Electricidad Básica 1ª parte
Conceptos de Electricidad Básica
Estos artículos tienen la intención de contribuir a la formación y divulgación entre los aficionados y los profesionales del mundo del automóvil, y aliviar en la medida de lo posible la curiosidad en torno a las nuevas tecnologías, acercándoselas con claridad y sencillez de conceptos.elcetricidad_basica_1.pdf
EL ÁTOMO
La teoría electrónica
De acuerdo con la teoría electrónica,
todos los fenómenos eléctricos y electrónicos son causados, bien por el
movimiento de los electrones de un lugar a otro, bien por la
existencia de un número excesivo o insuficiente de electrones en un
determinado lugar y en un instante dado.
Representación de un átomo.
Toda la materia está compuesta de átomos
cuyos tamaños, grados de complejidad estructural y peso pueden ser muy
diferentes, pero todos ellos se parecen en lo referente a su
composición, ya que están formados por un núcleo (que es diferente de
uno a otro átomo entre los correspondientes a los 116 elementos
químicos existentes en la naturaleza o que han sido creados por el
hombre) y de un número variable de electrones que se mueven alrededor
de este núcleo.
La estructura del átomo
Tenemos ahora el átomo más pequeño de la naturaleza, el hidrógeno. Para verlo sería necesario una enorme ampliación.
Si pudiéramos verlo por un microscopio,
aparecería como un sol con un planeta girando alrededor de él. El
“sol” representa el núcleo del átomo y el “planeta” el único electrón
que posee el átomo de hidrógeno.
Este electrón (lo mismo que todos los
que se pueden encontrar en cualquier parte del universo) tiene una
carga negativa de electricidad, mientras el núcleo tiene una carga
positiva.
En todos los átomos, los electrones
cargados negativamente giran alrededor de su núcleo cargado
positivamente a distancias muy grandes si las comparamos con los
tamaños de los núcleos y de los propios electrones, lo que significa
que la mayor parte del volumen que ocupa cualquier átomo, por pequeño
que sea, está formado por espacio vacío.
El núcleo de un átomo contiene a su vez
un cierto número de partículas llamadas “protones”, cada una de las
cuales posee una carga positiva de electricidad (conjuntamente con un
número de otras partículas que no posen carga eléctrica). El número de
protones del núcleo es exactamente igual al número de electrones que
giran en órbitas alrededor de él; la consecuencia es que, en
condiciones normales, el átomo está eléctricamente equilibrado, es
decir, el número de cargas eléctricas positivas es el mismo que el de
negativas.
Corriente eléctrica.
Los componentes de los átomos permanecen
agrupados por el efecto de poderosas fuerzas de atracción existentes
entre el núcleo y sus electrones. Los electrones situados en las
órbitas exteriores de un átomo son atraídos por su núcleo con menos
fuerza que los electrones cuyas órbitas están más cercanas al núcleo.
En ciertos materiales (denominados
conductores eléctricos) estos electrones exteriores están débilmente
ligados al núcleo, que pueden separarse fácilmente de él y quedar
errantes entre los otros átomos, moviéndose fortuitamente.
Estos electrones se denominan electrones
libres, y es precisamente el movimiento de estos electrones libres lo
que constituye la corriente eléctrica.
COMO SE PRODUCE LA ELECTRICIDAD
En los átomos de cada trocito de material
existentes en el universo hay enormes cantidades de electricidad
latente o, por decirlo así, durmiendo. Sin embargo, en tanto que estos
átomos permanezcan “eléctricamente equilibrados”, esta electricidad no
puede ser liberada ni aprovechada en el uso práctico.
Para que esto ocurra es necesario que sea
aplicada de una forma de energía externa a una cantidad dada de
átomos, de modo que separe de su núcleo positivo algunos de sus
electrones negativos. De esta manera, la energía externa aplicada
originará energía eléctrica.
Las seis fuentes de energía externa que
son capaces de separar los electrones negativos de los núcleos
positivos de un átomo son:
- El calor
- El rozamiento
- La acción química
- La luz
- La presión
- El magnetismo
COMO PRODUCE ELECTRICIDAD EL CALOR
La primera fuente de energía externa que
puede separar los electrones de su átomo es el calor y la manera más
usual de aplicar el calor para este fin es aplicarlo en la zona donde
dos metales diferentes están unidos.
Por ejemplo, si se retuercen los extremos
de un hilo de cobre y un hilo de hierro formando una unión, y se
calienta esta unión, aparecerá una carga eléctrica.
