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Electricidad Los Rayos son un ejemplo de fenómeno eléctrico natural. La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo sig- nificado es ‘ámbar’) [1] es el conjunto de fenómenos físi- cos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléc- tricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción elec- tromagnética o el flujo de corriente eléctrica. La elec- tricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación. [2] La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas: Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléc- tricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos. Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor; se mide en amperios. Campo eléctrico: un tipo de campo electromagné- tico producido por una carga eléctrica incluso cuan- do no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento producen campos magné- ticos. Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide en voltios. Magnetismo: La corriente eléctrica produce cam- pos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica. La electricidad se usa para generar: luz mediante lámparas calor, aprovechando el efecto Joule movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica señales mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes ac- tivos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores. 1 Historia de la electricidad El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico sistemático co- menzó en los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los ingenieros lograron aprovecharla para uso doméstico e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléc- trica la convirtió en la columna vertebral de la sociedad industrial moderna. [3] Mucho tiempo antes de que existiera algún conocimien- to sobre la electricidad, la humanidad era consciente de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos. En textos del Antiguo Egipto que datan del 2750 a. C. se referían a estos peces como “los tronadores del Nilo”, descritos como los “protectores” de los otros peces. Pos- teriormente, los peces eléctricos también fueron descritos por los romanos, griegos, árabes naturalistas y físicos. [4] Autores antiguos como Plinio el Viejo o Escribonio Lar- go, describieron el efecto de adormecimiento de las des- cargas eléctricas producidas por peces eléctricos y rayas eléctricas; además, sabían que estas descargas podían transmitirse por materias conductoras. [5] Los pacientes que sufrían de enfermedades como la gota y el dolor de cabeza se trataban con peces eléctricos con la esperanza de que la fuerte sacudida pudiera curarlos. [6] Posiblemen- te el primer acercamiento al estudio del rayo y su relación con la electricidad, se atribuye a los árabes, que antes del siglo XV tenían la palabra árabe para rayo (raad) aplica- do al rayo eléctrico. 1

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Electricidad

Los Rayos son un ejemplo de fenómeno eléctrico natural.

La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo sig-nificado es ‘ámbar’)[1] es el conjunto de fenómenos físi-cos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléc-tricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenoscomo los rayos, la electricidad estática, la inducción elec-tromagnética o el flujo de corriente eléctrica. La elec-tricidad es una forma de energía tan versátil que tieneun sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte,climatización, iluminación y computación.[2]

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenosy propiedades físicas:

• Carga eléctrica: una propiedad de algunaspartículas subatómicas, que determina suinteracción electromagnética. La materia eléc-tricamente cargada produce y es influida por loscampos electromagnéticos.

• Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento departículas cargadas eléctricamente por un materialconductor; se mide en amperios.

• Campo eléctrico: un tipo de campo electromagné-tico producido por una carga eléctrica incluso cuan-do no se está moviendo. El campo eléctrico produceuna fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayorsea la distancia que separa las dos cargas. Ademáslas cargas en movimiento producen campos magné-ticos.

• Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene uncampo eléctrico de realizar trabajo; se mide envoltios.

• Magnetismo: La corriente eléctrica produce cam-pos magnéticos, y los campos magnéticos variablesen el tiempo generan corriente eléctrica.

La electricidad se usa para generar:

• luz mediante lámparas

• calor, aprovechando el efecto Joule

• movimiento, mediante motores que transforman laenergía eléctrica en energía mecánica

• señales mediante sistemas electrónicos, compuestosde circuitos eléctricos que incluyen componentes ac-tivos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitosintegrados) y componentes pasivos como resistores,inductores y condensadores.

1 Historia de la electricidad

El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desdela antigüedad, pero su estudio científico sistemático co-menzó en los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIXlos ingenieros lograron aprovecharla para uso domésticoe industrial. La rápida expansión de la tecnología eléc-trica la convirtió en la columna vertebral de la sociedadindustrial moderna.[3]

Mucho tiempo antes de que existiera algún conocimien-to sobre la electricidad, la humanidad era consciente delas descargas eléctricas producidas por peces eléctricos.En textos del Antiguo Egipto que datan del 2750 a. C.se referían a estos peces como “los tronadores del Nilo”,descritos como los “protectores” de los otros peces. Pos-teriormente, los peces eléctricos también fueron descritospor los romanos, griegos, árabes naturalistas y físicos.[4]Autores antiguos como Plinio el Viejo o Escribonio Lar-go, describieron el efecto de adormecimiento de las des-cargas eléctricas producidas por peces eléctricos y rayaseléctricas; además, sabían que estas descargas podíantransmitirse por materias conductoras.[5] Los pacientesque sufrían de enfermedades como la gota y el dolor decabeza se trataban con peces eléctricos con la esperanzade que la fuerte sacudida pudiera curarlos.[6] Posiblemen-te el primer acercamiento al estudio del rayo y su relacióncon la electricidad, se atribuye a los árabes, que antes delsiglo XV tenían la palabra árabe para rayo (raad) aplica-do al rayo eléctrico.

