Wikipedia

Electricidade

fluxo de carga eléctrica

A electricidade é un termo xeral que abrange unha variedade de fenómenos resultantes da presenza e do fluxo de carga eléctrica. Estes inclúen moitos fenómenos facilmente recoñecibles, tales como o relampo, a electricidade estática, e as correntes eléctricas dos cableados. Alén diso, é a propiedade da materia que se basea no movemento das cargas eléctricas que produce un desequilibrio entre as mesmas. Está vinculada polo tanto co estado dos átomos do material considerado. Constitúe un dos xeitos en que se pode manifestar a enerxía, e dá lugar a múltiples fenómenos de toda índole (caloríficos, mecánicos, luminosos...). Os fenómenos eléctricos están incluídos, xunto cos magnéticos, no campo do electromagnetismo.

Centro de distribución, na entrada de Padrón desde Santiago.
Enchufe Schuko de tres entradas.
Catenaria nunha paisaxe urbana.

Dise que un material é electricamente neutro cando as cargas están presentes no seu interior en cantidades iguais. Entón non manifesta características eléctricas a nivel macroscópico. Atópase en estado positivo cando hai diferenza entre o número de protóns e de electróns, tendo máis cargas positivas (protóns) por perda de electróns, e negativo cando os electróns aparecen en maior cantidade por telos gañado o material.

Estes estados dan lugar á súa vez á aparición de forzas eléctricas atraentes ou repulsivas, dependendo do signo dunhas e outras cargas: cargas de igual signo repélense e cargas de distinto signo atráense. A intensidade destas forzas é maior que a das forzas gravitatorias e pódense crear á vontade mediante distribucións axeitadas de carga, que dan lugar á aparición dun campo eléctrico ó seu arredor o que produce a interacción antedita se outra carga se mete en dito campo. A extensión de ditos campos é ilimitada, pois pola lei de Coulomb o campo abrangue ata o infinito, se ben non se considera en xeral así debido á pouca intensidade do campo cando nos afastamos moito da carga que o produce, e tamén debido a que se mestura (compón) con outros campos. O libre desprazamento de electróns no interior do material (por ex.,un metal) provoca a aparición da denominada corrente eléctrica, orixe de efectos físicos como o chamado "efecto Joule" (calórico), a electrólise (químico) ou a indución magnética (magnético).

O transporte da corrente eléctrica pode ser -en función da súa propagación- alternado (corrente alterna) ou continuo (corrente continua), considerándose xeralmente no interior dun metal aínda que tamén é posible, en condicións axeitadas, que o faga no interior dun gas e dunha disolución. A súa xeración pódese levar a cabo de moitos xeitos, por ex., mediante o fregado de corpos ou pola compresión de certos materiais -como por ex., o cuarzo (piezoelectricidade)- ou grazas á diferenza de temperatura de dous corpos unidos mediante unha soldadura (termoelectricidade, efecto de Seebeck), por medio de reaccións químicas (pilas ou acumuladores) ou por causa da indución electromagnética (dínamos e alternadores); este último é o procedemento máis utilizado en procesos industriais. Existe ademais unha íntima relación entre a corrente eléctrica e o campo electromagnético, porque debido á presenza de cargas en movemento a corrente xera o campo e a variación deste último, a aparición dunha corrente eléctrica (indución electromagnética). A conxunción dos campos, o eléctrico e o magnético, é a orixe do campo electromagnético, de estudar o cal se ocupa o electromagnetismo. Considéranse diversas manifestacións da electricidade:

Tipos en electricidade

editar
  • Electricidade atmosférica.
  • Electricidade de cascada.
  • Electricidade de contacto. Cando se poñen en contacto dous corpos de concentracións electrónicas diferentes (é dicir, diferente densidade de carga eléctrica), o corpo de maior concentración cede electróns ó outro, e queda cargado positivamente. Nos condutores é o denominado "efecto volta".
  • Electricidade de frega. Refírese á carga que adquire un corpo cando é fregado. Os exemplos máis clásicos son os da ebonita e o vidro ó ser fregados cunha pel ou cun anaco de la. A carga que adquire o vidro é positiva, e a da ebonita, negativa. Esencialmente, o fenómeno aparece cando dous materiais distintos se aproximan a distancias moleculares, da orde dos 10−10m. Nestas circunstancias un dos corpos cede electróns ó outro, co que o dous quedan cargados con diferente signo, un por exceso e o outro por falta deles, e créase unha diferenza de potencial entre eles. O papel do frotamento consiste só en facilitar que a superficie de contacto sexa o máis extensa posible.

Historia da electricidade

editar
Artigo principal: Historia da electricidade.

O fenómeno da electricidade foi estudado desde a antigüidade, mais o seu estudo científico sistemático iniciouse nos séculos XVII e XVIII. A finais do século XIX os enxeñeiros lograron aproveitala para uso doméstico e industrial. A rápida expansión da tecnoloxía eléctrica converteuna en piar básico da sociedade industrial moderna.[1]

 
Michael Faraday relacionou o magnetismo coa electricidade.

Moito tempo antes de que existira algún coñecemento sobre a electricidade, a humanidade era consciente das descargas eléctricas producidas por peixes eléctricos. En textos do Antigo Exipto que datan do 2750 a. C. referíanse a estes peixes como “os tronadores do Nilo”, descritos como os “protectores” dos outros peixes. Posteriormente, os peixes eléctricos tamén foron descritos polos romanos, gregos, árabes naturalistas e físicos.[2] Autores antigos como Plinio o Vello ou Escribonio Largo, describiron o efecto de adormecemento das descargas eléctricas producidas por peixes eléctricos e raias eléctricas; ademais, sabían que estas descargas podían transmitirse por materias condutoras.[3] Os pacientes que sufrían de enfermidades como a gota e a dor de cabeza tratábanse con peixes eléctricos coa esperanza de que a forte sacudida puidera curalos.[4] Posiblemente o primeiro achegamento ao estudo do raio e a súa relación coa electricidade, atribúese aos árabes, que antes do século XV tiñan a palabra árabe para raio (raad) aplicado ao raio eléctrico.

