Electricidad - Colegio Manuel Belgrano - 4° Año

Colegio Manuel Belgrano- Hermanos Maristas (A-21) Materia: Física y Tecnología Cursos: 4o Mat. y Fís. Prof: Tumulty Nicolás Electricidad Électron (del griego: ἤλεκτρον) es el vocablo que los gr...

Colegio Manuel Belgrano- Hermanos Maristas (A-21) Materia: Física y Tecnología Cursos: 4o Mat. y Fís. Prof: Tumulty Nicolás Electricidad Électron (del griego: ἤλεκτρον) es el vocablo que los griegos le dieron a la resina fosilizada, luego que descubrieron su propiedad de atraer trozos de material liviano al frotarlo. Lo que los árabes llamaron ámbar. Esa propiedad es una forma de energía basada en el movimiento de partículas subatómicas cargadas, que hoy llamamos electrones, cuando tienen un cierto grado de libertad. Mediante su flujo a través de ciertos materiales llamados conductores, se puede generar trabajo. El conocimiento científico de esta clase de energía está asociado al surgimiento de una de las áreas de la Física que más influencia ha tenido en el desarrollo de las condiciones de vida de toda la humanidad: la electricidad. La electricidad tiene hoy una importancia fundamental en múltiples aspectos de la vida cotidiana, porque nos permite disponer fácilmente de energía para uso de muy diversos aparatos relevantes como por ejemplo: lavarropas, heladeras, hornos eléctricos, ascensores, cocinas, teléfonos fijos o celulares, radios, televisores, impresoras, fotocopiadoras, computadoras, estufas eléctricas, aire acondicionados, lamparitas, tubos fluorescentes, linternas, baterías, electrocardiogramas, electroshock, electroencefalogramas, rayos X, marcapasos, pararrayos, alarmas, trenes, y vehículos en general que funcionen con electricidad, máquinas, juguetes, etc. Como habrán notado, los diferentes dispositivos mencionados (y tantos otros cuya lista sería interminable) abarcan diferentes campos de nuestra vida: limpieza, alimentos, calidad de vida, medios de comunicación e informáticos, producción de luz, energía y sonido, aplicaciones médicas, medios de protección y seguridad, transporte e industria, distracción y entretenimiento, etc. El descubrimiento y desarrollo de la electricidad se remonta a los antiguos griegos, Tales de Mileto (siglo V AC), que ya conocían que algunos pequeños objetos como plumas o trocitos de hilo eran atraídos por el ámbar, previamente frotado con un paño. Algunos pensaban que los cuerpos atraídos servían de “alimento” al ámbar y otros consideraban que existía una especie de "simpatía" entre ambos. Como vemos, los inicios del estudio de la electricidad están asociados a la investigación sobre las fuerzas eléctricas existentes entre ciertos objetos cuando frotamos algunos de ellos. El físico y médico británico William Gilbert (1544 - 1603) otorgó a este fenómeno el nombre de electricidad. Pareciera ‒a simple vista‒ que la propiedad de electrizarse no es una propiedad general de todos los materiales, pero no es así. En la realidad podemos concluir debido a muchas demostraciones, y a lo visto en electrostática, que la propiedad eléctrica es general a toda la materia; pero hay materiales que la transmiten muy bien (en general los metales) y los llamamos conductores, otros muy mal (como el plástico, vidrio, etc.) o solo en los puntos frotados y los denominamos aisladores o aislantes, y por último, otros que la conducen de manera imperfecta (sustancias no metálicas, tales como el silicio y el germanio) a los que llamamos semiconductores. Recordemos también que en “Físico-química” estudiamos que, de acuerdo con el modelo atómico de Rutherford (y el actual), la mayor parte de la masa del átomo se halla en el núcleo (formado por protones, cargados positivamente, y neutrones) situados en el centro del átomo, mientras que alrededor de éste se encuentran los electrones (de masa despreciable frente a la de los protones), cargados negativamente. Ni por reacciones químicas ni por otros procedimientos ordinarios (como frotamiento) es posible variar el número de protones existente en el núcleo atómico. Tan solo tenemos acceso a los electrones, y de ellos únicamente a los que están más alejados del núcleo. Podemos concluir entonces que los metales se caracterizan porque sus electrones más externos (los de su último nivel de energía) se pueden mover libremente por el metal. Y esto último nos permite deducir porqué los metales son capaces de transmitir mejor la corriente eléctrica. Corriente eléctrica Independientemente de para qué se la está utilizando, ya sea para ser transportada o hacer funcionar un dispositivo, o cuando se la está generando, la corriente eléctrica es el flujo de electrones por un conductor (por ejemplo un cable, u otro cuerpo). También podemos decir que la carga eléctrica es una propiedad específica de las partículas (electrones) de las que está formada la materia capaz de producir interacciones eléctricas. Es decir que, gracias a que están cargadas eléctricamente, pueden ser atraídas por otras partículas de polaridad opuesta y establecerse así la corriente. Es necesario aclarar que, en la electricidad estática, no hay corriente por un material ya que hay partículas cargadas pero no están libres. Como ya saben, las cargas eléctricas de igual signo se repelen, y las cargas eléctricas de distinto signo se atraen. Además, la fuerza con que se atraen o se repelen dos cuerpos electrizados pequeños es directamente proporcional a sus cargas eléctricas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (Ley de Coulomb). Debemos tener en cuenta que con carga neta positiva no queremos decir que no haya electrones, sino que hay menos electrones que protones. En Física, un campo es la región del espacio que rodea y/o atraviesa un cuerpo y se extiende hasta el infinito. En él se producen fenómenos de interacción a distancia. Ejemplos: campo gravitatorio, campo eléctrico y campomagnético. Los cuerpos que se cargan con electricidad producen un campo eléctrico que originan influencias en el espacio que los rodea de modo que produce efectos en cuerpos y cargas inmersas en dicho campo, como fuerzas de atracción o repulsión, que son magnitudes vectoriales (además de su valor y unidad poseen intensidad, dirección y sentido). Producción de corriente eléctrica Antes que nada, ¿para qué queremos producir corriente eléctrica? Y la respuesta es, para efectuar trabajo. Y como vimos en el apunte de energía, el trabajo no se puede realizar sin energía. ¿Pero qué es el “trabajo (W)” en física? Para eso utilizaremos un ejemplo sencillo: un hombre o una máquina realiza un trabajo cuando vence una resistencia a lo largo de un camino. Por ejemplo, para levantar una caja hay que vencer una resistencia, el peso del objeto, con una fuerza (F) a lo largo de un trayecto, altura o distancia (d) hasta la que se levanta la caja. Es por eso que la fórmula para calcularlo es: W = 𝐹 𝑥 𝑑. Entonces en física, trabajo es la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre. Ahora bien, como el concepto de trabajo está ligado íntimamente al de energía, y existen distintas definiciones de energía (mecánica, eléctrica, termodinámica, etc.), también existen definiciones distintas de trabajo, aplicables