Sergio Capitulo 1.1 al 1.4 (1) PDF

1.1.- Introducción a la electricidad. La electricidad es algo tan habitual en la vida cotidiana que en la mayoría de las ocasiones nos pasa inadvertida, simplemente presionamos un interruptor y funcionan nuestras lámparas, hornos, electrodomésticos, la "tele" o el ordenador, pero ¿cómo se logra tal...

1.1.- Introducción a la electricidad. La electricidad es algo tan habitual en la vida cotidiana que en la mayoría de las ocasiones nos pasa inadvertida, simplemente presionamos un interruptor y funcionan nuestras lámparas, hornos, electrodomésticos, la "tele" o el ordenador, pero ¿cómo se logra tal efecto?, ¿qué es realmente la electricidad? El término electricidad tiene su origen en el griego. El filósofo Tales de Mileto, se percató de que al frotar una varilla de ámbar (ELEKTRON) con lana o piel se crea una atracción hacia otros cuerpos cercanos e incluso se podían producir chispas. Electricidad es la propiedad fundamental de la materia que se manifiesta por la atracción o repulsión entre sus partes, originada por la existencia de electrones, con carga negativa, o protones, con carga positiva. Lo cierto es que la electricidad es un fenómeno físico que tiene su origen en las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en distintos fenómenos de diversa naturaleza, éstos pueden ser: fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos etc..., dicho de otra manera se trata del flujo o corriente de electrones entre distintas materias, pero ¿qué son los electrones?, sencillo, toda la materia está compuesta por átomos y éstos por partículas aún pequeñas, una de las cuales es precisamente el electrón. 1.2.- Estructura del átomo. El núcleo del átomo está integrado por neutrones y protones. Los electrones tienen carga negativa, los protones carga positiva mientras que los neutrones, como su nombre indica, son neutros, es decir, carecen de carga (solo poseen masa). Un átomo en estado normal posee el mismo número de electrones que de protones, por tanto permanece en un estado eléctricamente neutro. Si por algún medio se consigue arrancar electrones de las últimas órbitas del átomo, se producirá un desajuste entre el número de cargas negativas y positivas, siendo mayores estas últimas y provocando, en este caso, que sea un átomo cargado positivamente. El efecto contrario, es decir, un átomo que adquiere electrones, el exceso de éstos, produce una carga negativa en el átomo. Los electrones giran a gran velocidad en órbitas alrededor del núcleo. La particularidad de las cargas de electrones y protones hacen que se ambas partículas se atraigan mientras que entre ellas (dos protones o dos electrones) se repelen. 1  Los protones se concentran en el núcleo junto a los neutrones. A pesar de que posean carga positiva y que entre ellos exista una gran fuerza repulsiva, éstos se mantienen recluidos y cercanos entre sí en el núcleo, debido a la gran fuerza de carácter nuclear. Los neutrones no poseen carga eléctrica pero sí aportan masa al núcleo del átomo. 1.3.- Principios físicos de la electricidad. Al frotar determinados materiales aislantes, éstos pierden o ganan electrones, lo que origina cargas eléctricas estáticas en dichos materiales. Por ejemplo, al frotar un bolígrafo de plástico con un paño, se transfieren electrones de un elemento a otro, quedando el bolígrafo cargado eléctricamente. Cuando acercamos el bolígrafo, cargado con electricidad estática, a unos papelillos u otros materiales también de plástico, éstos son atraídos, como es propio de los cuerpos electrizados. El tipo de carga (positiva o negativa) con la que se electrizan después de haber sido frotados depende de los materiales que se empleen en el proceso. La electricidad se clasifica según la movilidad de los electrones en los átomos: 1. Electricidad estática: Es un fenómeno que se debe a la acumulación de cargas eléctricas en un objeto. 2. Electricidad dinámica: Son las cargas eléctricas transmitidas a través de los conductores en forma de corriente eléctrica. El principio por el que se rigen estas manifestaciones eléctricas fue enunciado en el siglo XVIII por el físico Charles-Augustin de Coulomb de la siguiente forma: La fuerza que actúa entre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Además, esta fuerza entre las dos cargas depende también del medio en el que se encuentren, que vendrá definido en la ley de Coulomb mediante una constante (K), que lo caracteriza. La fórmula de la ley de coulomb es la siguiente: La unidad de la fuerza (F) es el Newton (N). La unidad de carga eléctrica es el culombio (C). Un culombio equivale aproximadamente a un exceso o defecto de 6 trillones de electrones (l culombio= 6,31018 electrones). Se conoce como carga eléctrica. La distancia (d) se expresa en metros (m). Y la contante (K) depende del medio donde se encuentren las dos cargas (Q). En el vacío K=9·109 N.m.C-2 1.4.- Tipos de materiales. Pensemos ahora que cargamos eléctricamente, por frotamiento, dos elementos, por ejemplo dos bolitas. Entre ellas aparece una diferencia de carga eléctrica. Si ahora unimos eléctricamente las dos bolas mediante un conductor eléctrico, los electrones en exceso de una bolita cargada negativamente serán atraídos por la carga positiva de la otra. Al existir un conductor entre ambas por donde se pueden desplazar los electrones, puede iniciarse el 2 movimiento de los mismos entre materiales hasta que las cargas queden compensadas, o lo que es lo mismo, hasta que desaparezca la diferencia de cargas. Al movimiento de electrones que se establece por el conductor eléctrico se denomina corriente eléctrica. El sentido de la corriente eléctrica lo establecen los electrones, es decir, del cuerpo donde hay exceso de electrones hasta el cuerpo donde hay defecto de ellos (del negativo al positivo). A la diferencia de cargas que se establece entre los dos cuerpos cargados eléctricamente, y que es la causante del movimiento de electrones, se la conoce por el nombre: Tensión o diferencia de potencial. Los materiales se pueden clasificar desde el punto de vista eléctrico: 1. Material conductor: Es el que permiten el paso de la electricidad debido a que sus electrones tienen facilidad para pasar de un átomo a otro. Los metales son materiales conductores. 2. Material aislante: Es el que opone resistencia al paso de la corriente eléctrica. El plástico y la madera son ejemplos de materiales aislantes. 3