En culturas antigas do mediterráneo sabían de certos obxectos, como unha barra de ámbar, que se podían fretar con la ou pel e podía atraer obxectos liviáns como plumas. Polo ano 600 a. C. Tales de Mileto fixo unha serie de observacións sobre a electricidade estática, onde creu que a fricción dotaba de magnetismo ao ámbar, ao contrario que minerais como a magnetita, que non necesitaban fretarse.[5][6][7] Tales equivocouse ao crer que a atracción era producida por un campo magnético, aínda que hai unha relación entre o magnetismo e a electricidade, como probaría a ciencia máis tarde. Segundo unha controvertida teoría, os partos poderían ter coñecido a electrodeposición, baseándose no descubrimento en 1936 da batería de Bagdad, similar a unha cela voltaica, aínda que é moi dubidoso se o artefacto era de natureza eléctrica.[8]

Mentres a electricidade se consideraba aínda pouco máis que un espectáculo de salón no século XVII, William Gilbert realizou unha coidadosa investigación da electricidade e o magnetismo, diferenciando o efecto producido por anacos de magnetita, da electricidade estática producida ao fretar ámbar.[7] Ademais, acuñou o termo neolatino electricus (que á súa vez provén de ήλεκτρον [elektron], a palabra grega para ámbar) para referirse á propiedade de atraer pequenos obxectos despois de fretalos.[9] Isto derivou no uso de "eléctrico" e "electricidade", facendo a súa primeira aparición en 1646 na publicación Pseudodoxia Epidemica de Thomas Browne.[10]

Posteriormente, fixéronse novas aproximacións científicas ao fenómeno no século XVIII por investigadores sistemáticos como Henry Cavendish,[11][12] Du Fay,[13] van Musschenbroek[14] e Watson.[15] Estas observacións empezan a dar os seus froitos con Galvani,[16] Volta,[17] Coulomb[18] e Franklin,[19] e, xa a comezos do século XIX, con Ampère,[20] Faraday[21] e Ohm.[22] Non obstante, a formulación dunha teoría que unificara a electricidade co magnetismo como dúas manifestacións dun mesmo fenómeno non chegou até as ecuacións de Maxwell en 1865.[23]

Os desenvolvementos tecnolóxicos que produciron a primeira revolución industrial non fixeron uso da electricidade. A súa primeira aplicación práctica xeneralizada foi o telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionou as telecomunicacións.[24] A xeración de electricidade industrialmente empezou cando, a finais do século XIX, se espallou a iluminación eléctrica das rúas e casas. A crecente sucesión de aplicacións que esta forma de enerxía produciu fixo da electricidade unha das principais forzas motrices da segunda revolución industrial.[25] Este foi un tempo de grandes inventores, como Gramme,[26] Westinghouse,[27] von Siemens[28] ou Alexander Graham Bell.[29] Entre eles destacaron Nikola Tesla e Thomas Alva Edison, cunha revolucionaria maneira de entender a relación entre investigación e mercado capitalista que converteu a innovación tecnolóxica nunha actividade industrial.[30][31] Desta guerra das correntes, corrente continua vs corrente alterna, gañaría Tesla co seu sistema trifásico, o que se usa actualmente.

Conceptos

editar

Carga eléctrica

editar
 
Interaccións entre cargas de igual e distinta natureza.
Artigo principal: Carga eléctrica. Véxase tamén: Electrón, Protón e Ión.

A carga eléctrica é unha propiedade da materia que se manifesta mediante forzas de atracción e repulsión. A carga orixínase no átomo, que está composto de partículas subatómicas cargadas como o electrón e o protón.[32] A carga pode transferirse entre os corpos por contacto directo, ou mediante un material condutor, xeralmente metálico.[33] O termo electricidade estática fai referencia á presenza de carga nun corpo, xeralmente causada por dous materiais distintos que se fretan entre si, transferíndose carga dun ao outro.[34]

A presenza de carga dá lugar á forza electromagnética: unha carga exerce unha forza sobre as outras, un efecto que era coñecido na antigüidade, pero non comprendido.[35] Unha bóla lixeira, suspendida dun fío, podía cargarse co contacto dunha barra de vidro cargada previamente por fricción cun tecido. Viuse que se unha bóla similar se cargaba coa mesma barra de vidro, se repelían entre si. Este fenómeno foi investigado a finais do século XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, quen deduciu que a carga se manifesta de dúas formas opostas.[36] Este descubrimento trouxo o coñecido axioma "obxectos coa mesma polaridade repélense e con diferente polaridade atráense".[35][37]

A forza actúa nas partículas cargadas entre si, e ademais a carga ten inclinación a estenderse sobre unha superficie condutora. A magnitude da forza electromagnética, xa sexa atractiva ou repulsiva, exprésase pola lei de Coulomb, que relaciona a forza co produto das cargas e ten unha relación inversa ao cadrado da distancia entre elas.[38][39] A forza electromagnética é moi forte, a segunda despois da interacción nuclear forte,[40] coa diferenza de que esa forza opera sobre todas as distancias.[41] En comparación coa débil forza gravitacional, a forza electromagnética que afasta dous electróns é 1042 veces máis grande que a atracción gravitatoria que os une.[42]

As cargas dos electróns e dos protóns ten signos contrarios, ademais unha carga pode expresarse como positiva ou negativa. Por convención, a carga que teñen os electróns asúmese como negativa e a dos protóns, como positiva, un costume que empezou cos traballos de Benjamin Franklin.[43] A cantidade de carga represéntase co símbolo Q e exprésase en culombios, con símbolo C.[44] Os electróns teñen a mesma carga de aproximadamente -1.6022×10−19 C. O protón ten unha carga que é igual e oposta, 1.6022×10−19 C. A carga non só está presente na materia, senón tamén pola antimateria, cada antipartícula ten unha carga igual e oposta á súa correspondente partícula.[45]

A carga pode medirse de diferentes xeitos, un instrumento moi antigo é o electroscopio, que aínda se usa para demostracións nas escolas, agora superado polo electrómetro electrónico.[46]

Corrente eléctrica

editar
Artigo principal: Corrente eléctrica.
 