a cada una de las ramas de la física. Para poder hacer que funcione el motor de un lavarropas o de un ventilador, trabajo mecánico; para que funcione un televisor o un celular, trabajo eléctrico; o una plancha o una estufa, trabajo calórico; o se encienda una lamparita, trabajo lumínico;… etc. También es importante tener en cuenta que (aprovechando nuestro ejemplo) un adulto con más fuerza levantaría más rápido la caja que un niño, que tardaría más tiempo. Con lo cual se incorpora el concepto de “potencia”. Entonces potencia es el cociente entre el trabajo efectuado y el tiempo empleado para realizarlo, y su fórmula para calcularlo 𝑊 es: 𝑃 = 𝑡 En otras palabras, la potencia es el ritmo al que el trabajo se realiza. El trabajo eléctrico proviene de una fuente (central eléctrica, panel solar, aerogenerador, batería, enchufe de la pared… etc.), y se sostiene durante el tiempo necesario. La fuente eléctrica es la encargada de sostener la corriente y la potencia requerida durante el tiempo, suministrando así la energía que al transformarse en trabajo permite hacer funcionar un dispositivo. Lo que intentamos entender es ¿cómo se hace para tener un movimiento continuo de electrones circulando por un conductor, o sea, una corriente eléctrica? Como ya hemos visto, aunque la materia se presenta habitualmente neutra, existe la posibilidad de electrizar diversos objetos con cargas eléctricas de distinto signo y que una carga neta negativa significa un exceso de electrones, mientras que una carga neta positiva indica un déficit de electrones. Para hacer circular electrones necesitaríamos entonces dos cuerpos cargados eléctricamente a distinto potencial (o nivel de carga) “conectados” por un hilo conductor. Un ejemplo sería utilizando dos esferas iguales, metálicas, aisladas y cargadas eléctricamente con carga neta de distinto signo (una positiva y la otra negativa). Si unimos ambas esferas mediante un hilo conductor (por ejemplo, de cobre) deberíamos conseguir hacer circular electrones de la esfera con carga neta negativa por el hilo hacia la esfera con carga neta positiva, que los atraerá haciendo una fuerza eléctrica sobre ellos. Los átomos del cobre, como buen conductor de la electricidad que es, tienen una “nube” de electrones que se mueven entre una red de iones positivos. Así, por ejemplo, en solo 63,5 g (molécula-gramo = M) de cobre, hay unos 6,02.1023 átomos de cobre y cada uno de ellos aporta un electrón del último nivel que se puede mover libremente por el metal. Al conectar con un cable de cobre las dos esferas cargadas, los electrones existentes en la esfera cargada negativamente ‒y los del cable‒ son atraídos eléctricamente por la carga neta positiva de la otra esfera, con el resultado de un movimiento de la nube de electrones desde la esfera negativa a la cargada positivamente. Podemos imaginar lo que ocurre como un desplazamiento global del conjunto de todos los electrones libres con gran rozamiento con la red de iones. La velocidad a la que ocurre ese desplazamiento global de la nube de electrones es muy pequeña (sólo del orden de 1 cm/seg), aunque el efecto se transmite muy rápidamente. Dicho de la forma más sencilla posible, un electrón se desplaza de su espacio hacia el de su átomo vecino próximo, pero como allí hay otro electrón (de otro átomo), al ambos tener la misma polaridad, se repelen y este último electrón sale repelido hasta que encuentra otro electrón, que también se ve repelido… y así sucesivamente hasta la esfera “positiva”. Por lo tanto, una cosa es la velocidad de desplazamiento de los electrones (menos de 1 cm/seg), y otra cosa, es la velocidad de propagación del fenómeno “de repulsión” de los electrones, que da como resultado la corriente eléctrica. Entonces, ¿por qué la electricidad viaja casi instantáneamente por el cable, si los electrones apenas se mueven por él? Básicamente, los electrones actúan como bolas cargadas de electricidad. Cuando enchufo el cable, inmediatamente los electrones del extremo negativo del cable se ven repelidos y van empujando a sus vecinos (no pienses que chocan como bolas de billar, sino que, dado que tienen la misma carga, cuando los electrones vecinos ven que otros electrones se acercan, se ven repelidos), estos a sus otros vecinos, y así sucesivamente… Volviendo al ejemplo de las dos esferas iguales, metálicas, aisladas y cargadas eléctricamente con carga neta de distinto signo, podemos decir que la esfera de la izquierda pierde carga positiva y la de la derecha la gana. De hecho, debido a una confusión histórica, se asignó a la corriente eléctrica el sentido que correspondería a un movimiento de cargas positivas, quedando así por convención; aunque el sentido físico de la corriente (y real) es del polo negativo al positivo. La carga eléctrica se mide en culombios. Su símbolo es C. Como 1 C es muy grande, a menudo se utilizan submúltiplos como el microculombio “C” millonésima parte del culombio: 1 C = 1.10-6 C. La carga eléctrica más pequeña que existe es la de un electrón y vale q = -1,6.10-19 C (la del protón es la misma pero positiva). 2/11  Considerando la siguiente analogía, lo que ocurre con una corriente de agua en la representación de la figura, la cantidad de agua sería equivalente a la carga neta positiva (o negativa), y la corriente de agua que se establece a la corriente eléctrica. La cantidad de agua contenida en ambos recipientes es la misma, pero el nivel es mayor en el recipiente de la izquierda (más estrecho) que en el de la derecha (más ancho) por lo que en el momento en que se abra la llave se establecerá una corriente de agua por la tubería, que cesará en cuanto los niveles de agua en ambos depósitos se igualen. Cuanto mayor sea la diferencia de nivel (altura ‒h menos h’‒), más intensa será la corriente de agua que se establezca. Dicha corriente lleva asociada una energía que puede utilizarse para realizar diversas transformaciones de energías (por ejemplo mover unas paletas), apreciándose que, cuanto mayor sea la diferencia de potencial (de nivel), más energía podemos obtener por cada kilogramo de agua que circula. Corriente Continua La corriente continua siempre fluye en un mismo sentido y su Voltaje es nominalmente siempre el mismo. Por eso se llama continua. Tanto en castellano como en ingles sus siglas son CC (Continuous Current). Su polaridad no cambia nunca en este tipo de corriente. Donde: V = voltaje t = tiempo Al conjunto de elementos que componen una utilización de la electricidad, se lo suele llamar “circuito eléctrico”. La existencia de una diferencia de potencial (ddp) entre dos puntos de un circuito eléctrico es algo necesario para que pueda “fluir” la corriente eléctrica, análogamente a como la existencia de una diferencia de altura es necesaria para que pueda haber Corriente Continua una corriente o flujo de agua. Antiguamente, también se la solía llamar “fluido eléctrico”. En la práctica, las utilizaciones de la electricidad, no suelen ser puntuales sino continuadas en el tiempo y permanecer activas por minutos, horas o días; así que la fuente de energía eléctrica ‒sea pila, batería o cualquier otra fuente‒ debe poseer la suficiente