No sabés qué es la electricidad?
De donde sale?
Cómo se controla?
Aquí van algunos tips para empezar a entender....
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Señales Eléctricas
Las producen aparatos que convierten la fuente de información primaria (existente en forma de otro tipo de energía, por ejemplo, sonora o luminosa) en pequeñas corrientes eléctricas. Un micrófono, por ejemplo, convierte el sonido en una corriente eléctrica, cosa que hace, en cambio, con los datos la unidad de entrada de un ordenador. Esas corrientes, que constituyen una señal, se transmiten entonces a través de cables o, tras su conversión en ondas de radio, mediante enlaces de radio. Al llegar a un receptor adecuado, son susceptibles de manipulación electrónica -para reducir la distorsión de la señal, por ejemplo-, tras lo cual se amplifican para que puedan hacer funcionar un dispositivo de salida, como un altavoz, un televisor o el registrador de datos de un ordenador.
Hay dos tipos de señal eléctrica; analógica y digital. Las señales analógicas varían continuamente, en cuanto a voltaje o corriente, de acuerdo con las variaciones de la fuente de información primaria; las señales eléctricas, por ejemplo, producidas por un micrófono, son «copias» eléctricas de las ondas sonoras originales. Las señales digitales no son continuas, sino que se componen de numerosos incrementos repentinos de corriente eléctrica producidos entre dos niveles de voltaje (uno de los cuales puede ser cero). En la grabación digital de sonido,por ejemplo, la amplitud de la onda sonora se mide miles de veces por segundo, convirtiéndose cada vez en una señal de código binario, constituida por rápidas ráfagas de encendido y apagado de corriente. En su reproducción, la secuencia resultante de señales de código de amplitud digital se convierte de nuevo en una serie de señalesanalógicas, capaces de accionar un altavoz.
Un ordenador utiliza las señales digitales de otro modo. Forman códigos binarios que representan los números, letras y símbolos, que componen los datos informativos de entrada y las distintas instrucciones del programa. En el procesador central del ordenador, los códigos de datos se someten a procesos de aritmética binaria o se comparan entre sí para obtener los resultados exigidos por el programa.
En la electrónica moderna, las señales eléctricas pueden procesarse de dos maneras: haciéndolas pasar por artilugios semiconductores (del tipo de transistores) o convirtiéndolas en un haz de electrones, como en el caso de la formación de imagen en un televisor (que emplea también semiconductores).
Semiconductores Eléctricos
Son sustancias (como el silicio y el germanio) cuya resistencia eléctricaes un término medio entre la de los conductores y los aisladores. Tienen esa resistencia intermedia debido a que tienen unos pocos electrones libres, que pueden pasar de átomo a átomo; a diferencia de los conductores, que tienen muchos electrones libres, y de los aisladores, que no tienen ninguno.
Los semiconductores utilizados en los aparatos electrónicos están ((impurificados» para que cambien sus propiedades eléctricas. Esa impurificación consiste en la introducción de diminutos vestigios de otros elementos en el retículo cristalino del semiconductor. Tanto el silicio como el germanio tienen cuatro electrones exteriores por átomo; impurificándolos con un elemento que tenga cinco electrones exteriores, como el fósforo, queda libre el quinto electrón, con lo que el semiconductor tiene un electrón de más. Se conoce entonces como un semiconductor tipo n (tipo negativo), porque los electrones tienen una carga negativa.
Si se impurifican con un elemento que tenga sólo tres electrones exteriores, como el boro, se produce una malla cristalina con espacios conocidos como agujeros, que ocupan fácilmente los electrones libres. Este tipo de semiconductor carece de eletrones libres, lo que equivale a un exceso de cargas positivas y decimos que es del tipo p.
