre de ley de Coulomb. Esta ley, junto con una elaboración matemática más profunda a
través del teorema de Gauss y la derivación de los conceptos de campo eléctrico y potencial eléctrico,
describe la casi totalidad de los fenómenos electrostáticos.
Durante todo el siglo posterior se sucedieron avances significativos en el estudio de la electricidad, como los
fenómenos eléctricos dinámicos producidos por cargas en movimiento en el interior de un material conductor.
Finalmente, en 1864 el físico escocés James Clerk Maxwell unificó las leyes de la electricidad y el
magnetismo en un conjunto reducido de leyes matemáticas.
Ejemplos
1.
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4.
5.
Poniendo muy próximos dos péndulos eléctricos tocados con vidrio frotado, se observa una repulsión
mutua; si los dos se han tocado con resina frotada, la repulsión se origina análogamente; si uno de los
dos péndulos se ha puesto en contacto con resina frotada y el otro con vidrio, se produce una mutua
atracción.
Cuando frotamos una barra de vidrio con un paño. Lo que hemos hecho es arrancar cargas negativas
de la barra que han quedado atrapadas en el paño, por lo que la barra inicialmente neutra ha quedado
con defecto de cargas negativas (cargada positivamente) y el paño con un exceso de cargas
negativas, en el sistema total vidrio-paño, la carga eléctrica no se ha modificado, únicamente se ha
redistribuido.
Cuando caminas por alfombra y tocas el pivote de la puerta metálico. Sientes una descarga eléctrica.
Cuando te peinas con un peine puedes recoger pedacitos de papel con el peine.
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Ejecisios
Halla la fuerza que se ejercen dos cargas eléctricas q
1
= 7 nC y q
2
= -8 nCque ocupan las posiciones dadas por los puntos A(1,0,0) y B(3,0,0), dondelas
coordenadas vienen expresadas en metros.
Solución: F
1-2
= 1,26·10
-7
u
x
N,
F
2-1
= -1,26·10
-7
u
x
N
2.
Halla la fuerza que se ejercen dos cargas eléctricas q
1
= 7 nC y q
2
= -8 nCque ocupan las posiciones dadas por los puntos A(1,3,4) y B(-3,2,0), dondelas
coordenadas vienen expresadas en metros.
Solución: F
1
2
= -1’06·10
-8
u
x
-2’65·10
-9
u
y
-1’06·10
-8
u
z
N,
F
2
1
= (1’06·10
-8
,2’65·10
-9
,1’06·10
-8
)N
3.
Se tienen cuatro cargas q
1
= 80 nC, q
2
= -90 nC, q
3
= 50 nC y q
4
= 20 nC situadas, respectivamente, en los vértices A, B,C y D de un cuadrado imaginario de
lado 10 m, como seindica en la figura. Halla la fuerza ejercida sobre la carga q
71. 4
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La electrodinámica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolución temporal en
sistemas donde interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento.
EJEMPLOS
Para poner en movimiento las cargas eléctricas o de electrones, podemos utilizar cualquier fuente
de fuerza electromotriz (FEM), ya sea de naturaleza química (como una batería) o magnética
(como la producida por un generador de corriente eléctrica), aunque existen otras formas de
poner en movimiento las cargas eléctricas.
Cuando aplicamos a cualquier circuito eléctrico una diferencia de potencial, tensión o voltaje,
suministrado por una fuente de fuerza electromotriz, las cargas eléctricas o electrones comienzan
a moverse a través del circuito eléctrico debido a la presión que ejerce la tensión o voltaje sobre
esas cargas, estableciéndose así la circulación de una corriente eléctrica cuya intensidad de flujo se
mide en amper (A
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o
repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado
propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus
aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son
influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de
los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.
DESARROLLO
No es una pregunta sencilla. El magnetismo es cuando el espacio se desplaza, causado por el espín
o momento de las partículas (giro), quedando el espacio “comprimido” de un lado y “enrarecido”
(expandido) del otro. El espacio en física se deforma por los campos (magnético, eléctrico o
gravitacional). A uno llamamos norte y al otro sur. Para el observador poco informado parece que
esta explicación debiera atraer o repeler a toda la materia, pero al igual que las cargas eléctricas,
el hecho de haber de un lado “compresión” o “expansión” del espacio, no significa que se
comporta como el aire o un gas, sino que cada una entre sí se repele. Normalmente lo comparo
con las olas del mar (o un líquido), es fácil entender que una depresión atrae el pico de la ola, y
entre los picos hay repulsión. Pero el espacio (tetradimensional), no tiene arriba y abajo, a la parte
baja de la ola, tendríamos que mirarla desde abajo como pico de la ola también. Sé que esto no es
fácil para quien no tiene suficiente imaginación. (“Y bue…”).
Esto puede ser causado por el ordenado paso de electrones (corriente eléctrica) (ley de la mano
derecha, o izquierda, ley de Lorentz), donde los electrones empujan el espacio hacia un lado,
perpendicular a su dirección, caso de un conductor de corriente continua, donde todos los
momentos “empujan” en una dirección. O en aquellos materiales, en cuyas moléculas quedan
ordenados los electrones
Una bobina consta de 1.000 espiras circulares de alambre fino y radio 0,1 m. Si la corriente
vale 10 A, hallar el campo magnético debido a: a) una sola espira y b) toda la bobina.*
Como viste en campo magnético creado por una espira circular, el campo creado por una sola espira, B,
vale:
B = 2π k' i / r
Donde k' es la constante de Biot-Savart, que vale k' =
10-7 Tm/A; i es la intensidad de corriente que circula por
cada espira; y r es el radio de las espiras. Entonces:
B = 2π 10-7 TmA-1 10 A / 0,1 m
B = 6,26 x 10-5 T
Como el sentido de la corriente es el mismo en todas las
espiras, los campos son iguales y se suman entre sí. De
modo que el campo producido por la bobina, Bb, valdrá:
Bb = 1.000 B
Bb = 6,26 x 10-2 T
Un alambre transporta una corriente de 50 A. ¿Cuál es el valor del campo magnético a 10 cm
de distancia?*
Como viste en campo magnético creado por un conductor rectilíneo, el campo creado por el alambre, B,
valdrá:
B = 2 k' i / r
donde k' es la constante de Biot-Savart, que vale k' = 107
Tm/A; i es la intensidad de corriente que circula por el
alambre; y r es la distancia al alambre. Entonces:
B = 2 10-7 TmA-1 50 A / 0,1 m
B = 10-4 T
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos
eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael
Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La
formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el
campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente
eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de
Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones
que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la
posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos
macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento,
usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas,
líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número
muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el
electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es
necesario usar la mecánica cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales
del universo actualmente conocido
DESARROLLO
Resumen
El trabajo tiene como finalidad hacer un análisis histórico-lógico de cómo la electricidad y la
electrónica evolucionó en el quehacer científico de la humanidad. Para el mismo, el autor
divide su estudio en cuatro grandes etapas, y de ellas hace el análisis en cómo ha evolucionando
el pensamiento científico de estos notables científicos, que hicieron posible el desarrollo de
estas dos especialidades de las Física y su validez actual en todas las esferas de la ciencia, la
tecnología, así como en la vida social.
Palabras claves: Física, electromagnetismo, electricidad, desarrollo.
Por ejemplo, en la actualidad se fabrican imanes permanentes artificiales, para su empleo, por
ejemplo, en la fabricación de altavoces para equipos de audio, dinamos para el alumbrado en las
bicicletas, pequeños motores para uso en juguetes o en equipos electrónicos, en la junta
hermética de la puerta de los frigoríficos y, por supuesto, en la fabricación de brújulas.