energía para mantener el trabajo por el tiempo requerido. El otro requisito importante es que la diferencia de potencial generada y la cantidad de corriente requerida sea entregada de forma constante o tenga sólo una pequeña variación para que la CARGA mantenga su funcionamiento en el tiempo necesario. Algunas magnitudes de un circuito eléctrico básico como el del dibujo: Voltaje (V): Diferencia de potencial (d.d.p.), fuerza electromotriz (f.e.m.), es la fuerza con que un dispositivo (pila, batería, generador o toma del domicilio) nos está entregando energía. Dicho de otras maneras, sería la “presión eléctrica”, el empuje, que necesita una carga eléctrica para que pueda recorrer todo el circuito eléctrico; o el trabajo realizado por unidad de carga. Se mide en Voltios, en honor a Sentido de la corriente eléctrica Alessandro Volta (1745 - 1827). Intensidad, corriente o amperaje (I): cantidad de cargas Interruptor on/off eléctricas (electrones) que atraviesan un conductor o dispositivo - durante un tiempo determinado (cantidad de cargas que están pasando PILA CARGA + (fuente que (motor, plancha, por segundo). Su unidad de medida es el Amper o Amperio, en honor a genera la d.d.p. lamparita, etc.) André-Marie Ampére (1775 - o f.e.m.) 1836). Circuito eléctrico básico Resistencia (R): indica el obstáculo que presenta un conductor o dispositivo al paso de la corriente eléctrica. Si pasamos electricidad a través de una resistencia genera calor, a través del filamento de una lamparita genera luz, a través de un motor genera electromagnetismo que va a hacer funcionar –girar– el motor, a través de un parlante también nos generará electromagnetismo que se traducirá en sonidos. Se mide en Ohmios (),en honor de Georg Simon Ohm (1789 - 1854), autor de la ley que lleva su nombre. Resistividad (ρ): es la resistencia eléctrica específica de un 𝑅𝑥𝑆 determinado material. Se designa con la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohm x metro (Ω.m): ρ = 𝐿 donde R es la resistencia en ohms, S la sección transversal en m² y L la longitud en m. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica: un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor; mientras que un valor bajo indica que es un buen conductor. Potencia (P): cantidad de energía consumida o entregada a un dispositivo o aparato, por unidad de tiempo. Se mide en Vatios o Watts, en honor a James Watt (1736 - 1819). Una batería o una pila es un dispositivo que genera energía eléctrica (generador de corriente eléctrica) a partir de energía química; el dispositivo tiene un polo negativo con “exceso de electrones” y otro polo positivo con “falta de electrones” que se mantiene en el tiempo hasta que se consume. Generador de Corriente Continua Un generador de corriente eléctrica continua es un dispositivo que provee (suministra) energía eléctrica entre sus terminales (bornes) sosteniendo constante su voltaje y su sentido de circulación (polaridad). Siendo capaz de mantener una corriente eléctrica de magnitud específica para ser consumida por dispositivos exteriores. Si conectamos a sus terminales una carga apropiada, como una lamparita, la energía eléctrica entregada por el generador, calienta el filamento de la lamparita hasta ponerlo incandescente y ésta se enciende. Si la potencia que entrega el generador lo permite, se pueden conectar varios aparatos a él. 3/11  Los “generadores” de corriente continua más comunes son los conocidos como pilas (de linterna), baterías (de auto). Pero también lo son las células fotovoltaicas (de los que están compuestos los paneles solares), los dínamos, los cargadores de baterías para computadoras, celulares, etc. En las pilas y baterías viene indicado el voltaje nominal (cuando están desconectadas). Es habitual encontrar pilas de 1,5 V, etc. En todos los casos la energía que aporta la pila para conseguir que la corriente eléctrica circule por el circuito establecido, proviene de las reacciones químicas que ocurren en su interior; por eso, según los reactivos que se utilizan, hay pilas que se denominan comunes, alcalinas, etc. Este tipo de generador se “gasta” con el uso, debido a que los reactivos se van descomponiendo (transformándose en otros compuestos). No obstante, también existen pilas y baterías recargables, en las cuales ‒cuando su carga se agota‒ se consigue invertir el proceso químico y que los productos de la reacción se vuelvan a transformar en los reactivos originales; esto sucede, por ejemplo, con las baterías de los teléfonos celulares, las baterías de los automóviles, etc. Las pilas y baterías contienen sustancias químicas tóxicas que contaminan el medio ambiente. Por eso es preferible utilizar pilas recargables y no tirar las pilas agotadas a la basura sino depositarlas en contenedores apropiados para su reciclado. Sea cual sea el tipo de generador, se representan esquemáticamente mediante símbolos. Desde la izquierda, pila o batería, genérico, de corriente continua y de corriente alterna. En el símbolo de pila, el borne conectado a la raya vertical más larga representa el polo positivo del generador (por esta razón se lo señala con un signo +), mientras que el borne conectado a la raya más corta representa el polo negativo (por esta razón allí figura un signo –). Uno de los principales inconvenientes con los que se enfrentaron después de la instauración de la electricidad como corriente continua, fue su distribución. El transporte a grandes distancias. Las enormes longitudes de cables conductores tenían un costo demasiado importante, porque debían ser no sólo largos, sino gruesos, para poder entregar cierta potencia.Y el cobre no es barato. Consideremos: 𝑷 = 𝑽 𝒙 𝑰 ; potencia es igual a voltaje por corriente. Y si mantenemos constante el voltaje, la corriente puede crecer muchísimo si la potencia necesitada es grande. Con lo que se suman las pérdidas por efecto Joule (calor) debido a la alta corriente. Adicionalmente, como esos conductores tan largos interferían con su propia resistencia en el trayecto, se provocaba una caída de voltaje importante hasta llegar a destino. A veces, era inservible la energía que lograba llegar si el punto consumidor estaba lejano del suministrador (generador); por lo que se comenzó a pensar en otro tipo de corriente. Nikola Tesla (1856 - 1943): Tesla estaba convencido de que la corriente alterna (CA) podría superar ampliamente los problemas de transporte y distribución de los que adolecía la CC, ya que el problema a resolver era enviar Potencia, pero no con excesiva Intensidad. Si la potencia se dejaba constante, y se achicaba la Intensidad, no había más remedio que aumentar el Voltaje. Por ejemplo, ya que para transportar 5.000 Watts ‒desde el generador a un pueblo‒ al voltaje 𝑷 5.000 watts doméstico de 220 Volts, circularía una corriente de 22,72 Amperios (ya que 𝑰 = , entonces I = ) 𝑽 220 voltios 22,72 Amperios), si se dispusiera de un voltaje, digamos de 1000 voltios, para transportar los mismos 5000 Watts, sólo se necesitarían 5 (cinco) Amperios. Lo cual haría que se necesitasen cables mucho menos gruesos, las pérdidas por calor también serían menores, etc. Pero un problema quedaba por resolver: cómo conseguir elevar el voltaje desde el generador a los 1000 V (en el ejemplo) del transporte y cómo conseguir bajarlo otra vez a los 220 V de la instalación doméstica o industrial en destino. Se tuvo que imaginar el transformador (lo veremos al final del tema) que subiera el voltaje y otro que lo bajara. Y para esto se tuvo que inventar la electricidad alterna; la Corriente Alterna, que, por su “alternancia”, haría uso de una característica de los transformadores que era que por medio de un núcleo de hierro (en aquel entonces), se podían transformar los voltajes dejando constante la potencia, bajando así la corriente, con pequeñitas pérdidas de calor. Se trata del fenómeno de Inducción Electromagnética. Corriente Alterna Se denomina corriente alterna (abreviada CA en castellano y AC en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que el voltaje y la polaridad (el sentido) varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la oscilación sinusoidal. Con este tipo de corriente se consigue una transmisión a distancia más eficiente de la energía eléctrica. Donde V= voltaje (220 V) t = tiempo T= período 50 Hercios = 50Hz = 50 ciclos/segundo, en honor a Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) Es la que viaja por los tendidos eléctricos y la que llega a los enchufes domiciliarios, la de los transformadores y los alternadores (que se encuentran en los grupos electrógenos y en los automóviles, por ejemplo). Más adelante volveremos a hablar de ellos, los generadores. 4/11  Magnetismo El magnetismo es un fenómeno conocido por la humanidad desde tiempos remotos. El origen del término “magnetismo” se debe al descubrimiento, realizado por los griegos hace más de 2.000 años, de un mineral (en una región del Asia Menor llamada Magnesia) capaz de atraer al hierro. Ese mineral se denomina hoy en día “magnetita”. Ya alrededor del año 1.000, los chinos habían descubierto que, si disponían un trozo alargado de magnetita sobre algo que flotase en el agua y pudiera moverse libremente, siempre se alineaba en la misma dirección (Norte-Sur). A este mineral posteriormente se le llamó “imán natural”. Las observaciones y conocimientos que se fueron produciendo acerca de los imanes naturales a lo largo de los siglos propiciaron la invención de la brújula magnética, cuyo uso para orientarse se extendió pronto a Europa a través de Medio Oriente y tuvo un papel decisivo en la navegación por mar, posibilitando el descubrimiento de nuevas tierras, facilitando los viajes, el transporte de personas y mercancías, etc. Sin embargo, la explicación de la naturaleza física del magnetismo se mantuvo durante mucho tiempo como un misterio de la naturaleza. A finales del siglo XVI encontramos el primer gran estudio sistemático de los fenómenos magnéticos. Dicho estudio fue realizado por William Gilbert (médico de la reina Isabel I de Inglaterra), quien, en el período que va desde el año 1581 al 1600, efectuó numerosos experimentos de electricidad y magnetismo, recopilando ordenadamente los resultados más importantes de esas experiencias en un libro que tituló "De Magnete". Intentaremos comprender algunos aspectos interesantes de los fenómenos magnéticos. Uno de los primeros hechos evidentes del magnetismo natural es que existen algunas sustancias, como la magnetita, que son imanes muy potentes. También es conocido que la Tierra entera actúa como un gran imán y que astros como el Sol ejercen acciones magnéticas muy importantes. También se construyen imanes artificiales con distintas sustancias y aleaciones (hierro, níquel, cobre, neodimio, acero, etc.). Todos los imanes se ejercen entre sí fuerzas magnéticas, pero también actúan sobre otros objetos. Las observaciones sobre el comportamiento de los imanes permiten constatar que ejercen una fuerte acción, fundamentalmente sobre el hierro y el acero y, con menor intensidad, sobre algunos otros metales como, por ejemplo, el níquel y el cobalto. En otros casos, por ejemplo, sobre aluminio u oro, la fuerza magnética no se puede apreciar a simple vista. Si tomamos un trozo de magnetita de forma irregular y le acercamos trocitos de hierro, observaremos que son atraídos hacia dos zonas opuestas, a las que se denominan polos magnéticos del imán. En dichos puntos la fuerza magnética resulta más intensa que hacia la zona central. Es habitual recortar los imanes en forma de barras de tal modo que los polos queden situados en los extremos. La fuerza magnética varía con la distancia existente entre uno de los polos y el trozo de hierro o acero que se le aproxima, de forma que, a mayor distancia, menor se hace la fuerza de atracción magnética. Es fácil comprobar experimentalmente cómo algunos objetos de hierro o acero son atraídos por cualquiera de los polos de un imán. Ya hemos dicho que los imanes ejercen una acción mucho más intensa en los extremos o polos. Esto ocurre también cuando se trata de acciones de un imán A sobre otro imán B. En este caso se comprueba que, enfrentando ciertos polos de los imanes A y B, los dos imanes se atraen y dando la vuelta a uno de ellos para enfrentar el mismo polo de A con el opuesto de B, respecto de la posición anterior, los imanes se repelen. Este comportamiento permite distinguir entre dos tipos de polos de cada imán. Para diferenciarlos, podríamos llamarlos positivo y negativo, blanco y negro, etc. No obstante, como al montar un imán sobre un eje, alrededor del cual pueda girar libremente en un plano horizontal, sucede que se orienta siempre de forma que uno de sus polos señala el “Norte geográfico” y el otro el “Sur geográfico”, por lo que se les denomina respectivamente, polo Norte y polo Sur (en adelante N y S). La razón de las comillas es que el Polo Norte geográfico de la Tierra y el Polo Sur magnético (y viceversa), en realidad no coinciden exactamente, están separados unos 1800 km (fenómeno denominado declinación magnética, y que definimos como el ángulo comprendido entre el norte magnético local y el norte verdadero ‒o norte geográfico‒). El polo N de un imán es el que se orienta al norte geográfico de la Tierra, mientras que el polo S de un imán se orienta hacia el polo sur geográfico de la Tierra. (Por convención y para evitar confusiones, los nombramos de esa manera, pero es evidente que hacia el polo Norte de la Tierra deberá ser atraído el polo sur de un imán). Experimentalmente se observa que, cuando se enfrentan polos iguales de los dos imanes (polo norte de A con polo norte de B o polo sur de A con polo sur de B), los imanes se repelen. Si se enfrentan polos distintos de los dos imanes (polo norte de A con polo sur de B o polo sur de A con polo norte de B), los imanes se atraen. Como consecuencia de este comportamiento, resulta que, cuando se fijan dos imanes a una cierta distancia uno del otro y con una orientación arbitraria, si pueden girar libremente en torno a un eje, lo hacen hasta quedar enfrentados por polos opuestos. Esta es una característica única de las fuerzas magnéticas, que las distingue de otras fuerzas estudiadas hasta ahora, como las fuerzas gravitatorias o las fuerzas electrostáticas. En efecto: los imanes no se atraen ni se repelen