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2 2 CONCEPTOS

Michael Faraday relacionó el magnetismo con la electricidad.

En culturas antiguas del mediterráneo se sabía que cier-tos objetos, como una barra de ámbar, al frotarla con unalana o piel podía atraer objetos livianos como plumas.Hacia el año 600 a. C. Tales de Mileto hizo una seriede observaciones sobre electricidad estática, donde creyóque la fricción dotaba de magnetismo al ámbar, al con-trario que minerales como la magnetita, que no necesi-taban frotarse.[7][8][9] Tales se equivocó al creer que laatracción era producida por un campo magnético, aun-que más tarde la ciencia probaría que hay una relaciónentre el magnetismo y la electricidad. De acuerdo a unateoría controvertida, los partos podrían haber conocidola electrodeposición, basándose en el descubrimiento en1936 de la Batería de Bagdad, similar a una celda vol-taica, aunque es incierto si el artefacto era de naturalezaeléctrica.[10]

Mientras la electricidad se consideraba todavía poco másque un espectáculo de salón en el siglo XVII,WilliamGil-bert realizó un estudio cuidadoso de electricidad y mag-netismo, diferenciando el efecto producido por trozos demagnetita, de la electricidad estática producida al frotarámbar.[9] Además, acuñó el término neolatino electricus(que a su vez proviene de ήλεκτρον [elektron], la pala-bra griega para ámbar) para referirse a la propiedad deatraer pequeños objetos después de haberlos frotado.[11]Esto dio alcance al uso de “eléctrico” y “electricidad”,haciendo su primera aparición en 1646 en la publicaciónPseudodoxia Epidemica de Thomas Browne.[12]

Posteriormente, se hicieron nuevas aproximaciones cien-tíficas al fenómeno en el siglo XVIII por investigadoressistemáticos como Henry Cavendish,[13][14] Du Fay,[15]

van Musschenbroek[16] y Watson.[17] Estas observacio-nes empiezan a dar sus frutos con Galvani,[18] Volta,[19]Coulomb[20] y Franklin,[21] y, ya a comienzos del sigloXIX, con Ampère,[22] Faraday[23] y Ohm.[24] No obstan-te, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidadcon el magnetismo como dos manifestaciones de un mis-mo fenómeno llegó hasta la formulación de las ecuacionesde Maxwell en 1865.[25]

Los desarrollos tecnológicos que produjeron la PrimeraRevolución Industrial no hicieron uso de la electrici-dad. Su primera aplicación práctica generalizada fue eltelégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolu-cionó las telecomunicaciones.[26] La generación de elec-tricidad industrialmente comenzó cuando, a fines del sigloXIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles ylas casas. La creciente sucesión de aplicaciones que estaforma de la energía produjo hizo de la electricidad una delas principales fuerzas motrices de la Segunda RevoluciónIndustrial.[27] Este fue un tiempo de grandes inventores,como Gramme,[28] Westinghouse,[29] von Siemens[30] oAlexander GrahamBell.[31] Entre ellos destacaron NikolaTesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria mane-ra de entender la relación entre investigación y mercadocapitalista convirtió la innovación tecnológica en una ac-tividad industrial.[32][33]

2 Conceptos

2.1 Carga eléctrica

Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.

Artículo principal: Carga eléctrica. Véanse tam-bién: Electrón, Protón e Ion.

La carga eléctrica es una propiedad de la materia quese manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión.La carga se origina en el átomo, el cual está compuestode partículas subatómicas cargadas como el electrón y elprotón.[34] La carga puede transferirse entre los cuerpospor contacto directo, o al pasar por un material conduc-tor, generalmente metálicos.[35] El término electricidad

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2.2 Corriente eléctrica 3

estática hace referencia a la presencia de carga en un cuer-po, por lo general causado por dos materiales distintosque se frotan entre sí, transfiriéndose carga uno al otro.[36]

La presencia de carga da lugar a la fuerza electro-magnética: una carga ejerce una fuerza sobre las otras,un efecto que era conocido en la antigüedad, pero nocomprendido.[37] Una bola liviana, suspendida de un hilo,podía cargarse al contacto con una barra de vidrio carga-da previamente por fricción con un tejido. Se encontróque si una bola similar se cargaba con la misma barrade vidrio, se repelían entre sí. Este fenómeno fue inves-tigado a finales del siglo XVIII por Charles-Augustin deCoulomb, que dedujo que la carga se manifiesta de dosformas opuestas.[38] Este descubrimiento trajo el conoci-do axioma “objetos con la misma polaridad se repelen ycon diferente polaridad se atraen”.[37][39]