Si un pedazo de semiconductor tipo n se junta a otro del tipo p, el elemento resultante recibe el nombre de diodo de unión p-n. Si se conecta entonces ese diodo a una pila, uniendo la terminal negativa al semiconductor tipo n y la terminal positiva al tipo p, pasa una corriente por la unión. La fuerza electromotriz (fem) de la pila obliga a que los electrones libres del material tipo n pasen la unión y entren en el de tipo/?, donde llenan los agujeros. De una unión como ésta se dice que tiene polarización directa.
Si la pila está conectada en el sentido opuesto, el borne positivo con el semiconductor tipo n y el negativo con el de tipo p, los electrones libres del material tipo n son obligados a alejarse de la unión. Como no hay electrones libres en el semiconductor tipo p que los sustituyan, no hay paso de corriente a través de la unión, y se dice que tiene polarización inversa. En la práctica, pasa una corriente debilísima, porque se liberan unos pocos electrones debido a que la pila calienta la unión.
Al ofrecer gran resistencia al paso de la corriente en una dirección y poquísima a la que pasa en dirección opuesta, los diodos actúan como rectificadores. Se utilizan, por lo tanto, para rectificar la corriente alterna que proporciona la red eléctrica y producir la corriente continua que necesitan aparatos del tipo de las radios y televisores.
Fotoelectricidad
Cuando algunos tipos de radiación electromagnética -particularmente la luz visible, la radiación ultravioleta y los rayos X- chocan con ciertas sustancias (sobre todo metales, como el cinc), la superficie de éstas emite electrones; este fenómeno recibe el nombre de efecto fotoeléctrico. Esos electrones se pueden recoger mediante una pieza de metal sometida a un potencial eléctrico más alto que el de la sustancia emisora, y, si se conectan las dos estableciendo un circuito, se produce en el mismo una corriente eléctrica; llamada corriente fotoeléctrica, aunque no es diferente de una corriente ordinaria, exceptuando su método de obtención. El efecto fotoeléctrico ejemplifica la conversión de la luz en energía eléctrica.
Los detalles de las interacciones que constituyen el efecto fotoeléctrico son complejos, pero, enuncia dos simplemente, la emisión de electrones se produce como resultado directo de una colisión habida entre un fotón de radiación electromagnética y un electrón de la superficie de la sustancia dada.
El efecto fotoeléctrico se aplica a fines prácticos en las células fotoeléctricas, que detectan la presencia de luz o miden su intensidad en aparatos del tipo de los exposímetros fotográficos. Uno de los tipos principales es el de célula de selenio que, en su forma básica, se compone de una capa exterior de metal delgado transparente, una capa de barrera delgada (también transparente) y una capa interna de selenio (elemento que emite electrones al ser expuesto a la luz visible). La luz pasa por las dos capas exteriores y, al tocar el selenio, le hace emitir electrones, que pasan entonces, a través de la capa de barrera, hasta la capa externa de metal. Se produce, en consecuencia, una pequeña diferencia de potencial entre el selenio y el metal en cuestión, que puede servir para producir una débil corriente eléctrica, cuya fuerza depende directamente de la intensidad de la luz incidente.
El otro tipo básico de fotocélula es el de fotorresistencia. Los instrumentos de este tipo suelen hacerse de materiales semiconductores (como el silicio), que emiten electrones al dar en ellos la luz, con el resultado de que disminuye su resistencia eléctrica.
Los cinco paneles solares que sobresalen como alas de este ingenio espacial están compuestos por hileras de cientos de células fotosensibles de selenio, cada una de las cuales genera una pequeñacorriente fotoeléctrica al ser expuesta a la luz. Aunque hay gran número de celdillas solares, la cantidad total de electricidad generada por ellas es insuficiente para cubrir las necesidades del ingenio espacial, por lo que se requieren otras fuentes de energía, tales como pilas de combustible.