solamente, sino que al mismo tiempo se orientan. En la figura se muestran los efectos de orientación y de fuerzas existentes entre dos imanes. La aguja imantada (que puede girar libremente en el plano horizontal, pero no trasladarse) quedará orientada frente al imán de la izquierda. La propiedad que tienen los imanes de ejercer fuerzas más intensas en los extremos o polos puede sugerir la idea de que un imán fuera como un dipolo eléctrico, es decir, podría pensarse en una interpretación del magnetismo que atribuya el comportamiento de los imanes a una posible concentración de carga eléctrica de signo positivo en un 5/11 extremo de un imán y otra concentración de carga eléctrica de signo negativo en el otro extremo. Si esta explicación fuera correcta, el magnetismo sería simplemente un caso particular de fuerzas eléctricas ejercidas entre objetos cargados de una forma peculiar. En este caso, se podrían aislar las zonas donde se concentra la carga de cada signo (es decir, los polos) y estos pedazos obtenidos del imán se comportarían como objetos cargados, uno con carga negativa y el otro con carga positiva. Pero cuando se parte un imán con el objeto de separar sus polos se produce un hecho curioso: cada fragmento queda convertido en otro nuevo imán, dotado a su vez de dos polos. Por mucho que se repita este proceso, es decir, por mucho que se vuelva a partir el imán, todos los pedazos obtenidos actúan, cada uno de ellos, como un imán entero con sus correspondientes polo norte y polo sur. Si se sigue partiendo, el proceso continúa. Así pues, no es posible fabricar imanes con un solo polo. Análogamente ocurre si el proceso se realiza en sentido inverso, es decir, si se transforman dos imanes en uno solo, poniéndolos en contacto. En este caso, los cuatro polos iniciales (dos en cada imán de partida) se reducen a dos en el imán obtenido. En resumen: todo imán o todo pedazo de imán actúa con un polo norte y un polo sur, siendo imposible aislar un solo polo. Estos hechos, junto con otros, ponen en evidencia que el magnetismo no es una simple manifestación de fuerzas electrostáticas ejercidas entre cargas situadas en los polos de un imán, sino que se trata de algo diferente. Otro fenómeno interesante y específico del magnetismo es lo que les sucede a algunos materiales como consecuencia de haber sido sometidos a la acción de un imán. Algunos materiales que son atraídos por los imanes, pueden a su vez imantarse (es decir, se convierten en imanes) por el hecho de haber estado en contacto con un imán o, también, si son frotados con él y el frotamiento se realiza siempre en el mismo sentido. Esta imantación desaparece rápidamente en casi todos los casos, pero en otros, como el acero, permanece durante bastante tiempo. El magnetismo terrestre Como ya hemos indicado, la brújula de aguja imantada consiste esencialmente en una aguja magnética con los polos situados en sus extremos y de tal forma que pueda girar libremente en un plano horizontal. Las primeras brújulas llegaron al continente europeo en la Edad Media y tuvieron un papel muy importante en los grandes descubrimientos geográficos y exploraciones que se realizaron (como, por ejemplo, el descubrimiento de América). En la actualidad existen otros procedimientos de orientación mucho más sofisticados (como los que se realizan mediante satélites que giran alrededor de la Tierra), sin embargo, todavía se sigue utilizando la brújula en muchos casos. En las brújulas actuales la aguja imantada móvil está situada dentro de una especie de caja fabricada con materiales no magnetizables (por ejemplo, plástico transparente). Habitualmente está situada sobre una base en la que hay dibujado un círculo graduado en el que se indican los cuatro puntos cardinales. Cualquier brújula se orienta de modo que su polo N señala aproximadamente el norte geográfico terrestre (existe una desviación de unos 20°), lo que confirma que la Tierra actúa como un gran imán, cuyo polo sur magnético está muy cerca del polo norte geográfico y viceversa. Con sólo una brújula podemos orientarnos dirigiéndonos a cualquiera de los puntos cardinales o fijando un rumbo cualquiera. El rumbo es el ángulo que forma la dirección que queremos seguir, con la dirección norte (contando desde el norte siguiendo el sentido de las agujas del reloj). Si, además de la brújula, disponemos de un mapa de la zona en la que nos encontramos y sabemos que la parte superior de los mapas topográficos señala siempre al norte; podemos orientarnos colocando la brújula sobre el mapa en un plano horizontal, de tal modo que la dirección norte-sur que figura en la brújula coincida con la dirección de la aguja magnética y con la dirección norte-sur impresa en el mapa (alguna de sus líneas verticales). En ese momento, tendremos bien orientado el mapa y las montañas o accidentes geográficos reales que veamos al mirar en una dirección determinada (N, S, etc.), corresponderán a lo que hay señalado en el mapa en esa misma dirección. Relación entre fenómenos magnéticos y eléctricos La analogía entre el magnetismo y la electricidad promovió la búsqueda de una relación entre ellos que pudiera explicar sus características comunes. Los primeros intentos de poner en evidencia una posible relación entre los fenómenos eléctricos y los magnéticos consistieron en poner objetos cargados en presencia de imanes. Pero, cuando se coloca un imán en las proximidades de un objeto cargado, la única fuerza que se muestra es una fuerza de atracción global entre ambos, similar a la que hace cualquier objeto cargado sobre otro neutro (como es el imán). Es decir, en este caso el imán y el objeto cargado se atraen, pero no se orientan, lo que indica que no tiene lugar una fuerza magnética entre ellos. Fue el científico danés Hans Christian Oersted (1777 - 1851) quien, en el año 1820, realizó un célebre experimento que por primera vez mostró la existencia de una relación entre electricidad y magnetismo. El experimento consistió en colocar una brújula cerca de un cable por el que circulaba una corriente eléctrica. 6/11  Se comprobó que, en estas condiciones, la aguja de la brújula cambia su orientación respecto al cable por el que circula la corriente. Las experiencias realizadas demostraron que el sentido de giro de la aguja es uno si está situada por debajo del conductor, y el contrario al situarla por encima del conductor. También se aprecia que el efecto sobre la brújula es tanto más intenso cuanto mayor es la intensidad de la corriente rectilínea y cuanto más cerca del hilo nos encontramos. De acuerdo con la experiencia de Oersted y otras muchas que se realizaron posteriormente, se pudo establecer que: El magnetismo en general, está asociado a la existencia de cargas eléctricas en movimiento. La conclusión anterior abrió importantes líneas de investigación. Una vez que se puso en evidencia que las cargas eléctricas en movimiento producen efectos magnéticos, pareció necesario avanzar hacia una comprensión más profunda de los fenómenos magnéticos. En lo que resta de este tema comprobaremos que estas líneas de investigación, iniciadas en el siglo XIX, resultaron ser muy fructíferas y permitieron, entre otras cosas, construir potentes electroimanes, motores eléctricos y generar corriente eléctrica de tal forma que pudiera ser aprovechada por industrias y hogares como fuente de energía, para poder realizar muchos cambios (calentar, cocinar, iluminar, mover objetos, etc.). El electromagnetismo es la parte de la física que estudia las acciones y reacciones de las corrientes eléctricas sobre los campos magnéticos. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica El primer estudio que se realizó tras los experimentos de Oersted fue el de los efectos magnéticos producidos por una corriente eléctrica que circulase no sólo por un hilo conductor rectilíneo sino también siguiendo otras trayectorias. Como hemos visto, un cable por el que circula la corriente tiene efectos magnéticos tanto más potentes cuanto mayor es la intensidad de corriente que circula por el cable. Sin embargo, a menudo interesa conseguir unos efectos magnéticos más intensos, sin tener para ello que aumentar la intensidad de la corriente que circula por el conductor. Una posibilidad es arrollar el hilo conductor formando una circunferencia o un cuadrángulo, alrededor de un núcleo que puede ser de aire, metal, cerámica, etc.; y se lo denomina “espira” (o vuelta). Cuando el hilo conductor (recubierto por un aislante) tiene varias espiras (muchas vueltas) de modo que queden una al lado de la otra (y podrían estar hasta encimadas) formando una especie de túnel, el dispositivo recibe el nombre de “bobina” o “solenoide” (ésta última, palabra derivada del griego que significa tubo o conducto vacío). Se comprobó que, al hacer circular corriente por la bobina, y estando ubicada la brújula en el centro de la misma, la aguja de la misma sufre desviaciones más bruscas que cuando la misma corriente era rectilínea. Si hacemos circular una corriente de 4,5 V por una bobina de 200 espiras, podríamos comprobar los efectos magnéticos de la corriente eléctrica sobre una aguja imantada. Al aproximar la bobina a la una aguja imantada (con sus polos marcados), veremos como la aguja se orienta de determinada forma, y al invertir la bobina se producirá el efecto contrario. Entonces podemos decir que mientras circule corriente, se observará como la bobina “se comporta como un imán”, ya que uno de sus extremos actúa como polo N y el otro como polo S; y “muy intenso”, ya que la bobina al ser hueca (cosa que no ocurre con los imanes, donde los efectos magnéticos son más intensos en el exterior) nos proporciona la ventaja de tener acceso a su interior. También podemos observar que al ir alejando la bobina, la aguja se va desorientando hasta que, a cierta distancia, el efecto de la bobina es despreciable y la aguja se orienta prácticamente según el campo magnético terrestre únicamente. Resumiendo: Esto quiere decir que a una espira o bobina por la que circula una corriente eléctrica, se le pueden asignar polos magnéticos, lo mismo que a un imán. Por tanto, entre dos espiras/bobinas o entre una espira/bobina y un imán, se ejercerán fuerzas magnéticas, lo mismo que entre dos imanes. Electroimanes Ahora bien, si introducimos en la bobina un trozo (núcleo) de hierro, observaremos cómo la brújula se vuelve a orientar como antes, pero ahora estando más lejos de la aguja. Éste fenómeno nos muestra que, por el hecho de disponer un núcleo de hierro en el interior de la bobina, se genera un “imán” mucho más intenso. A este dispositivo se le conoce como “electroimán” y sus propiedades magnéticas cesan en cuanto deja de pasar corriente por la bobina. Se utilizan electroimanes muy potentes que cuelgan de grandes grúas para trasladar chatarra de hierro de un lugar a otro. Conviene tener en cuenta que el aumento en la intensidad de los efectos magnéticos que se produce en una bobina cuando en su interior se introduce un núcleo de hierro no se detectaría si en lugar de hierro fuese, por ejemplo, cobre o madera. Se dice que el hierro y los materiales que se comportan como él son ferromagnéticos, mientras que el cobre es una sustancia diamagnética. Si en lugar de introducir un núcleo de hierro en el interior de la bobina, éste fuese de acero, la imantación del núcleo permanecería, aunque desconectásemos la corriente, con lo que habríamos construido así un imán permanente artificial. 7/11  Para construir un imán artificial y un electroimán, podemos ir enrollando un cable de cobre aislado (con recubrimiento aislante) sobre un trozo de varilla de acero y/o de hierro (se puede utilizar un clavo grande y/o destornillador) alrededor de la varilla, comenzando por uno de sus extremos hasta llegar al otro extremo. Esta operación se llama bobinar. Una vez que tenemos recubierto toda la varilla, sujetamos con cinta adhesiva y, si el cable no está ya preparado para ello, procedemos a pelar sus extremos para poder conectarlo a la pila. Podemos utilizar varillas rectas y también dobladas en forma de herradura. Si la varilla es de hierro habremos construido un electroimán, con el que podremos levantar objetos de hierro y acero (clavos, tachuelas, tornillos, etc.) y soltarlos en cuanto hagamos cesar la corriente. Si es de acero (por ejemplo, un destornillador) basta conectar unos momentos para convertirla en un imán artificial, que conservará sus propiedades magnéticas durante bastante tiempo. Entonces, con los electroimanes podemos conseguir imanes muy potentes y, lo que es más interesante todavía, controlar la potencia del imán (según nos convenga) con solo variar la intensidad de la corriente eléctrica que recorre la bobina. Aprovechamiento de la interacción entre imanes y corrientes (campos magnéticos y campos eléctricos): El motor eléctrico Hemos visto como entre corrientes eléctricas e imanes se ejercen fuerzas magnéticas. Ahora cabe plantearse cómo aprovechar esas fuerzas para conseguir movimiento y, por tanto, energía. Uno de los dispositivos más importantes para conseguir el objetivo anterior es el motor eléctrico. Existen muchísimos aparatos que funcionan mediante un motor eléctrico, como, por ejemplo, algunos juguetes, ventiladores, molinillos de café, secadores de pelo, lavadoras, vehículos, etc. A continuación, intentaremos ver los aspectos básicos de un motor eléctrico. Esencialmente consta de dos imanes (en éste esquema uno, con sus respectivos polos N y S), que se colocan en un soporte especial fijo (estator). Además hay una armadura sobre la que se ha dispuesto una bobina, de forma que el conjunto (rotor) puede girar libremente en torno a un eje. Si a continuación, hacemos circular una corriente por la bobina (conectándola a una pila o un generador) vemos que la bobina gira en un sentido determinado. Si, tras suprimir la corriente, volvemos a hacer circular una corriente, pero en sentido contrario a la anterior (invirtiendo la polaridad de los cables, o la orientación de los polos del imán), la bobina gira al revés que antes hasta quedar nuevamente en posición vertical. Sobre la bobina actúa un par de fuerzas que tienden a hacerla girar en un sentido determinado. Cuando la bobina pasa por la posición vertical, esas fuerzas no tienen ningún efecto de giro (porque son iguales, de sentidos contrarios