La fuerza actúa en las partículas cargadas entre sí, y ade-más la carga tiene tendencia a extenderse sobre una super-ficie conductora. La magnitud de la fuerza electromag-nética, ya sea atractiva o repulsiva, se expresa por la leyde Coulomb, que relaciona la fuerza con el producto delas cargas y tiene una relación inversa al cuadrado de ladistancia entre ellas.[40][41] La fuerza electromagnética esmuy fuerte, la segunda después de la interacción nuclearfuerte,[42] con la diferencia que esa fuerza opera sobre to-das las distancias.[43] En comparación con la débil fuerzagravitacional, la fuerza electromagnética que aleja a doselectrones es 1042 veces más grande que la atracción gra-vitatoria que los une.[44]

Las cargas de los electrones y de los protones tienen sig-nos contrarios, además una carga puede expresarse co-mo positiva o negativa. Por convención, la carga que tie-ne electrones se asume negativa y la de los protones,positiva, una costumbre que empezó con el trabajo deBenjamin Franklin.[45] La cantidad de carga se repre-senta por el símbolo Q y se expresa en culombios.[46]Los electrones tiene la misma carga de aproximadamen-te −1.6022×10−19 culombios. El protón tiene una car-ga que es igual y opuesta +1.6022×10−19 coulombios. Lacarga no sólo está presente en la materia, sino también porla antimateria, cada antipartícula tiene una carga igual yopuesta a su correspondiente partícula.[47]

La carga puede medirse de diferentes maneras, un ins-trumento muy antiguo es el electroscopio, que aún se usapara demostraciones en las aulas, ahora superado por elelectrómetro electrónico.[48]

2.2 Corriente eléctrica

Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de car-gas eléctricas. La corriente puede estar producida porcualquier partícula cargada eléctricamente en movimien-to; lo más frecuente es que sean electrones, pero cual-quier otra carga en movimiento se puede definir comocorriente.[49] Según el Sistema Internacional, la intensi-dad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo

Un arco eléctrico permite una demostración de la energía de lacorriente eléctrica.

símbolo es A.[50]

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como unflujo de cargas positivas y se fijó como sentido conven-cional de circulación de la corriente el flujo de cargas des-de el polo positivo al negativo. Más adelante se observó,que en los metales los portadores de carga son electrones,con carga negativa, y que se desplazan en sentido contra-rio al convencional.[51] Lo cierto es que, dependiendo delas condiciones, una corriente eléctrica puede consistir deun flujo de partículas cargadas en una dirección, o inclu-so en ambas direcciones al mismo tiempo. La convenciónpositivo-negativo se usa normalmente para simplificar es-ta situación.[49]

El proceso por el cual la corriente eléctrica circula porun material se llama conducción eléctrica, y su natura-leza varía dependiendo de las partículas cargadas y elmaterial por el cual están circulando. Son ejemplos decorrientes eléctricas la conducción metálica, donde loselectrones recorren un conductor eléctrico, como el me-tal, y la electrólisis, donde los iones (átomos cargados)fluyen a través de líquidos. Mientras que las partículaspueden moverse muy despacio, algunas veces con unavelocidad media de deriva de sólo fracciones de milíme-tro por segundo,[35] el campo eléctrico que las controla sepropaga cerca a la velocidad de la luz, permitiendo quelas señales eléctricas se transmitan rápidamente por loscables.[52]

La corriente producemuchos efectos visibles, que han he-cho que se reconozca su presencia a lo largo de la historia.En 1800, Nicholson y Carlisle descubrieron que el aguapodía descomponerse por la corriente de una pila voltai-ca en un proceso que se conoce como electrólisis; trabajoque posteriormente fue ampliado por Michael Faraday en1833.[53] La corriente a través de una resistencia eléctri-ca produce un aumento de la temperatura, un efecto queJames Prescott Joule estudió matemáticamente en 1840(ver efecto Joule).[53]

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4 2 CONCEPTOS

2.3 Campo eléctrico

Líneas de campo saliendo de una carga positiva hacia un con-ductor plano.

El concepto de campo eléctrico fue introducido porMichael Faraday. Un campo eléctrico se crea por un cuer-po cargado en el espacio que lo rodea, y produce unafuerza que ejerce sobre otras cargas que están ubicadasen el campo. Un campo eléctrico actúa entre dos cargasde modo muy parecido al campo gravitatorio que actúasobre dos masas, y como tal, se extiende hasta el infinitoy su valor es inversamente proporcional al cuadrado de ladistancia.[43] Sin embargo, hay una diferencia importan-te: Mientras la gravedad siempre actúa como atracción, elcampo eléctrico puede producir atracción o repulsión. Siun cuerpo grande como un planeta no tienen carga neta, elcampo eléctrico a una distancia determinada es cero. Porello la gravedad es la fuerza dominante en el universo, apesar de ser mucho más débil.[44]

Un campo eléctrico varía en el espacio, y su fuerza encualquier punto se define como la fuerza (por unidad decarga) que se necesita para que una carga esté inmóvil enese punto.[54] La carga de ensayo debe de ser insignifi-cante para evitar que su propio campo afecte el campoprincipal y también debe ser estacionaria para evitar elefecto de los campos magnéticos. Como el campo eléc-trico se define en términos de fuerza, y una fuerza es unvector, entonces el campo eléctrico también es un vector,con magnitud y dirección. Específicamente, es un campovectorial.[54]