Un arco eléctrico permite unha demostración da enerxía da corrente eléctrica.

A corrente eléctrica é o movemento de cargas eléctricas. Esta pode estar producida por calquera partícula cargada electricamente en movemento; o máis frecuente é que sexan electróns, pero calquera outra carga en movemento se pode definir como corrente.[47] Segundo o Sistema Internacional, a intensidade dunha corrente eléctrica mídese en amperios, de símbolo A.[48]

Historicamente, a corrente eléctrica definiuse como un fluxo de cargas positivas e fixouse o seu sentido convencional de circulación dirixindo o fluxo de cargas desde o polo positivo ao negativo. Máis adiante observouse que nos metais, os portadores de carga son electróns, con carga negativa, e que se desprazan en sentido contrario ao convencional.[49] Certamente é que, dependendo das condicións, unha corrente eléctrica pode consistir nun fluxo de partículas cargadas nunha dirección, ou incluso en ambas direccións ao mesmo tempo. Mais faise normalmente uso da convención positivo-negativo para simplificar esta situación.[47]

O proceso polo cal a corrente eléctrica circula por un material chámase condución eléctrica, e a súa natureza varía segundo as partículas cargadas e o material polo cal están circulando. Son exemplos de correntes eléctricas a condución metálica, onde os electróns percorren un condutor eléctrico, como o metal, e a electrólise, onde os ións (átomos cargados) flúen a través de líquidos. Mentres que as partículas poden moverse moi amodo, algunhas veces cunha velocidade media de deriva de só fraccións de milímetro por segundo,[50] o campo eléctrico que as controla propágase case á velocidade da luz, permitindo que os sinais eléctricos se transmitan velozmente polos cables.[51]

A corrente produce moitos efectos visibles, feitos que foron presenciados ao longo da historia. En 1800, Nicholson e Carlisle descubriron que a auga podía descompoñerse con corrente dunha pila voltaica nun proceso que se coñece como electrólise; traballo que posteriormente foi ampliado por Michael Faraday en 1833.[52] A corrente a través dunha resistencia eléctrica produce un aumento da temperatura, un efecto que James Prescott Joule estudou matematicamente en 1840 (ver efecto Joule).[52]

Campo eléctrico

editar
Artigo principal: Campo eléctrico.
 
Liñas de campo saíndo dunha carga positiva cara a un condutor plano.

O concepto de campo eléctrico foi introducido por Michael Faraday a principios do século XIX. Un campo eléctrico orixínase a partir dun corpo cargado e esténdese polo espazo que o circunda, producindo unha forza que exerce sobre outras cargas que están no campo. Un campo eléctrico actúa entre dúas cargas de forma moi parecida á que actúa o campo gravitatorio sobre dúas masas, e como tal, esténdese até o infinito e o seu valor é inversamente proporcional ao cadrado da distancia.[41] Con todo, hai unha diferenza importante, a gravidade sempre actúa como atracción, mentres que o campo eléctrico pode producir atracción ou repulsión. Se un corpo grande como un planeta non ten carga neta, o campo eléctrico a unha distancia determinada é cero. Por iso a gravidade é a forza dominante no universo, a pesar de ser moito máis débil.[42]

Un campo eléctrico varía no espazo, e a súa forza en calquera punto defínese como a forza (por unidade de carga) que se precisa para que unha carga estea inmóbil nese punto.[53] A carga de ensaio debe de ser insignificante para evitar que o seu propio campo afecte o campo principal e tamén debe ser estacionaria para evitar o efecto dos campos magnéticos. Como o campo eléctrico se define en termos de forza, e unha forza é un vector, entón o campo eléctrico tamén é un vector, con magnitude e dirección. Especificamente, é un campo vectorial.[53]

 
O motor eléctrico aproveita un efecto importante do electromagnetismo: unha corrente a través dun campo magnético experimenta unha forza no mesmo ángulo do campo e a corrente.

Potencial eléctrico

editar
Artigo principal: Potencial eléctrico.

O concepto de potencial eléctrico ten moita relación co campo eléctrico. Unha carga situada nun campo eléctrico experimenta unha forza, e para levar esa carga a ese punto en contra da forza necesitou facer un traballo. O potencial eléctrico en calquera punto defínese como a enerxía requirida para mover unha carga de ensaio situada no infinito até ese punto.[54] Xeralmente mídese en voltios, de símbolo V, onde un voltio é o potencial no que é necesario un xulio de traballo para atraer unha carga dun culombio desde o infinito. Esta definición formal de potencial ten unha aplicación práctica, aínda que un concepto máis útil é o de diferenza de potencial, e é a enerxía requirida para mover unha carga entre dous puntos específicos. O campo eléctrico ten a propiedade especial de ser conservativo, é dicir, que non importa a traxectoria realizada pola carga; todas as traxectorias entre dous puntos específicos consomen a mesma enerxía, e ademais cun único valor de diferenza de potencial.[54]

Electromagnetismo

editar
Artigo principal: Electromagnetismo.

O electromagnetismo é a rama física que estuda os fenómenos eléctricos e magnéticos, resolta nunha teoría alicerzada por Faraday, pero formulada por primeira vez de modo completo por Maxwell.[55][56] A formulación consiste en catro ecuacións diferenciais vectoriais, coñecidas como ecuacións de Maxwell, que relacionan o campo eléctrico, o campo magnético e as súas respectivas fontes materiais: densidade de carga eléctrica, corrente eléctrica, desprazamento eléctrico e corrente de desprazamento.[57]

A principios do século XIX Ørsted demostrou cos seus experimentos a relación dos fenómenos magnéticos e eléctricos. A partir desa base Maxwell unificou en 1861 os traballos de físicos como Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm e Faraday, nun conxunto de ecuacións que describían ambos fenómenos como un só, o fenómeno electromagnético.[58]

Trátase dunha teoría de campos; as explicacións e predicións que dá baséanse en magnitudes físicas vectoriais e son dependentes da posición no espazo e do tempo. O electromagnetismo describe os fenómenos físicos macroscópicos nos que interveñen cargas eléctricas en repouso e en movemento, valéndose para isto de campos eléctricos e magnéticos e describindo os seus efectos sobre a materia.