y se ejercen sobre una misma recta), pero la bobina lleva ya una cierta velocidad, que le hace sobrepasar esa posición. Sin embargo, en cuanto la sobrepasa, el par de fuerzas (que sigue siendo el mismo) actúa de nuevo y la frena, haciendo que finalmente retroceda hasta acabar quedando en el plano vertical (posición de equilibrio) como se ve en la figura. En función de lo ocurrido, podríamos plantearnos ahora qué podríamos hacer para conseguir que la bobina girase continuamente. Una forma de conseguirlo es hacer que, cada vez que la bobina sobrepase la posición vertical, cambie el sentido de la corriente eléctrica, con lo que cambiará el par de fuerzas magnéticas que actúa sobre ella, de forma que éste siempre irá a favor del sentido de giro inicial. Naturalmente, el cambio de sentido de la corriente no podemos hacerlo nosotros manualmente cambiando la conexión de los cables a la pila cada vez que la bobina pase por la posición vertical (no nos daría el tiempo). Afortunadamente, existe un ingenioso dispositivo que puede hacerlo por nosotros. Se llama colector y, esencialmente, consiste en dos piezas metálicas (delgas) que forman un pequeño cilindro, pero sin hacer contacto entre ellas (están separadas por una fina junta de material aislante). El sistema está diseñado de tal forma que, si desplazamos las escobillas hacia el centro del colector, cada vez que la bobina pasa por la posición vertical la corriente que llega a la bobina desde el colector cambia de sentido (porque cada escobilla cambia de pieza del colector sobre la que contacta). Así, el par de fuerzas magnéticas siempre favorece el giro y tenemos un motor eléctrico, mediante el cual es posible convertir la energía de origen eléctrico en energía cinética (movimiento de las aspas de un ventilador, de las cuchillas de un molinillo, de las ruedas de un vehículo, etc.). Para intentar comprenderlo mejor puede que ayude el gráfico de la página siguiente, en donde se explica cómo funciona un motor de Corriente Continua (CC) como si en vez de por una bobina, estuviera constituido por una sola espira. 8/11  El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de CC se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando interactúan con los polos magnéticos de un electroimán (espira o bobina), que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos N y S de un imán permanente. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina del electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje. I = corriente eléctrica (o intensidad de corriente) F = Fuerza del campo magnético B = campo magnético Explicación del magnetismo natural Cuando se descubrió que las corrientes eléctricas producen efectos magnéticos parecidos a los que producen los imanes naturales, se abrió la puerta al estudio del origen del magnetismo natural. Lógicamente, una explicación adecuada del comportamiento de los imanes debía compaginar la relación entre las corrientes eléctricas (cargas en movimiento) y los imanes, con el conocimiento acumulado acerca de la estructura de la materia. El conocimiento de que las cargas eléctricas en movimiento producen campos magnéticos hace pensar que el magnetismo natural debería estar asociado también al movimiento de cargas en el interior de los imanes. En efecto, cada átomo de cualquier elemento se puede considerar como un pequeño imán ya que sus electrones son cargas en movimiento en torno al núcleo y se pueden considerar, en una primera aproximación, como pequeñísimas corrientes eléctricas. Si pensamos en los átomos como pequeñísimos imanes, podemos pensar que, en la mayoría de las sustancias, éstos se hallan orientados al azar y sus efectos magnéticos individuales se compensan unos con otros, de forma que, el efecto magnético global es prácticamente nulo; entonces la sustancia no se comporta como imán. En cambio, en sustancias como la magnetita los átomos deberían estar orientados de tal forma que los efectos magnéticos individuales se refuercen ya que se comporta como imán. Esta explicación del magnetismo natural muestra coherencia con los aspectos principales de la fenomenología del magnetismo y, por ejemplo, aclara el misterio que presentó en su día el hecho de que no se puedan separar los polos de un imán, sea este natural o artificial. En efecto, de acuerdo con este modelo, cualquier imán natural se puede imaginar con una estructura, que, por ejemplo, podría estar compuesta de espiras elementales, todas ellas orientadas igual. Como hemos visto, si se considera individualmente cualquiera de estas espiras, una de sus caras actúa como polo norte de ese pequeño imán y la cara opuesta actúa como polo sur. Estas mismas espiras agrupadas (tal como ocurre en un solenoide) se han de considerar conjuntamente, pues en esta disposición forman un único gran imán en el que un extremo actúa como polo norte y el otro como polo sur. Entonces, admitiendo que un imán natural tenga una estructura interna así, al dividirlo en pedazos, cada pedazo mantendría esa misma estructura, es decir, cada pedazo seguiría estando constituido por pequeñas corrientes eléctricas todas ellas orientadas de la misma forma. En consecuencia, actuará globalmente como un imán, con sus polos norte y sur. Otro hecho del magnetismo natural que se puede justificar con este modelo, es el tipo de fuerzas que se ejercen entre los imanes naturales y algunos metales. Como es lógico, no es casualidad que sean precisamente los metales (en general, buenos conductores de la electricidad) quienes interactúen magnéticamente con los imanes con más intensidad. Un pedazo cualquiera de ciertos metales, como el hierro o el cobalto, se puede considerar constituido por grandes grupos de átomos (del orden del trillón), llamados dominios, alrededor de los cuales circulan corrientes eléctricas que producen los mismos efectos magnéticos. Estas regiones, o dominios, están entre sí orientadas al azar, de modo que, habitualmente, el efecto magnético global de un pedazo de hierro es casi nulo. Ahora bien, sometidos a la acción de un imán externo como, por ejemplo, metiéndolo dentro de una bobina por la que circula una corriente, los dominios actúan como pequeños imanes, y se orientan haciendo que el trozo de hierro se comporte como un imán, con igual orientación que el de la bobina, lo que hace que aumente considerablemente la intensidad del efecto magnético (como ya vimos que sucedía en el electroimán). La figura de la izquierda representa esquemáticamente un trozo de hierro no imantado. Podemos ver que está formado por dominios distribuidos al azar (la punta de cada flecha indica el polo norte del dominio). En cambio, en la figura de la derecha se observa cómo los dominios están orientados preferentemente en una dirección determinada. Cuando frotamos una aguja de hierro siempre en el mismo sentido contra un imán, lo que hacemos es orientar los dominios preferentemente en una dirección determinada. Hemos visto que la corriente eléctrica (cargas en movimiento) tiene efectos mecánicos sobre imanes (en la experiencia de Oersted se consiguió mover un imán mediante una corriente eléctrica). Podemos plantearnos ahora la posibilidad de