2.4 Potencial eléctrico

El concepto de potencial eléctrico tiene mucha relacióncon el campo eléctrico. Una carga pequeña ubicada en uncampo eléctrico experimenta una fuerza, y para llevar esacarga a ese punto en contra de la fuerza necesitó hacer untrabajo. El potencial eléctrico en cualquier punto se de-fine como la energía requerida para mover una carga deensayo ubicada en el infinito a ese punto.[55] Por lo ge-

El motor eléctrico aprovecha un efecto importante del electro-magnetismo: una corriente a través de un campo magnético expe-rimenta una fuerza en el mismo ángulo del campo y la corriente.

neral se mide en voltios, donde un voltio es el potencialen el que es necesario un julio (unidad) de trabajo paraatraer una carga de un culombio desde el infinito. Estadefinición formal de potencial tiene una aplicación prác-tica, aunque un concepto más útil es el de diferencia depotencial, y es la energía requerida para mover una cargaentre dos puntos específicos. El campo eléctrico tiene lapropiedad especial de ser conservativo, es decir que noimporta la trayectoria realizada por la carga de prueba;todas las trayectorias de dos puntos específicos consumenla misma energía, y además con un único valor de dife-rencia de potencial.[55]

2.5 Electromagnetismo

Se denomina electromagnetismo a la teoría física queunifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una so-la teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pe-ro fueron formulados por primera vez de modo comple-to por Maxwell.[56][57] La formulación consiste en cua-tro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas comoecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo eléc-trico, el campo magnético y sus respectivas fuentes ma-teriales: densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica,desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamien-to.[58]

A principios del siglo XIXØrsted encontró evidencia em-pírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos es-taban relacionados. A partir de esa base Maxwell unificóen 1861 los trabajos de físicos como Ampère, Sturgeon,Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones quedescribían ambos fenómenos como uno solo, el fenómenoelectromagnético.[59]

Se trata de una teoría de campos; las explicaciones

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y predicciones que da se basan en magnitudes físicasvectoriales y son dependientes de la posición en el espacioy del tiempo. El electromagnetismo describe los fenóme-nos físicos macroscópicos en los que intervienen cargaseléctricas en reposo y en movimiento, usando para ellocampos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la ma-teria.

Un circuito eléctrico básico. La fuente de tensión V en la izquier-da proporciona una corriente I al circuito, entregando energíaeléctrica a la resistencia R. De la resistencia, la corriente regresaa la fuente, completando el circuito.

2.6 Circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico es una interconexión de componen-tes eléctricos tales que la carga eléctrica fluye en un ca-mino cerrado, por lo general para ejecutar alguna tareaútil.[60]

Los componentes en un circuito eléctrico puedenser muy variados, puede tener elementos comoresistores, capacitores, interruptores, transformadoresy electrónicos. Los circuitos electrónicos contienencomponentes activos, normalmente semiconductores,exhibiendo un comportamiento no lineal, que requiereanálisis complejos. Los componentes eléctricos mássimples son los pasivos y lineales.[61]

El comportamiento de los circuitos eléctricos que contie-nen solamente resistencias y fuentes electromotrices decorriente continua está gobernado por las Leyes de Kirch-hoff. Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallaseléctricas, estableciendo un sistema de ecuaciones linea-les cuya resolución brinda los valores de los voltajes ycorrientes que circulan entre sus diferentes partes.[62]

La resolución de circuitos de corriente alterna requierela ampliación del concepto de resistencia eléctrica, aho-ra ampliado por el de impedancia para incluir los com-portamientos de bobinas y condensadores. La resoluciónde estos circuitos puede hacerse con generalizaciones delas leyes de Kirchoff, pero requiere usualmente métodosmatemáticos avanzados, como el de Transformada de La-place, para describir los comportamientos transitorios y

estacionarios de los mismos.[62]

3 Propiedades eléctricas de los ma-teriales

29P34/36N

Configuración electrónica del átomo de cobre. Sus propiedadesconductoras se deben a la facilidad de circulación que tiene suelectrón más exterior (4s).

3.1 Origen microscópico

La posibilidad de transmitir corriente eléctrica en losmateriales depende de la estructura e interacción de losátomos que los componen. Los átomos están constitui-dos por partículas cargadas positivamente (los proto-nes), negativamente (los electrones) y neutras (los neu-trones). La conducción eléctrica en los conductores,semiconductores, y aislantes, se debe a los electronesde la órbita exterior o portadores de carga, ya que tan-to los electrones interiores como los protones de losnúcleos atómicos no pueden desplazarse con facilidad.Los materiales conductores por excelencia son metales,como el cobre, que usualmente tienen un único electrónen la última capa electrónica. Estos electrones puedenpasar con facilidad a átomos contiguos, constituyendolos electrones libres responsables del flujo de corrienteeléctrica.[63]

En todos los materiales sometidos a campos eléctricos semodifican, en mayor o menor grado, las distribuciones es-paciales relativas de las cargas negativas y positivas. Estefenómeno se denomina polarización eléctrica y es másnotorio en los aislantes eléctricos debido a que gracias aeste fenómeno se impide liberar cargas, y por lo tanto noconducen, característica principal de estos materiales.[64]

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6 4 PRODUCCIÓN Y USOS DE LA ELECTRICIDAD

3.2 Conductividad y resistividad

Conductor eléctrico de cobre.