 
Un circuíto eléctrico básico. A fonte de tensión V á esquerda proporciona unha corrente I ao circuíto, entregando enerxía eléctrica á resistencia R. Da resistencia, a corrente retorna á fonte, completando o circuíto.

Circuítos eléctricos

editar
Artigos principais: Circuíto e Análise de circuítos.

Un circuíto eléctrico é unha interconexión de compoñentes eléctricos tales que a carga eléctrica discorre por unha traxectoria cerrada, normalmente, con algún fin útil.[59]

Os compoñentes dun circuíto eléctrico poden ser moi variados, pode ter elementos tales como resistores, capacitores, interruptores, transformadores e electrónicos. Os circuítos electrónicos conteñen compoñentes activos, normalmente semicondutores, exhibindo un comportamento non linear, que require de análises complexas. Os compoñentes eléctricos máis simples son os pasivos e lineares.[60]

O comportamento dos circuítos eléctricos que conteñen só resistencias e fontes electromotrices de corrente continua está gobernado polas leis de Kirchhoff. Para estudalos, os circuítos descompóñense en mallas, establecendo un sistema de ecuacións lineares cunha resolución que brinda os valores das voltaxes e correntes que circulan entre as súas diferentes partes.[61]

A resolución de circuítos de corrente alterna require a ampliación do concepto de resistencia eléctrica, aplicando a impedancia para incluír os comportamentos de bobinas e condensadores. A resolución destes circuítos pode facerse con xeneralizacións das leis de Kirchoff, pero require normalmente de métodos matemáticos avanzados, como o da transformada de Laplace, para describir os comportamentos transitorios e estacionarios dos mesmos.[61]

Propiedades eléctricas dos materiais

editar
 
Configuración electrónica do átomo de cobre. As súas propiedades condutoras débense á facilidade de circulación que ten o seu electrón máis excéntrico (4s).

A nivel atómico

editar

A posibilidade de transmitir corrente eléctrica nos materiais depende da estrutura e interacción dos átomos que os compoñen. Os átomos están constituídos por partículas cargadas positivamente (os protóns), negativamente (os electróns) e neutramente (os neutróns). A condución eléctrica nos condutores, semicondutores e illantes débese aos electróns da órbita exterior ou portadores de carga, xa que tanto os electróns interiores como os protóns dos núcleos atómicos non poden desprazarse con facilidade. Os materiais condutores por excelencia son metais, como o cobre, que usualmente teñen un único electrón na última capa electrónica. Estes electróns poden pasar facilmente a átomos contiguos, constituíndo os electróns libres responsables do fluxo de corrente eléctrica.[62]

Os mecanismos a nivel atómico de condución eléctrica son peculiares nos materiais supercondutores e nos líquidos. Nos primeiros, a moi baixas temperaturas e como consecuencia de fenómenos cuánticos, os electróns non interaccionan cos átomos desprazándose con total liberdade (resistividade nula). Nos segundos, como nos electrólitos das baterías eléctricas, a condución de corrente é producida polo desprazamento de átomos ou moléculas completas ionizadas de modo positivo ou negativo.

Todo os materiais baixo campos eléctricos sofren, en maior ou menor grao, unha modificación das distribucións espaciais relativas das cargas negativas e positivas. Este fenómeno denomínase polarización eléctrica e é máis notorio nos illantes eléctricos debido a que grazas a este fenómeno impídese liberar cargas, polo que non conducen, característica principal destes materiais.[63]

Condutividade e resistividade

editar
Artigos principais: Condutividade eléctrica e Resistividade.
 
Condutor eléctrico de cobre.

A condutividad eléctrica é a propiedade dos materiais que cuantifica a facilidade coa que as cargas poden moverse nun material sometido a un campo eléctrico.[64] A resistividade é unha magnitude inversa á condutividade, aludindo ao grao de dificultade que encontran os electróns nos seus desprazamentos, dando unha idea do bo ou mal condutor que é.[62] Un valor alto de resistividade indica que o material é mal condutor mentres que un baixo indicará pois que é un bo condutor. Xeralmente a resistividade dos metais aumenta coa temperatura, mentres que a dos semicondutores mingua ante o aumento de temperatura.[62]

Os materiais clasifícanse segundo a súa condutividade eléctrica ou resistividade en condutores, dieléctricos, semicondutores e supercondutores.

  • Condutores eléctricos. Son os materiais que, postos en contacto cun corpo cargado de electricidade, transmiten esta a todos os puntos da súa superficie. Os mellores condutores eléctricos son os metais e as súas aliaxes. Existen outros materiais, non metálicos, que tamén posúen a propiedade de conducir a electricidade, como son o grafito, as solucións salinas (por exemplo, a auga do mar) e calquera material en estado de plasma. Para o transporte da enerxía eléctrica, así como para calquera instalación de uso doméstico ou industrial, o metal máis empregado é o cobre, en fíos formando cables. Alternativamente emprégase o aluminio, metal que se ben ten unha condutividade eléctrica da orde do 60 % da do cobre, é un material moito menos denso, o que favorece o seu emprego en liñas de transmisión de enerxía eléctrica das redes de alta tensión. Para aplicacións especiais utilízase como condutor o ouro.[65]
  • Dieléctricos. Son os materiais que non conducen electricidade, polo que poden ser utilizados como illantes. Algúns exemplos deste tipo de materiais son o vidro, a cerámica, o plástico, as gomas, a mica, a cera, o papel, a madeira (seca), a porcelana, algunhas graxas para uso industrial e electrónico, a baquelita... Aínda que non existen materiais puramente illantes, senón mellores ou peores condutores, son materiais moi utilizados para evitar curtocircuítos (forrando con eles os condutores eléctricos, para manter fóra da man do usuario determinadas partes dos sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente cando se encontran en tensión, poden producir unha descarga) e para confeccionar illadores (elementos utilizados nas redes de distribución eléctrica para fixar os condutores aos seus soportes sen que haxa contacto eléctrico). Algúns materiais, como o ar ou a auga, son illantes baixo certas condicións pero non para outras. O ar, por exemplo, é illante a temperatura ambiente e seco pero, baixo condicións de frecuencia do sinal e potencia relativamente baixas, pode converterse en condutor.