Termoelectricidad
Si se conectan en forma de lazo dos alambres de metales diferentes y se mantienen las uniones a temperaturas distintas, surge una corriente débil. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Seebeck (por Thomas Seebeck, el físico alemán que lo descubrió en 1821), y es un ejemplo de efecto termoeléctrico: es decir, de una conversión directa de calor en electricidad. La corriente es producida por una fuerza electromotriz (fem) termoeléctrica, generada entre las uniones, que se crea a su vez al existir en los dos metales electrones (los portadores de cargas) de niveles energéticos diferentes. La fem termoeléctrica es sumamente débil (del orden de unas milésimas de voltio), y también la corriente resultante.
Al aumentar la diferencia de temperaturas entre los empalmes, la fem termoeléctrica aumenta al principio, después alcanza un máximo a determinada diferencia de temperaturas (llamada temperatura neutra), específica de los metales empleados, y por último disminuye si se sigue aumentando la temperatura.
Como la fem termoeléctrica varía según la diferencia de temperatura, el efecto Seebeck puede servir de base a un termómetro. Manteniendo una de las juntas a una temperatura constante conocida (normalmente de 0 °C) y colocando la otra en el medio cuya temperatura se necesita saber, se puede utilizar la magnitud de la fem termoeléctrica para averiguar la temperatura desconocida. Los termómetros que utilizan el efecto Seebeck pueden medir temperaturas con gran precisión.
Si las dos juntas del circuito termoeléctrico básico están a la misma temperatura y se añade unabatería al circuito, una de ellas se calienta y la otra se enfría. Este fenómeno -llamado efecto Peltier (por Jean Peltier, físico francés que lo descubrió en 1834)- es la inversa del efecto Seebeck. Además, si se invierte el sentido de la corriente se invierten también los efectos producidos en las dos uniones, por lo que la unión que se había calentado al principio, se enfría, y viceversa. Vemos así que el efecto Peltier establece una diferencia respecto al efecto normal de calentamiento de Joule, que se produce al pasar una corriente por un alambre, puesto que el efecto Joule genera siempre calor en todas las partes del circuito, en independencia del sentido de la corriente.
Piezoelectricidad
Si se someten a presión ciertos tipos de cristales asimétricos(especialmente el cuarzo y la sal de la Rochela: tartrato sódico potásico), produciéndose de formación, las superficies opuestas de los cristales adquieren cargas eléctricas opuestas, fenómeno llamado efectopiezoeléctrico. Si la presión se sustituye por una tensión, cambian los signos de las caras respectivas -por ejemplo, la cara que tenía carga positiva cuando el cristal estaba comprimido, se vuelve negativa cuando el cristal está sometido a una tensión-. Como resultado de la separación de las cargas, un cristal piezoeléctrico sometido a una carga genera un pequeño voltaje, capaz de producir una débil corriente en un circuito. Los cristales que generan la piezoelectricidad presentan también el efecto opuesto: se deforman si se aplica un voltaje.
En la práctica, el efecto piezoeléctrico se aplica en los tocadiscos de pastilla de cerámica y en los micrófonos dinámicos. En un micrófono dinámico, las ondas sonoras producen movimientos en una membrana, que deforma un cristal piezoeléctrico, produciéndose así un voltaje variable.
La piezoelectricidad se emplea también para controlar y mantener las vibraciones de los cristales. Al vibrar un cristal piezoeléctrico, el voltaje variable que produce se utiliza también para producir una corriente que, a su vez, puede emplearse en el mantenimiento de la vibración del cristal. La frecuencia de esa vibración es excepcionalmente constante en el caso de algunos cristales piezoeléctricos, por ejemplo, los de cuarzo. Ésa es la razón principal del empleo de cristales de cuarzo como base de relojes y otros instrumentos de extraordinaria precisión.
Bobina de Inducción
Consiste de hecho en un transformador elevador modificado para que funcione con corriente continua. El circuito primario, que incluye normalmente una batería, se conecta y desconecta repetidamente mediante un mecanismo de «contacto y corte» similar al del timbre eléctrico. Al hacer «corte», la corriente -y con ella el campo magnético- baja rápidamente. El voltaje inducido en el circuito secundario es relativamente grande, particularmente si el devanado secundario lleva un gran número de vueltas.