La conductividad eléctrica es la propiedad de los mate-riales que cuantifica la facilidad con que las cargas pue-den moverse cuando un material es sometido a un cam-po eléctrico.[65] La resistividad es una magnitud inver-sa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultadque encuentran los electrones en sus desplazamientos,dando una idea de lo buen o mal conductor que es.[63]Un valor alto de resistividad indica que el material esmal conductor mientras que uno bajo indicará que esun buen conductor. Generalmente la resistividad de losmetales aumenta con la temperatura, mientras que la delos semiconductores disminuye ante el aumento de latemperatura.[63]

Los materiales se clasifican según su conductividadeléctrica o resistividad en conductores, dieléctricos,semiconductores y superconductores.

• Conductores eléctricos. Son los materiales que,puestos en contacto con un cuerpo cargado de elec-tricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su su-perficie. Los mejores conductores eléctricos son losmetales y sus aleaciones. Existen otros materiales,no metálicos, que también poseen la propiedad deconducir la electricidad, como son el grafito, las so-luciones salinas (por ejemplo, el agua demar) y cual-quier material en estado de plasma. Para el trans-porte de la energía eléctrica, así como para cual-quier instalación de uso doméstico o industrial, elmetal más empleado es el cobre en forma de cablesde uno o varios hilos. Alternativamente se empleael aluminio, metal que si bien tiene una conducti-vidad eléctrica del orden del 60 % de la del cobrees, sin embargo, un material mucho menos denso,lo que favorece su empleo en líneas de transmisiónde energía eléctrica en las redes de alta tensión. Para

aplicaciones especiales se utiliza como conductor eloro.[66]

• Dieléctricos. Son los materiales que no conducen laelectricidad, por lo que pueden ser utilizados comoaislantes. Algunos ejemplos de este tipo de mate-riales son vidrio, cerámica, plásticos, goma, mica,cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasaspara uso industrial y electrónico y la baquelita. Aun-que no existen materiales absolutamente aislantes oconductores, sino mejores o peores conductores, sonmateriales muy utilizados para evitar cortocircuitos(forrando con ellos los conductores eléctricos, paramantener alejadas del usuario determinadas partesde los sistemas eléctricos que, de tocarse acciden-talmente cuando se encuentran en tensión, puedenproducir una descarga) y para confeccionar aislado-res (elementos utilizados en las redes de distribucióneléctrica para fijar los conductores a sus soportessin que haya contacto eléctrico). Algunos materia-les, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertascondiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo,es aislante a temperatura ambiente y seco pero, bajocondiciones de frecuencia de la señal y potencia re-lativamente bajas, puede convertirse en conductor.

La conductividad se designa por la letra griega sigma mi-núscula ( σ ) y se mide en siemens por metro, mientrasque la resistividad se designa por la letra griega rho mi-núscula (ρ) y se mide en ohms por metro (Ω•m, a vecestambién en Ω•mm²/m).

4 Producción y usos de la electrici-dad

4.1 Generación y transmisión

Hasta la invención de la pila voltaica en el siglo XVIII(Volta, 1800) no se tenía una fuente viable de electrici-dad. La pila voltaica (y sus descendientes modernos, lapila eléctrica y la batería eléctrica), almacenaba energíaquímicamente y la entregaba según la demanda en for-ma de energía eléctrica. La batería es una fuente comúnmuy versátil que se usa para muchas aplicaciones, pero sualmacenamiento de energía es limitado, y una vez descar-gado debe ser recargada (o, en el caso de la pila, reempla-zada). Para una demanda eléctrica mucho más grande laenergía debe generarse y transmitirse continuamente porlíneas de transmisión conductoras.Por lo general, la energía eléctrica se genera mediantegeneradores electromecánicos movidos por el vapor pro-ducido por distintas fuentes de energía primarias, o porel calor generado por reacciones nucleares, o de otrasfuentes como la energía cinética extraída del viento o elagua. La moderna turbina de vapor inventada por CharlesAlgernon Parsons en 1884 genera cerca del 80 % de la

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4.2 Aplicaciones de la electricidad 7

La energía eólica está tomando importancia en muchos países.