A condutividade desígnase coa letra grega sigma minúscula ( ) e mídese en siemens por metro, mentres que a resistividade desígnase coa letra grega rho minúscula (ρ) e mídese en ohms por metro (Ω•m, ás veces tamén en Ω•mm²/m).

Produción e usos da electricidade

editar

Xeración e transmisión

editar
Artigo principal: Rede eléctrica.
 
A enerxía eólica está en voga en moitos países.

Até a invención da pila voltaica no século XVIII (Volta, 1800) non se tiña unha fonte viable de electricidade. A pila voltaica (e os seus descendentes modernos, a pila eléctrica e a batería eléctrica), almacenaba enerxía quimicamente e entregábaa de acordo a demanda en forma de enerxía eléctrica. A batería é unha fonte común moi versátil que se usa en moitas aplicacións, mais o seu almacenamento de enerxía é limitado, e unha vez descargada debe ser recargada (ou, no caso da pila, substituída). Para unha demanda eléctrica moito máis grande a enerxía debe xerarse e ser transmitida continuamente por liñas de transmisión condutoras.

Xeralmente, a enerxía eléctrica xérase mediante xeradores electromecánicos movidos polo vapor producido por distintas fontes de enerxía primarias, ou pola calor xerada por reaccións nucleares, ou doutras fontes como a enerxía cinética extraída do vento e da auga. A moderna turbina de vapor inventada por Charles Algernon Parsons en 1884 xera preto do 80 % da enerxía eléctrica no mundo usando unha gran variedade de fontes de enerxía. Este xerador non ten ningún parecido ao xerador de disco homopolar de Faraday, aínda que ambos funcionan baixo o mesmo principio electromagnético, que di que ao mover un campo magnético por un condutor produce unha diferenza de potencial nos seus cabos. A invención a finais do século XIX do transformador implicou transmitir a enerxía eléctrica dunha forma máis eficiente. A transmisión eléctrica eficiente fixo posible xerar electricidade en plantas xeradoras capaces de trasportala a longas distancias, onde fora necesaria.

Debido a que a enerxía eléctrica non pode ser almacenada facilmente para atender a demanda a unha escala nacional, a maioría das veces prodúcese a mesma cantidade que a que se demanda. Isto require dunha bolsa eléctrica que fai predicións da demanda eléctrica, e mantén unha coordinación constante das plantas xeradoras. Inda así, gárdase unha certa reserva de capacidade de xeración para soportar calquera anomalía na rede.

A demanda da electricidade medra rapidamente se unha nación se moderniza e a súa economía se desenvolve. Os Estados Unidos tivo un aumento do 12 % anual da demanda nas tres primeiras décadas do século XX, taxa de crecemento que é similar nas economías emerxentes de primeiros do século XXI como a India ou a China.

As preocupacións medioambientais coa xeración de enerxía eléctrica fixeron que a produción se dirixa ás enerxías renovables, en particular a enerxía eólica, hidráulica e solar fotovoltaica.

Aplicacións da electricidade

editar

A electricidade ten moitas aplicacións, tanto para uso doméstico, industrial, medicinal, de transporte... Só por mencionar algunha pódese citar a electrónica, a electrosoldadura, os motores eléctricos, as máquinas frigoríficas, o aire acondicionado, os electroimáns, as telecomunicacións, a electroquímica, as electroválvulas, a iluminación e o alumeado, a produción de calor, os electrodomésticos, a robótica, os sinais luminosos... Tamén se aplica comunmente a indución electromagnética para a construción de motores movidos por enerxía eléctrica, que permiten o funcionamento de innumerables dispositivos.

Electricidade na natureza

editar

Mundo inorgánico

editar

Descargas eléctricas atmosféricas

editar

O fenómeno eléctrico máis común do mundo inorgánico son as descargas eléctricas atmosféricas denominadas raios e relampos. Debido ao rozamento das partículas de auga ou xeo co aire, prodúcese unha crecente separación de cargas eléctricas positivas e negativas nas nubes, separación que xera campos eléctricos. Cando o campo eléctrico resultante excede o de ruptura dieléctrica do medio, prodúcese unha descarga entre dúas partes dunha nube, entre dúas nubes diferentes ou entre a parte inferior dunha nube e a terra. Esta descarga ioniza o ar por quecemento e excita transicións electrónicas moleculares. A brusca dilatación do ar xera o trono, mentres que o decaemento dos electróns aos seus niveis de equilibrio xera radiación electromagnética, luz.

Son de orixe similar os raios globulares ou o fogo de San Telmo. Este último é común nos barcos durante as tormentas e é similar ao efecto coroa que se produce nalgúns cables de alta tensión.

O dano que producen os raios nas persoas e instalacións pode previrse derivando a descarga cara á terra, de xeito inocuo, mediante pararraios.

Campo magnético terrestre

editar
 
Aurora boreal.