conseguir el efecto inverso, es decir, lograr un movimiento de cargas (una corriente eléctrica) mediante un imán. 9/11 Producción de corriente eléctrica mediante imanes Una posibilidad es mover un imán en las proximidades de una bobina o mejor, introduciéndolo o sacándolo rápidamente en ella. Para detectar que se induce corriente podemos conectar esa bobina a un dispositivo para medir el paso de corriente (tester). Si hacemos la experiencia sugerida, podemos comprobar que, al acercar (o introducir) el imán en la bobina, inmediatamente se desvía la aguja del tester, indicando el paso de una corriente eléctrica (llamada corriente inducida). Además, es fácil ver que, según acerquemos (introduzcamos) o alejemos (extraigamos) el imán, la aguja se desvía en un sentido u otro, y que lo mismo sucede según sea el polo que se introduzca o se extraiga de la bobina (aunque en este caso las desviaciones son inversas a las anteriores). En definitiva lo que estamos haciendo es con un campo magnético inducir corriente eléctrica (bobina de 500 espiras), y con corriente eléctrica inducir un campo magnético (bobina de 400 espiras). El dispositivo utilizado como motor eléctrico, también puede usarse para generar corriente eléctrica (generador), ya que lo que realmente importa es que exista un movimiento relativo apropiado entre el imán y la bobina. Ahora conectamos el motor a un tester, mediante unos cables. Colocado el imán en el lugar apropiado para ello, hacemos girar la bobina del motor “manual y lentamente”. ¿Qué ocurre? Cuando cada una de las escobillas está conectada permanentemente a una sola de las partes del colector (situando cada una en un extremo del colector), la aguja indicadora se mueve sucesivamente en un sentido y en otro, indicando el paso de una corriente que está cambiando de sentido (corriente alterna ‒CA‒). Escobillas Cuando se colocan ambas escobillas en el centro del colector la aguja sólo se desvía en un sentido, indicando que la corriente inducida circula siempre en el mismo sentido (corriente continua ‒CC‒). En ambos casos tenemos un generador de corriente. En el primero, se denomina generador de corriente alterna o simplemente “alternador” y en el segundo, generador de corriente continua o “dinamo”. Podemos concluir entonces que un generador eléctrico es un dispositivo rotativo capaz de convertir energía mecánica en energía eléctrica. En otras palabras, el generador eléctrico emplea un campo magnético para generar un movimiento de electrones y producir energía eléctrica. Recordemos entonces que las dos partes principales que interactúan para componer a un generador son: La parte móvil llamada rotor, y la parte inmóvil denominada estator. Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magnético (actúa como inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (actúa como inducido). Los generadores eléctricos se diferencian según el tipo de corriente que producen. Así, nos encontramos con dos grandes grupos de máquinas eléctricas rotativas: los alternadores y las dinamos. Cabe aclarar que por haber diversos tipos de alternadores, al que nos estamos refiriendo aquí (y que concuerda con los gráficos) es al de inducido giratorio (o sea, en el que la bobina gira). Entonces cuando ponemos en movimiento nuestro dispositivo, ya sea funcionando como alternador o como dínamo, el elemento inductor es el estator y el inducido es el rotor. Por lo tanto las diferencias están dadas por dos factores: la forma en que se conectan las escobillas a las delgas (volver a ver los gráficos), y el tipo de corriente generada: ⚫ En el alternador una escobilla está conectada a cada delga de manera que se colecta la corriente en un sentido y en el otro a lo largo de una vuelta completa, y genera corriente alterna (la polaridad invierte el sentido). ⚫ Y en la dínamo ambas escobillas están conectadas a las delgas, de manera que colectan la corriente siempre en el mismo sentido en una vuelta completa, y genera corriente continua (tiene la misma polaridad siempre). Un ejemplo de alternador son los generadores de las centrales eléctricas, los cuales transforman la energía mecánica en eléctrica alterna; y un ejemplo de dínamo lo encontrábamos años atrás en la luz que se generaba por el movimiento de la rueda de una bicicleta provocado a través del pedaleo. El transporte de la corriente eléctrica Según acabamos de ver, el procedimiento para generar corriente continua o alterna es similar. En cuanto al uso, aunque hay aplicaciones comunes como el alumbrado (lamparitas), en otras es necesaria la corriente continua (como en un televisor). ¿Por qué la red eléctrica es de corriente alterna y no de corriente continua? La explicación está en que las centrales donde se genera la electricidad suelen estar alejadas de los lugares en los que ésta se utiliza (núcleos urbanos e industriales). Ello obliga a utilizar largos cables conductores para su transporte; con lo que a mayor potencia que haya que suministrar, mayor será la corriente que circulará por esos cables y mayores serán las pérdidas por calor (efecto Joule) que se originen, sin olvidar la degradación en los cables con el tiempo. 10/11  ¿Cómo se transporta la misma energía con menos corriente? la que nos permitirá arribar a la respuesta será la fórmula de la potencia: P = V x I (P = potencia; V = voltaje; I = intensidad). Para que la potencia (P) se mantenga constante, si queremos una intensidad (I) menor, debemos aumentar el voltaje (V). De acuerdo con los razonamientos anteriores, es muy conveniente transportar la energía eléctrica a un voltaje muy alto, pero esto presenta serios problemas, bien de tipo técnico (generadores apropiados), como de uso (peligrosidad). No obstante, la corriente continua no se puede generar fácilmente a altos voltajes; también habrá pérdidas por efecto Joule por los cables que la “transportan”, sobre todo, no se puede subir su voltaje; sólo bajar, y por medio de resistencias (resistores) en los que se perdería mucha energía por calor, etc., son inconvenientes. Esos inconvenientes se pueden evitar si transportamos la energía en forma de corriente alterna. El transformador Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Los transformadores reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo del material del núcleo, de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas (enrolladas) sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico (aleación apropiada para optimizar el flujo magnético). Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; o sea, con un devanado "terciario". De este modo, en las centrales donde se produce electricidad se usan transformadores para elevar el voltaje de la corriente alterna generada hasta el valor que nos convenga (varios centenares de miles de voltios) y se transporta así hasta las cercanías de los lugares en los que se va a usar, donde se utilizan de nuevo transformadores para bajar el voltaje (a unos miles de voltios). A nuestros hogares, en Argentina, la corriente que llega es alterna y el voltaje de 220V. Apéndice Líneas de campo magnético de un imán Líneas de campo eléctrico con limaduras de hierro entre dos cargas 11/11