energía eléctrica en el mundo usando una gran variedadde fuentes de energía. Este generador no tiene ningún pa-recido al generador de disco homopolar de Faraday, aun-que ambos funcionan bajo el mismo principio electro-magnético, que dice que al cambiar el campo magnéticoa un conductor produce una diferencia de potencial ensus terminales. La invención a finales del siglo XIX deltransformador implicó transmitir la energía eléctrica deuna forma más eficiente. La transmisión eléctrica eficien-te hizo posible generar electricidad en plantas generado-ras, para después trasportarla a largas distancias, dondefuera necesaria.Debido a que la energía eléctrica no puede ser almacena-da fácilmente para atender la demanda a una escala na-cional, la mayoría de las veces se produce la misma can-tidad que la que se demanda. Esto requiere de una bolsaeléctrica que hace predicciones de la demanda eléctrica, ymantiene una coordinación constante con las plantas ge-neradoras. Se mantiene una cierta reserva de capacidadde generación en reserva para soportar cualquier anoma-lía en la red.La demanda de la electricidad crece con una gran rapidezsi una nación se moderniza y su economía se desarrolla.Estados Unidos tuvo un aumento del 12 % anual de lademanda en las tres primeras décadas del siglo XX, unatasa de crecimiento que es similar a las economías emer-gentes como India o China. Históricamente, la tasa de

crecimiento de la demanda eléctrica ha superado a otrasformas de energía.Las preocupaciones medioambientales con la generaciónde energía eléctrica han hecho que la producción se dirijaa las energías renovables, en particular la energía eólica,hidráulica y solar fotovoltaica. Mientras el debate conti-núe sobre el impacto medioambiental de diferentes tiposde producción eléctrica, su forma final será relativamentelimpia.

4.2 Aplicaciones de la electricidad

La electricidad tiene un sinfín de aplicaciones tan-to para uso doméstico, industrial, medicinal y enel transporte. Solo para citar se puede mencionara la electrónica, electrosoldadura, motores eléc-tricos, máquinas frigoríficas, aire acondicionado,electroimanes, telecomunicaciones, electroquímica,electroválvulas, iluminación y alumbrado, producciónde calor, electrodomésticos, robótica, señales luminosas.También se aplica la inducción electromagnética parala construcción de motores movidos por energía eléc-trica, que permiten el funcionamiento de innumerablesdispositivos.

5 Electricidad en la naturaleza

5.1 Mundo inorgánico

5.1.1 Descargas eléctricas atmosféricas

El fenómeno eléctrico más común del mundo inorgáni-co son las descargas eléctricas atmosféricas denominadasrayos y relámpagos. Debido al rozamiento de las partícu-las de agua o hielo con el aire, se produce la creciente se-paración de cargas eléctricas positivas y negativas en lasnubes, separación que genera campos eléctricos. Cuandoel campo eléctrico resultante excede el de ruptura dieléc-trica del medio, se produce una descarga entre dos partesde una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parteinferior de una nube y tierra. Esta descarga ioniza el airepor calentamiento y excita transiciones electrónicas mo-leculares. La brusca dilatación del aire genera el trueno,mientras que el decaimiento de los electrones a sus nive-les de equilibrio genera radiación electromagnética, luz.Son de origen similar las centellas y el fuego de San Tel-mo. Este último es común en los barcos durante las tor-mentas y es similar al efecto corona que se produce enalgunos cables de alta tensión.El daño que producen los rayos a las personas y sus insta-laciones puede prevenirse derivando la descarga a tierra,de modo inocuo, mediante pararrayos.

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8 5 ELECTRICIDAD EN LA NATURALEZA

5.1.2 Campo magnético terrestre

Aurora boreal.

Aunque no se puede verificar experimentalmente, la exis-tencia del campo magnético terrestre se debe casi segu-ramente a la circulación de cargas en el núcleo externolíquido de la Tierra. La hipótesis de su origen en ma-teriales con magnetización permanente, como el hierro,parece desmentida por la constatación de las inversionesperiódicas de su sentido en el transcurso de las eras geo-lógicas, donde el polo norte magnético es remplazado porel sur y viceversa. Medido en tiempos humanos, sin em-bargo, los polos magnéticos son estables, lo que permitesu uso, mediante el antiguo invento chino de la brújula,para la orientación en el mar y en la tierra.El campo magnético terrestre desvía las partículas carga-das provenientes del Sol (viento solar). Cuando esas par-tículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno ynitrógeno de la magnetosfera, se produce un efecto foto-eléctricomediante el cual parte de la energía de la colisiónexcita los átomos a niveles de energía tales que cuandodejan de estar excitados devuelven esa energía en formade luz visible. Este fenómeno puede observarse a simplevista en las cercanías de los polos, en las auroras polares.

5.2 Mundo orgánico

El bioelectromagnetismo (a veces denominado parcial-mente como bioelectricidad o biomagnetismo) es el fe-nómeno biológico presente en todos los seres vivos, in-cluidas todas las plantas y los animales, consistente enla producción de campos electromagnéticos (se mani-fiesten como eléctricos o magnéticos) producidos por lamateria viva ( células, tejidos u organismos). Los ejem-plos de este fenómeno incluyen el potencial eléctricode las membranas celulares y las corrientes eléctricasque fluyen en nervios y músculos como consecuenciade su potencial de acción. No debe confundirse con labioelectromagnética, que se ocupa de los efectos de unafuente externa de electromagnetismo sobre los organis-mos vivos.