Que es un Transformador
Un transformador es un aparato que convierte los voltajes bajos en voltajes altos (transformador elevador) o los altos en bajos (transformador reductor). Funciona sólo con corriente alterna. Se compone de un núcleo de hierro, que lleva dos devanados aislados entre sí. La corriente de entrada, del devanado primario, produce un campo magnético variable en el núcleo que induce un voltaje variable en el devanado secundario, o de salida. La razón del voltaje de salida al de entrada es igual a la razón del número de vueltas de alambre del devanado secundario con respecto del número de vueltas del primario.
En la transmisión de fuerza eléctrica de un lugar a otro se pierde menos fuerza por calentamiento empleando un voltaje grande y una corriente menor. Por esa razón, la transmisión de alto voltaje es mucho más eficiente que la de voltajes bajos. Por la misma razón, la electricidad que producen las plantas eléctricas se eleva a los voltajes altos antes de pasarla a los tendidos conductores. Ya en su destino, se suele reducir bastante antes de su empleo. Los cambios de voltaje se consiguen utilizando transformadores.
Que es el Dinamo
La aplicación más importante de la inducción electromagnéticaes la dinamo. Es un aparato que convierte energía mecánica (rotacional) en energía eléctrica, mediante la inducción de corriente en bobinas de alambre que se hacen girar en un campo magnético. Al girar las bobinas, se abren camino a través de las líneas magnéticas, primero en un sentido y después en el opuesto. Cada vez que cambia el sentido, lo hace la dirección de la corriente inducida, produciéndose así una corriente alterna.La corriente se extrae de las bobinas mediante dos colectores y las escobillas correspondientes. Este aparato en su conjunto se denomina dinamo de corriente alterna o alternador.
En una dinamo de corriente continua, la corriente alterna producida por las bobinas se convierte en corriente continua, utilizando un sistema diferente para «recoger» la corriente. Se emplea un solo anillo con dos intersticios, llamado anillo hendido. Al invertirse la corriente en las bobinas, las muescas dejan atrás las escobillas inviniendo de hecho las conexiones de los alambres y permitiendo que la corriente siga fluyendo en el mismo sentido.
Un micrófono de bobina móvil funciona también basado en el principio de la inducción electromagnética. Las ondas sonoras que impactan un diafragma lo hacen vibrar, estando el diafragma sujeto a una pequeña bobina situada en el campo de un imán. Al moverse el diafragma lo hace también la bobina, induciéndose en ella un voltaje variable. Sólo hay que tomar y amplificar la pequeña corriente variable resultante.
Efecto Motor
Si una corriente eléctrica pasa por un alambre puesto a través de un campo magnético se produce una fuerza en el alambre, que, si no está bien sujeto,se mueve. Ése es el principio del motor eléctrico, llamado también efecto motor. La fuerza motriz producida depende de la fuerza del campo y de la corriente, y de la longitud del alambre y de su orientación dentro del campo. Se produce el máximo de fuerza cuando el alambre es perpendicular al campo. La dirección de la misma (respecto de la corriente y el campo) se expresa en la regla de la mano izquierda, enunciada por Fleming.
En un motor eléctrico, la corriente pasa por unas bobinas de alambre, que pueden girar libremente sobre un eje situado dentro de un campo magnético. El efecto motor origina en el alambre unas fuerzas que producen un par motor, o de torsión, en tomo al eje que hace girar al conjunto formado por éste y las bobinas. En los motores pequeños suministran el campo magnético imanes permanentes; en los grandes, se utilizan electroimanes.