Aínda que non se puido verificar experimentalmente, a existencia do campo magnético terrestre débese case seguramente á circulación de cargas no núcleo externo líquido da Terra. A hipótese da súa orixe en materiais con magnetización permanente, como o ferro, parece desmentida pola constatación das inversións periódicas do seu sentido no transcurso das eras xeolóxicas, onde o polo norte magnético é substituído polo sur e viceversa. Medido en tempos humanos, os polos magnéticos son estables, o que permite facer uso do vello trebello chinés do compás, para a orientación no mar e na terra.

O campo magnético terrestre desvía as partículas cargadas provenientes do Sol (vento solar). Cando esas partículas baten cos átomos e moléculas de osíxeno e nitróxeno da magnetosfera, prodúcese un efecto fotoeléctrico mediante o cal parte da enerxía da colisión excita os átomos a niveis de enerxía tales que cando deixan de estar excitados devolven esa enerxía en forma de luz visible. Este fenómeno pode observarse a simple vista nas proximidades dos polos, nas auroras polares.

Mundo orgánico

editar
Artigo principal: Bioelectromagnetismo.

O bioelectromagnetismo (ás veces denominado parcialmente como bioelectricidade ou biomagnetismo) é o fenómeno biolóxico presente en todos os seres vivos, incluídas todas as plantas, todos os animais, consistente na produción de campos electromagnéticos (maniféstanse como eléctricos ou magnéticos) producidos pola materia viva (células, tecidos ou organismos). Os exemplos deste fenómeno inclúen o potencial eléctrico das membranas celulares e as correntes eléctricas que flúen en nervios e músculos como consecuencia do seu potencial de acción. Non debe confundirse coa bioelectromagnética, que se ocupa dos efectos que produce unha fonte externa de electromagnetismo sobre os organismos vivos.

Véxase tamén: Bioenerxética, Electrócito, Electroencefalografía, Electrofisioloxía, Electromiografía e Potencial de membrana.

Impulso nervioso

editar
Artigo principal: Impulso nervioso.
 
Gravado antigo mostrando a excitación do nervio crural dunha ra mediante unha máquina electrostática.

O fenómeno de excitación dos músculos das patas dunha ra, visto por Galvani no século XVIII, puxo en evidencia a importancia dos fenómenos eléctricos nos organismos viventes. Aínda que inicialmente se supuxo que se trataba dunha clase especial de electricidade, verificouse gradualmente que estaban en xogo as cargas eléctricas normais da física. Nos organismos con sistema nervioso as neuronas son as canles polas que se trasmiten aos músculos os sinais que mandan a súa contracción e relaxación. As neuronas tamén transmiten ao cerebro os sinais dos órganos internos, da pel e dos transdutores que son os órganos dos sentidos, sinais como dor, calor, textura, presión, imaxes, sons, ulidos e sabores. Os mecanismos de propagación dos sinais polas neuronas son moi diferentes aos dos da condución de electróns polos cables eléctricos. Consisten na modificación da concentración de ións de sodio e de potasio a ambos lados dunha membrana celular, xerándose así diferenzas de potencial, variables ao longo do interior da neurona, que varían no tempo, propagándose dun extremo ao outro da neurona a gran velocidade.

 
Os pequenos buratiños na cabeza deste lucio conteñen neuromastos do sistema da liña lateral.
 
O peixe torpedo é un dos "fortemente eléctricos".
Véxase tamén: Galvanismo.

Uso biolóxico

editar

Moitos peixes e uns poucos mamíferos teñen a capacidade de detectar a variación dos campos eléctricos nos que están inmersos, entre os que se contan os teleósteos, as raias[66] e os ornitorrincos. Esta detección é feita por neuronas especializadas chamadas neuromastos,[67] que nos ximnótidos se atopan na liña lateral do peixe.[68]

A localización por medios eléctricos (electrorrecepción) pode ser pasiva ou activa. Na localización pasiva o animal só detecta a variación dos campos eléctricos circundantes, pero non os xera. Os "peixes pouco eléctricos" son capaces de xerar campos eléctricos débiles grazas a órganos e circuítos especiais de neuronas, cunha única función que é detectar variacións da contorna e comunicarse cos outros membros da súa especie. As voltaxes xeradas son inferiores a 1 V e as características dos sistemas de detección e control varían grandemente de especie a especie.[69]

Algúns peixes, como as anguías e as raias eléctricas son capaces de producir grandes descargas eléctricas para defenderse ou atacar; son os chamados peixes eléctricos. Estes peixes, tamén chamados «peixes fortemente eléctricos», poden xerar voltaxes de até 2000 V e correntes superiores a 1 A. Entre os peixes eléctricos cóntanse os Apteronotidae, Gymnotidae, Electrophoridae, Hypopomidae, Rhamphichthyidae, Sternopygidae, Gymnarchidae, Mormyridae e Malapteruridae.[70]

Véxase tamén: Magnetorrecepción e Pomba mensaxeira.