El que esta carga sea mayor o menor
dependerá de la diferencia de temperatura entre la unión y los extremos
opuesto de los hilos, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura,
mayor será la carga.
Una unión de este tipo se llama termopar y producirá electricidad mientras se le aplique calor.
Esta relación puede emplearse para la
medida precisa de temperaturas mediante un termopar en el que una de
las uniones se mantiene a una temperatura de referencia conocida (por
ejemplo, un baño de hielo) y la otra se coloca en el lugar cuya
temperatura quiere medirse.
COMO PRODUCE ELECTRICIDAD EL ROZAMIENTO
La segunda fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es el rozamiento.
Si se frotan entre sí materiales
diferentes, se puede conseguir que los electrones que pertenecen a uno
de los dos materiales salgan de sus órbitas, transferirlos al otro
material y retenerlos en él. Naturalmente el material que pierde los
electrones adquiere una carga positiva y el material que los captura,
adquiere una carga negativa.
La distribución resultante de carga eléctrica recibe el nombre de electricidad estática.
Entre los materiales que adquieren
fácilmente electricidad estática se incluyen el vidrio, el ámbar, el
caucho, las ceras, la franela, la seda, el rayón y el nylon.
COMO PRODUCE ELECTRICIDAD LA ACCIÓN QUÍMICA
La tercera fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es la acción química.
La acción o reacción química que tiene lugar en las pilas y baterías se aprovecha en la práctica para producir electricidad.
Cuando dos o más pilas se conectan entre sí se forma una batería.
Observando las partes de una pila y los
electrones, veríamos que el líquido llamado electrolito está expulsando
los electrones de una de las placas y conduciéndolos a la otra placa.
El resultado de esta acción es un exceso de electrones, o carga
negativa, en una de las placas, por lo que el hilo unido a esta placa
se llama Terminal negativo. La otra placa se pierde electrones y se
carga positivamente, por lo que el hilo unido a ella se le denomina
Terminal positivo.
COMO PRODUCE ELECTRICIDAD LA LUZ
La cuarta fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es la luz.
La manera más usual de utilizar la luz
para producir electricidad, consiste en emplear una clase especial de
célula o pila que contiene material fotosensible, el cual tiene la
propiedad de crear una carga eléctrica cuando la luz incide en él.
Esta fotocélula consiste en un conjunto
metálico en forma de disco que s e compone de tres capas de material
diferentes. Una de las capas exteriores es de hierro y la otra está
formada por una película de material a través del cual puede pasar la
luz. La capa interior o intermedia del conjunto está formada por una
aleación de selenio.
COMO PRODUCE ELECTRICIDAD LA PRESIÓN
La quinta fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es la presión.
Cuando hablamos por teléfono o delante de
cualquier otro tipo de micrófono análogo, las ondas de presión de la
energía sonora que la voz genera ponen en movimiento a un diafragma. El
movimiento del diafragma se puede utilizar para generar una carga
eléctrica de la manera siguiente:
Existen en la naturaleza ciertos
materiales cuyos cristales generan una carga eléctrica cuando se ejerce
presión sobre ellos (como ocurre cuando se mueve el diafragma). Son
ejemplos el cuarzo, la turmalina, las sales de Rochelle. Si se colocase
un cristal de uno de estos materiales entre las placas metálicas y se
ejerciese presión sobre las placas de la manera ilustrada en la
figura, aparecerían cargas eléctricas opuestas en las placas. La
cantidad de estas cargas eléctricas dependerá de la magnitud de la
presión ejercida.
COMO PRODUCE ELECTRICIDAD EL MAGNETISMO
La sexta fuente (y la más comúnmente utilizada) de
energía externa que puede separar los electrones de su átomo es el
magnetismo.
El propio magnetismo no se utiliza como
fuente directa de esta energía externa. Son producidas grandes
cantidades de energía eléctrica en las máquinas giratorias llamadas
generadores, en virtud de una acción que tiene lugar entre el devanado
del generados y algunos potentes imanes colocados en éste de manera
apropiada. Como es natural para que el generador entregue energía
eléctrica, debe recibir energía mecánica. Esta energía mecánica puede
serle suministrada mediante una turbina hidráulica, un motor de
combustión interna o una turbina de vapor.
Al girara el generador, hace uso de las
propiedades del magnetismo para la suficiente energía externa al átomo
para separar de él alguno de sus electrones, lo que hace posible la
obtención de la corriente eléctrica.
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