5.2.1 Impulso nervioso

Grabado antiguo mostrando la excitación del nervio crural deuna rana mediante una máquina electrostática.

El fenómeno de excitación de los músculos de las patasde una rana, descubierto por Galvani, puso en evidenciala importancia de los fenómenos eléctricos en los orga-nismos vivientes. Aunque inicialmente se pensó que setrataba de una clase especial de electricidad, se verificógradualmente que estaban en juego las cargas eléctricasusuales de la física. En los organismos con sistema ner-vioso las neuronas son los canales por los que se trasmitena los músculos las señales que mandan su contracción yrelajación. Las neuronas también transmiten al cerebrolas señales de los órganos internos, de la piel y de lostransductores que son los órganos de los sentidos, señalescomo dolor, calor, textura, presión, imágenes, sonidos,olores y sabores. Los mecanismos de propagación de lasseñales por las neuronas, sin embargo, son muy diferentesdel de conducción de electrones en los cables eléctricos.Consisten en la modificación de la concentración de ionesde sodio y de potasio a ambos lados de una membrana ce-lular. Se generan así diferencias de potencial, variables alo largo del interior de la neurona, que varían en el tiem-po propagándose de un extremo al otro de la misma conaltas velocidades.

Los pequeños hoyos en la cabeza de este lucio contiene neuro-mastos del sistema de la línea lateral.

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El pez torpedo es uno de los “fuertemente eléctricos”.

5.2.2 Uso biológico

Muchos peces y unos pocos mamíferos tienen la ca-pacidad de detectar la variación de los campos eléctri-cos en los que están inmersos, entre los que se cuentanlos teleósteos, las rayas[67] y los ornitorrincos. Esta de-tección es hecha por neuronas especializadas llamadasneuromastos,[68] que en los gimnótidos están ubicadas enla línea lateral del pez.[69]

La localización por medios eléctricos (electrorrecepción)puede ser pasiva o activa. En la localización pasiva elanimal sólo detecta la variación de los campos eléctricoscircundantes, pero no los genera. Los “peces poco eléc-tricos” son capaces de generar campos eléctricos débilesgracias a órganos y circuitos especiales de neuronas, cuyaúnica función es detectar variaciones del entorno y comu-nicarse con otros miembros de su especie. Los voltajesgenerados son inferiores a 1 V y las características de lossistemas de detección y control varían grandemente deespecie a especie.[70]

Algunos peces, como las anguilas y las rayas eléctricasson capaces de producir grandes descargas eléctricas confines defensivos u ofensivos; son los llamados peces eléc-tricos. Estos peces, también llamados «peces fuertementeeléctricos», pueden generar voltajes de hasta 2000 V ycorrientes superiores a 1 A. Entre los peces eléctricos secuentan los Apteronotidae, Gymnotidae, Electrophoridae,Hypopomidae, Rhamphichthyidae, Sternopygidae,Gymnarchidae, Mormyridae y Malapteruridae.[71]

6 Véase también• Anexo:Países por producción de electricidad

• Anexo:Países por consumo de electricidad

• Alta tensión eléctrica

• Baja tensión eléctrica

• Batería eléctrica

• Cálculo de secciones de líneas eléctricas

• Electrónica

• Ingeniería eléctrica

• Energía eléctrica

• Historia de la electricidad

• Mediciones eléctricas

• Choque Eléctrico

• Sistema de suministro eléctrico

• Tensión (electricidad)

• Termoelectricidad

• Electromecánica

• Nikola Tesla

• Electrosoldadura

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9 Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre ElectricidadCommons.

• Wikiquote alberga frases célebres de o sobreElectricidad. Wikiquote

Wikilibros

• Wikilibros alberga un libro o manual sobreElectricidad.

• Wikcionario tiene definiciones y otra informa-ción sobre electricidad.Wikcionario

• Historia de la tracción eléctrica (consultado el 1 dejulio de 2008).