Notas

editar
  1. ↑ Jones, D.A. (1991). "Electrical engineering: the backbone of society". Proceedings of the IEE: Science, Measurement and Technology 138 (1): 1–10. doi:10.1049/ip-a-3.1991.0001. 
  2. ↑ Moller, Peter; Kramer, Bernd (Decembro 1991). American Institute of Biological Sciences, ed. "Review: Electric Fish". BioScience 41 (11): 794–6 [794]. JSTOR 1311732. doi:10.2307/1311732. 
  3. ↑ Bullock, Theodore H. (2005). Springer, ed. "Electroreception": 5–7. ISBN 0-387-23192-7. 
  4. ↑ Morris, Simon C. (2003). Cambridge University Press, ed. "Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe": 182–185. ISBN 0-521-82704-3. 
  5. ↑ Enciclopedia ilustrada Cumbre. México:Editorial Cumbre, S. A. 1958. 
  6. ↑ "Glosario". Arquivado dende o orixinal o 09 de xullo de 2008. Consultado o 17 de xullo de 2008. 
  7. ↑ 7,0 7,1 Stewart, Joseph (2001). World Scientific, ed. "Intermediate Electromagnetic Theory": 50. ISBN 981-02-4471-1. 
  8. ↑ Frood, Arran (27 de febreiro de 2003). BBC, ed. "Riddle of 'Baghdad's batteries'". Consultado o 16 de febreiro de 2008. 
  9. ↑ Baigrie, Brian (2006). "Electricity and Magnetism: A Historical Perspective". Greenwood Press: 7–8. ISBN 0-313-33358-0. 
  10. ↑ Chalmers, Gordon (1937). "The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England". Philosophy of Science 4 (1): 75–95. doi:10.1086/286445. 
  11. ↑ Cavendish, Henry (1771). "An Attempt to Explain Some of the Principal Phaenomena of Electricity, by means of an Elastic Fluid". Philosophical Transactions 61: 564–677. doi:10.1098/rstl.1771.0056. 
  12. ↑ Cavendish, Henry (1776). "An Account of Some Attempts to Imitate the Effects of the Torpedo by Electricity". Philosophical Transactions 66: 195–225. doi:10.1098/rstl.1776.0013. 
  13. ↑ Spark Museum. "Dufay" (en inglés). Consultado o 20 de setembro de 2012. 
  14. ↑ Fisica.Net. "Biografía de Musschenbroek". Arquivado dende o orixinal o 14 de febreiro de 2019. Consultado o 20 de setembro de 2012. 
  15. ↑ Wolfram Research (ed.). "Watson, William" (en inglés). Consultado o 20 de setembro de 2012. 
  16. ↑ Biografía de Luigi Galvani Epónimos médicos. Historia de la medicina. [14 de maio de 2008]
  17. ↑ Giuliano Pancaldi, "Volta: Science and culture in the age of enlightenment", Princeton University Press, 2003.
  18. ↑ Coulomb (1785a) "Premier mémoire sur l’électricité et le magnétisme," Histoire de l’Académie Royale des Sciences, pages 569-577.
  19. ↑ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
  20. ↑ IEEE (ed.). "Andre-Marie Ampere". IEEE Global History Network. Consultado o 21 de xullo de 2011. 
  21. ↑ IEEE (ed.). "Michael Faraday Biography" (en inglés). Consultado o 20 de setembro de 2012. 
  22. ↑ Biografía de Georg Simon Ohm Arquivado 23 de setembro de 2015 en Wayback Machine. Asifunciona.com [15 de maio de 2008]
  23. ↑ La web de Física. "Ecuacións de Maxwell" (en castelán). Consultado o 11 de maio de 2008. 
  24. ↑ Global History Nerwork, IEEE. "Samuel Morse" (en inglés). Consultado o 20 de setembro de 2012. 
  25. ↑ Ford, Henry; Crowther, Samuel (1922). My Life and Work: An Autobiography of Henry Ford. 
  26. ↑ Biografía de Zenobe Gramme Arquivado 20 de xuño de 2008 en Wayback Machine. (en inglés), Chem.ch [17 de maio de 2008]
  27. ↑ IEEE (ed.). "George Westinghouse". IEEE Global History Network. Consultado o 22 de xullo de 2011. 
  28. ↑ "Werner von Siemens" (PDF). Biografía no sitio da empresa Siemens (en inglés). Arquivado dende o orixinal (PDF) o 05 de outubro de 2011. Consultado o 18 de xaneiro de 2011. 
  29. ↑ "Bell's Telephone" (en inglés). Arquivado dende o orixinal o 18 de setembro de 2012. Consultado o 20 de setembro de 2012. 
  30. ↑ Cheney M (2001). Tesla : Man Out of Time. New York, NY: Touchstone. ISBN 0-7432-1536-2. 
  31. ↑ "Thomas Edison". 11 de febreiro de 2011.  Sitio Oficial de Thomas Alva Edison.
  32. ↑ Trefil, James (2003). Houghton Mifflin Books, ed. The Nature of Science: An A–Z Guide to the Laws and Principles Governing Our Universe. p. 74. ISBN 0-618-31938-7. 
  33. ↑ Duffin, W.J. (1980). Electricity and Magnetism, 3rd edition. McGraw-Hill. pp. 2–5. ISBN 0-07-084111-X. 
  34. ↑ Dhogal (1986). Basic Electrical Engineering, Volume 1. Tata McGraw-Hill. p. 41. ISBN 978-0-07-451586-0. 
  35. ↑ 35,0 35,1 Sears, Francis; et al. (1982). University Physics, Sixth Edition. Addison Wesley. p. 457. ISBN 0-201-07199-1. 
  36. ↑ Jackson, J.D.. Classical Electrodynamics. John Wiley & Sons, Inc. 2ª edición. 1975. ISBN 978-0-471-43132-9:
  37. ↑ Coulomb, C.A.. Construction et usage d'une balance electrique sur la propriete qu’ont les fils de metal, d’avoir une force de réaction de torsion proportionnelle a l'angle de torsion. Mem. de l’acad. Sci. páxs. 569 e 579. 1785.
  38. ↑ "The repulsive force between two small spheres charged with the same type of electricity is inversely proportional to the square of the distance between the centres of the two spheres." Charles-Augustin de Coulomb, Histoire de l'Academie Royal des Sciences, Paris 1785.
  39. ↑ Duffin, W.J. (1980). Electricity and Magnetism (3ª edición). McGraw-Hill. p. 35. ISBN 0-07-084111-X. 
