Electricidad

La palabra electricidad procede del vocablo elektron, con el que se designaba en lengua griega al ámbar, pues ya en la Grecia Clásica se había observado que, al frotar dicha sustancia con un paño, aparecía en ella un estado especial que le permitía atraer cuerpos de pequeño peso. Sin embargo, este descubrimiento no fue desarrollado en épocas posteriores y no se le prestó atención científica hasta el siglo XVI, en el que se realizó una serie de trabajos que, ante la incapacidad de la época para producir energía eléctrica, sólo tuvieron contenido teórico.

Durante los siglos XVII y XVIII, la electricidad se consideró prácticamente un juego de salón, apto para amenizar veladas en las que se electrizaba objetos, admirándose después las atracciones y repulsiones que se manifestaba.

El primer paso importante en la obtención de energía eléctrica lo dio el físico italiano Alessandro Volta, construyendo en 1794 una fuente de electricidad a la que llamó pila, pues la obtuvo apilando una serie de discos de cobre, cinc y carbón, que, al estar empapados en una solución salina, causaban una serie de reacciones químicas de las que procedía la energía eléctrica. Se había dado así un nuevo paso en la conversión de energías, al producirse energía eléctrica a partir de la energía química.

Lo que Volta había conseguido era una corriente eléctrica, es decir, un flujo ordenado de electrones. En la corriente creada por las pilas, ese flujo se producía siempre en el mismo sentido, constituyéndose así la denominada corriente continua. Sin embargo, esta corriente, al ser de escasa potencia, no tenía aplicaciones industriales.

La solución a este problema llegaría en 1821, momento en el que el inglés Michael Faraday inventó el generador electromagnético. En éste, por variación del flujo de un campo magnético a través de una espira, se engendraba una corriente de características diferentes a la continua. Esta nueva forma de la electricidad se denominó corriente alterna y a los aparatos capaces de producirla, basados en la conversión de energía mecánica en energía eléctrica, se les llamó generadores electromagnéticos o alternadores.

A partir de 1850, la energía eléctrica experimentó un desarrollo espectacular, al sustituir con ventajas a la procedente de la combustión del carbón, ya que era limpia y no precisaba almacenamiento. Al mismo tiempo, el propio Faraday diseñaba el primer motor eléctrico, con lo que conseguía convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Por su parte, Joule descubrió la posibilidad de la conversión de energía eléctrica en calorífica; Edison y Swan, casi a la vez y aprovechando el descubrimiento de Joule, idearon el alumbrado por incandescencia, produciendo energía luminosa a partir de la eléctrica y el propio Edison, al inventar el fonógrafo, convirtió energía eléctrica en acústica, lo que fue empleado por Bell para crear el teléfono. Finalmente, Faraday descubrió el fenómeno de la electrolisis y las leyes que lo rigen, recorriendo así el camino inverso al realizado por Volta: la conversión de energía eléctrica en química.

La nota histórica anterior es suficientemente explícita de las aplicaciones de la electricidad. Es impensable una industria moderna, un domicilio o unas telecomunicaciones sin energía eléctrica. Además, la moderna tecnología, dadas las aportaciones de la electrónica y de la informática, realza el valor de esta fuente energética. Conseguir electricidad abundante y barata es la meta de las investigaciones de toda la comunidad científica.

Formulario de electricidad

Magnitudes eléctricas básicas

Magnitud

Unidad en el S.I.

Símbolo

Carga

Culombio

C

Intensidad

Amperio

A

Resistencia

Ohmio

Tensión

Voltio

V

Fuerza electromotriz

Voltio

V

Capacidad

Faradio

F

Energía

Julio

J

Potencia

Watio

W

Electrostática

Ley de Coulomb

(q y q’ = Valor de las cargas; k = constante = 8,98 · 109 N · m2 /C (en el S.I.); d = distancia entre las cargas). También, k = 1/ 4· , donde = permitividad del vacío

Potencial eléctrico (V)

(q = Carga creadora del campo; d = Distancia a ella)

Módulo del campo eléctrico (E)

(q = Carga creadora del campo; d = Distancia a ella)

Flujo eléctrico ( ) a través de una superficie

(E = Campo eléctrico; = Ángulo que forma y la normal a la superficie; dS = Elemento diferencial de la superficie)

Teorema de Gauss

(q = Carga neta; = constante dieléctrica del medio)

Energía potencial eléctrica (Ep)

(q = Carga creadora del campo; q’ = Carga inmersa en el campo: d = Distancia entre ambas cargas). Así se define la energía potencial de una carga q’ en función de la carga creadora del campo q.

Energía potencia eléctrica (Ep)

Ep = q’ · VA

(q’ = Carga, situada en el punto A, y cuya energía potencial se desea; VA = potencial en el punto A)

Capacidad de un conductor

(q = Carga del conductor aislado; V = Potencial del conductor)

Capacidad de un conductor esférico

(R = Radio del conductor)

Capacidad de un condensador de placas planas

(S = Superficie de una placa; d = Distancia entre placas)

Capacidad de un condensador esférico

(a = Radio de la superficie esférica interior; b = Radio de la superficie esférica exterior)

Capacidad de un condensador cilíndrico

(h = Altura de los cilindros; b = Radio del cilindro exterior; a = Radio del cilindro interior)

Energía de un condensador cargado (E)

(Q = Carga del condensador; C = Capacidad del condensador; V = Potencial entre armaduras del condensador)

Asociación de condensadores en serie

(C = Capacidad equivalente; C1 , C2, ..., Cn = Capacidades de los condensadores asociados)

Asociación de condensadores en paralelo: C = C1+ C2 + ...+ Cn

Electrodinámica

Resistencia de un conductor (R)

( = Resistividad (constante que depende del material y de la temperatura); l = Longitud del conductor; S = Sección del conductor)

Asociación de resistencias en serie

R = R1 + R2+...+Rn

(R = Resistencia equivalente; R1, R2, .., Rn= Resistencias asociadas)

Asociación de resistencias en paralelo

Intensidad eléctrica (I)

(q = Carga; t = Tiempo)

Ley de Ohm

(V = Tensión)

Trabajo de una corriente eléctrica (W)

W = I2 · R · t (*)

(t = Tiempo)

Potencia de una corriente eléctrica (P)

P = I2 · R (*)

P = I · V (*)

Ley de Joule

Q = 0,24 · I2 · R · t (*)

(Q = Calor, expresado en calorías)

Fuerza electromotriz (E)

Potencia de un generador (P)

P = I · E

Ley de Ohm en circuitos

(R = Resistencia óhmica; r = Resistencia interna del generador)

Ley de Ohm generalizada

( Suma algébrica de fuerzas electromotrices y contraelectromotrices; = Suma de resistencias óhmicas e internas)

Reglas de Kirchoff

(regla de los nudos)

(regla de las mallas)

(*): Aplicable cuando el elemento de circuito considerado es sólo una resistencia.