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12 10 TEXTO E IMÁGENES DE ORIGEN, COLABORADORES Y LICENCIAS

10 Texto e imágenes de origen, colaboradores y licencias

10.1 Texto• Electricidad Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad?oldid=84234485 Colaboradores:Maveric149, Mac, PACO, Loqu, Moriel,Sauron, JorgeGG, Astaffolani, Lourdes Cardenal, ManuelGR, Julie, Robbot, Sanbec, Pirenne~eswiki, Dodo, Sms, Tostadora, Tano4595,Felipealvarez, El Moska, Lnieves, Joselarrucea, Barbol, Feliciano, Porao, Loco085, Angel wiki, Chewie, Benjavalero, Lironcareto, Alexan,Boticario, Deleatur, Soulreaper, Fcrespo, Airunp, JMPerez, YoNkYVb, Zamduy, Yrithinnd, Taichi, Rembiapo pohyiete (bot), MagisterMathematicae, RobotQuistnix, Platonides, Itnas19, Alhen, Superzerocool, Jomra, Yrbot, BOT-Superzerocool, FlaBot, Varano, Vitamine,BOTijo, YurikBot, Mortadelo2005, Icvav, Ferbr1, Willtron, Euratom, Beto29, Gaijin, KnightRider, The Photographer, Aladiah, Ganon,Txo, Eskimbot, Basquetteur, Gnovaro, Ser hop, Marcocat, Maldoror, Er Komandante, Miguelbueno, Chlewbot, Ketamino, Tomatejc, Ma-tiasasb, Boja, Paintman, JEDIKNIGHT1970, Nethac DIU, CEM-bot, Jorgelrm, Laura Fiorucci, JMCC1, Mjuarez, Ignacio Icke, Hispalois,Jjvaca, Eli22, Baiji, Roberpl, Trioptio, Rastrojo, Antur, Jmazu, Dorieo, Rafa606, Thijs!bot, Tortillovsky, Mahadeva, Yeza, RoyFocker,Csoliverez, Ángel Luis Alfaro, LMLM, Botones, Isha, Hanjin, Arcibel, Gusgus, Helena 44, Mpeinadopa, Osiris fancy, JAnDbot, Cmon-tero, Kved, Luis Eduardo Ysabel, Muro de Aguas, Gaius iulius caesar, Gsrdzl, CommonsDelinker, TXiKiBoT, Xosema, Linkedark, Eli-sardojm, Humberto, Netito777, Fixertool, Nioger, Pedro Nonualco, Chabbot, Idioma-bot, Pólux, VolkovBot, Technopat, Belgrano, Mat-drodes, Berfito, DJ Nietzsche, El bart089, BlackBeast, Lucien leGrey, AlleborgoBot, 3coma14, Muro Bot, Edmenb, BotMultichill, Sie-Bot, Aitorzubiaurre, Danielba894, PaintBot, Loveless, Obelix83, Cobalttempest, Drinibot, Bigsus-bot, BOTarate, Marcelo, Ken123BOT,Greek, Aleposta, Javichan, PipepBot, Tirithel, Maxklein, Javierito92, Dnu72, Isaac newton~eswiki, HUB, Jilkou, Antón Francho, Dra-gonBot, Eduardosalg, Botellín, Dvelasquez, Leonpolanco, Pan con queso, Romanovich, Petruss, Poco a poco, Susleriel, BodhisattvaBot,Açipni-Lovrij, Osado, SilvonenBot, Camilo, UA31, AVBOT, Elliniká, J.delanoy, Gizbot, MarcoAurelio, Speedplus, Diegusjaimes, Da-vidgutierrezalvarez, Wdwd, Martin H., Arjuno3, Andreasmperu, Luckas-bot, Roinpa, Manuel cristian, Jotterbot, Vic Fede, William1509,Draxtreme, Ornitododo, Nixón, DSisyphBot, Hejacava007, Carmen monica, ArthurBot, Jefrcast, Ortisa, Manuelt15, Xqbot, Jkbw, Muer-te001, Ubaldodige, Ricardogpn, Bot0811, Bricolador, Kismalac, Igna, Botarel, BenzolBot, Rojasyesid, BOTirithel, TiriBOT, Mono92,TobeBot, DixonDBot, Patriciosalinas, Javyries, Wikipedico wikipedico, Mcalarconraddatz, PatruBOT, KamikazeBot, Ripchip Bot, Tara-wa1943, Nachosan, Jorge c2010, Foundling,Wikiléptico, Miss Manzana, EmausBot, Savh, AVIADOR, Ing.fabian.lopez, Allforrous, SergioAndres Segovia, Ajraddatz, JackieBot, Nudecline, Hamiltha, Emiduronte, Jcaraballo, ChuispastonBot, MadriCR, Albertojuanse, Danes-da, Waka Waka, WikitanvirBot, EdoBot, Metrónomo, XanaG, Lucariomon, KLBot2, TeleMania, XABIEL16, Alexandra vargas montes,Elkingkapo, UAwiki, AvocatoBot, MetroBot, Alberto00p000c, Emo22~eswiki, Acratta, Erandly, Akdkiller, Legobot, Leitoxx, Lautaro97, Balles2601, BallenaBlanca, DARMORALES, Roger de Lauria, Peibol2105, JacobRodrigues, Lagoset, Philips40, Sauron50, Carlito-selmesa, Jfzaa, Batmanysuperman, Sniper kiler1987, JAntonio Fernández, JoseJosete, Jarould, Casanchezgo, Wendy 19999, Daniela ape,HUGOBNRIKO, Aldovatar, Slashi 7, BenjaBot, CARDENALES Lobos, Ricardo A. Morales, Jennifergo y Anónimos: 486

10.2 Imágenes• Archivo:Atomo_di_rame.svg Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Atomo_di_rame.svg Licencia: Public do-main Colaboradores: ? Artista original: ?

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