Emplean el mismo principio los galvanómetros, que constituyen la base de la mayoría de los instrumentos que miden la intensidad de la corriente y el voltaje, pero contienen un resorte o un alambre de torsión que se opone a la rotación de las bobinas y el eje. Esa rotación se detiene cuando el par de torsión debido al efecto motor se equilibra exactamente con el efecto contrario, que ofrecen el resorte o el alambre de torsión. Cuanto más fuerte es la corriente, más tiempo tarda el eje en cesar su rotación. El ángulo recorrido en esa rotación es una medida de la corriente que pasa por las bobinas. En un altavoz de bobina móvil, una corriente variable pasa por una bobina dealambre situada dentro de un campo magnético. El efecto motor produce un movimiento en la bobina, que está sujeta a un cono de cartón o plástico. Los movimientos resultantes en ese cono hacen vibrar el aire inmediato, creando ondas sonoras.
Este gigantesco motor eléctrico de una planta petroquímica nos presenta un estator de casi 5 metros de diámetro. El motor entero pesa más de 80 toneladas y produce 5,8 megavatios de potencia mecánica (equivalentes a 7800 CV al freno), que mueven a una enorme compresora
La Inducción Electromagnética
Si hacemos que un conductor se mueva a través de un campo magnético, se produce una corriente eléctrica en ese conductor. Este fenómeno, llamado de inducción electromagnética, es en varios sentidos la inversa del efecto motor. Es un modo de producir la electricidad completamente diferente al de las pilas y acumuladores (cuya fuente de energía está en unas reacciones químicas). En la inducción electromagnética, la fuente de la energía es el trabajo mecánico que hay que hacer para que se mueva el conductor. Es también la única manera práctica existente por ahora de producir electricidad en grandes cantidades.
El voltaje inducido depende de la fuerza del campo, la longitud del conductor que se mueve dentro de él y la velocidad a que lo hace. Cuando aumenta alguna de estas magnitudes, aumenta el voltaje inducido. El voltaje depende además de la orientación del conductor dentro del campo y de la dirección en que se mueve. El voltaje máximo se produce cuando el conductor se mueve en perpendicular al campo. La dirección de la corriente inducida, respecto de las direcciones del movimiento y del campo, se deduce de la regla de la mano derecha, deFleming.
Que es la Electrólisis
Es la descomposición química que sufren algunas sustancias al pasar por ellas unacorriente eléctrica. La sustancia a descomponer -el electrólito- suele ser una solución acuosa. La corriente entra o sale de ella por placas metálicas, o de carbono, llamadas electrodos: entra por el ánodo (placa positiva) y sale por el cátodo (placa negativa). En una solución acuosa la mayoría de los ácidos, bases y sales se disocian en forma de iones, que son los que conducen la corriente. Se pueden ionizar también, y emplear como electrólitos, sales y álcalis fundidos.
Un ejemplo típico es la electrólisis de una solución de sulfato de cobre, empleando electrodos de platino. Tanto el sulfato de cobre como el agua se disocian en forma de iones. Al aplicar un voltaje entre los electrodos, los iones positivos sufren una atracción hacia la placa que tiene carga negativa (cátodo) y los negativos hacia la placa de carga positiva (ánodo). Ese flujo de iones constituye la corriente eléctrica. Junto al ánodo, los iones hidroxílicos negativos (OH" del agua pierden (cada uno) un electrón para combinarse en pares, formando átomos de agua y oxígeno; los átomos de oxígeno se combinan por pares y forman moléculas de oxígeno, que surgen en forma de burbujas de gas. En el cátodo, los iones de cobre (Cu2+) ganan dos electrones (cada uno), produciéndose átomos de cobre, que se depositan en forma de una delgada capa de cobre muy puro.
La electrólisis de la solución de sulfato de cobre se emplea, a escala comercial, para purificar el cobre. Se usan como ánodos grandes placas de cobre impuro, formando los cátodos delgadas láminas de cobre puro. Al pasar la corriente, se desprende cobre de los ánodos, para depositarse en forma pura sobre los cátodos. Las impurezas se acumulan en forma de sedimento en el tanque de galvanoplastia.