  40. ↑ National Research Council (1998). Physics Through the 1990s. National Academies Press. pp. 215–216. ISBN 0-309-03576-7. 
  41. ↑ 41,0 41,1 Umashankar, Korada (1989). Introduction to Engineering Electromagnetic Fields. World Scientific. pp. 77–79. ISBN 9971-5-0921-0. 
  42. ↑ 42,0 42,1 Hawking, Stephen (1988). A Brief History of Time. Bantam Press. pp. 77. ISBN 0-553-17521-1. 
  43. ↑ Shectman, Jonathan (2003). Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the 18th Century. Greenwood Press. pp. 87–91. ISBN 0-313-32015-2. 
  44. ↑ Sewell, Tyson (1902). The Elements of Electrical Engineering. Lockwood. p. 18. . The Q originally stood for 'quantity of electricity', the term 'electricity' now more commonly expressed as 'charge'.
  45. ↑ Close, Frank (2007). The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe. CRC Press. p. 51. ISBN 1-58488-798-2. 
  46. ↑ Hecht, Eugene (2001). Fundamentos de Física (en castelán) (2ª ed.). Thomson Learning. ISBN 970-686-052-5. Consultado o 22-09-12. 
  47. ↑ 47,0 47,1 Saslow, Wayne (2002). Electricity, Magnetism, and Light (en inglés) (1ª ed.). Thomson Learning. ISBN 0-12619455-6. Consultado o 24-Sep-2012. 
  48. ↑ Ledanois, Jean Marie; López de Ramos, Aura L. Universidad Simón Bolívar, ed. "Sistema Internacional de Unidades". Magnitudes, Dimensiones y Conversiones de unidades (en español). Equinoccio. p. 7. Archived from the original on 05 de outubro de 2011. Consultado o 24 de novembro de 2010. 
  49. ↑ Ward, Robert (1960). Introduction to Electrical Engineering. Prentice-Hall. p. 18. 
  50. ↑ Duffin, W.J. (1980). McGraw-Hill, ed. Electricity and Magnetism, 3rd edition. p. 17. ISBN 0-07-084111-X. 
  51. ↑ Solymar, L. (1984). Lectures on electromagnetic theory. Oxford University Press. p. 140. ISBN 0-19-856169-5. 
  52. ↑ 52,0 52,1 Duffin, W.J. (1980). Electricity and Magnetism, 3rd edition. McGraw-Hill. pp. 23–24. ISBN 0-07-084111-X. 
  53. ↑ 53,0 53,1 Sears, Francis; et al. (1982). University Physics, Sixth Edition. Addison Wesley. pp. 469–470. ISBN 0-201-07199-1. 
  54. ↑ 54,0 54,1 Sears, Francis; et al. (1982). University Physics, Sixth Edition. Addison Wesley. pp. 494–498. ISBN 0-201-07199-1. 
  55. ↑ "Definición de electromagnetismo". Dicionario de español (en castelán). Espasa-Calpe. Consultado o 19 de decembro de 2012. Parte de la física que estudia las acciones y reacciones de las corrientes eléctricas sobre los campos magnéticos. 
  56. ↑ Rafael López Valverde. "Historia del Electromagnetismo" (PDF) (en castelán). Consultado o 13 de febreiro de 2008. 
  57. ↑ Sadiku, Matthew N. O. (2009). Elements de electromagnetics (en inglés) (5 ed.). Oxford University. ISBN 0195387759. 
  58. ↑ Berkson, William (1974). Fields of Force: The Development of a World View from Faraday to Einstein. Routledge. p. 370. ISBN 0-7100-7626-6. 
  59. ↑ Hayt, William (2007). "2". Análisis de circuitos en ingeniería (en castelán). McGraw-Hill. p. 21. ISBN 970-10-6107-1. La interconexión de dos elementos de circuitos simples forma una red eléctrica; si contiene al menos una trayectoria cerrada, también es un circuito eléctrico 
  60. ↑ Joseph, Edminister (1965). Electric Circuits. McGraw-Hill. p. 3. ASIN B000LC1G8W. 
  61. ↑ 61,0 61,1 Hayt, William (2007). Análisis de circuitos en ingeniería. McGraw-Hill. ISBN 970-10-6107-1. 
  62. ↑ 62,0 62,1 62,2 Askeland, Donald R. (2004). Ciencia E Ingeniería de Los Materiales. Cengage Learning Latin America. ISBN 9706863613. 
  63. ↑ Introduction to Electrodynamics (3rd Edition), D.J. Griffiths, Pearson Education, Dorling Kindersley, 2007, ISBN 81-7758-293-3
  64. ↑ Fundamentals of Geophysics by William Lowrie, p254
  65. ↑ Giordano, José Luis (2006). "El conductor eléctrico, Profísica, Chile.". Arquivado dende o orixinal o 04 de maio de 2008. Consultado o 13 de maio de 2008. 
  66. ↑ Kalmijn, A.J. (1966). Electro-perception in sharks and rays. Nature. pp. vol. 212 1232–1233. 
  67. ↑ K. E. Machin e H. W. Lismann (1960). The mode of operation of the electric receptors in Gymnarchus niloticus. Journal of Experimental Biology. pp. vol. 37, pp. 801–811. 
  68. ↑ Losier, Matsubara, B.J, J.A. (1990). Light and Electron Microscopical Studies on the Spherical Neurons in the Electrosensory Lateral Line Lobe of the Gymnotiform Fish. Sternopygus. J. Comp. Neurol. pp. vol.298 237–249. 
  69. ↑ Véxase, por exemplo, http://www.scholarpedia.org/article/Electrolocation.
  70. ↑ P. Moller (1995). Electric Fishes: History and Behavior. Chapman & Hall, Estados Unidos. 

Véxase tamén

editar

Bibliografía

editar
  • Jackson, J.D. (1975). Classical Electrodynamics. John Wiley & Sons, Inc. 2.ª edición. ISBN 978-0-471-43132-9. 
  • Feynman, R. e Leighton, R.B. (1987). Física Vol. II: Electromagnetismo y materia. Addison-Wesley Iberoamericana, cop. ISBN 0-201-06622-X. 
  • Gérardin, Lucien (1968). Bionics. World University Library. ISBN. 
  • Sears, Francis W., Zemansky, Mark W., Young, Hugh D. (2004). Física Universitaria vol. 2 (Electricidad y Magnetismo). Editorial Pearson Educación; Madrid (España). ISBN 970-26-0512-1. 

Outros artigos

editar

Ligazóns externas

editar
Traído desde «https://gl.wikipedia.org/w/index.php?title=Electricidade&oldid=6909477»