La electrólisis es el único método comercial de extracción de alumino de su óxido, la alúmina. El mineral de alúmina (bauxita) se funde con otros dos minerales, la criolita y la fluorita, y electroliza mediante electrodos de cobre. Haciendo que el fondo del homo constituya el cátodo, se forma en él un depósito de aluminio, que se retira a intervalos regulares. Como este proceso necesita muchísima electricidad, la fundiciones de aluminio suelen situarse en lugares donde hay fuerza hidroeléctrica barata.
La Galvanoplastia
El acero u otros metales baratos se pueden revestir con una delgada capa de otro metal, para mejorar suresistencia a la corrosión o su aspecto. Las defensas de los automóviles suelen estar revestidas de cromo, y los cubiertos, de plata, o de níquel o cromo (cosa más económica).
Ese revestimiento suele efectuarse mediante una aplicación de la electrólisis llamada galvanoplastia. El artículo a revestir forma el cátodo del baño galvánico, y constituye normalmente el ánodo un trozo del metal derevestimiento. Mediante una técnica adecuada, se puede conseguir una capa de revestimiento delgadísima y a la vez muy uniforme. En el revestimiento de otros metales se pueden emplear también aleaciones del tipo del latón.
Las cajas exteriores de los tostadores de pan eléctricos -hechas de acero- están niqueladas, para mejorar su aspecto y hacerlas más resistentes a la corrosión. Lagalvanoplastia (revestimiento con capas metálicas) es una aplicación de laelectrólisis; entre otras, están la extracción de metales reactivos o preciosos (como el aluminio o el oro) y el refinado de otros, como el cobre, hasta darles un alto grado de pureza, para su empleo como conductores eléctricos.
Alumbrado Eléctrico
Alumbrado y Calefacción Eléctricos
Alumbrado y Calefacción Eléctricos
Alumbrado y calefacción eléctricos. Cuando pasa una corriente eléctrica continua o alterna por una resistencia, se produce calor: es el efecto calentador de Joule. Al pasar una corriente fuerte por una resistencia grande se produce más calor que con una corriente débil y una resistencia baja. Ese calor se aprovecha mediante una combinación de conducción,convección y radiación. En una estufa eléctrica doméstica, la radiación es lo más importante; en un calentador de inmersión, lo es la convección; y una cocina o almohadilla eléctrica calienta, principalmente por conducción.
El elemento calentador de un radiador eléctrico (una resistencia) se pone al rojo. En una bombilla, el filamento de volframio se pone a un blanco incandescente, alcanzando una temperatura de unos 2 500 °C. Sin embargo, en una bombilla de filamento ordinaria sólo se emite como luz aproximadamente un diez por ciento de la energía eléctrica (el resto se pierde en forma de calor). Los tubos fluorescentes son más eficientes. La corriente es transportada por electrones e iones positivos que chocan con los átomos de gas que contiene el tubo, haciéndoles emitir luz ultravioleta, que activa a su vez el revestimiento fluorescente del interior del tubo.
Acumulador de Plomo
Las Baterías o Acumuladores
Las Baterías o Acumuladores
Con determinadas combinaciones de electrodos y electrólito, es posible rejuvenecer la pila cuando se agota, devolviéndola a su estado original, haciendo que entre una corriente en ella, en el sentido opuesto. Se utiliza una fuente externa de voltaje, por ejemplo un cargador de baterías, para hacer entrar una corriente por el borne positivo y sacarla por el negativo.
Una pila susceptible de ser cargada de ese modo se denomina batería o acumulador. Dos tipos particularmente importantes son el acumulador o batería de plomo y el acumulador alcalino de ferroníquel (Edison). El primero tiene unos electrodos consistentes en placas de óxido de plomo y de plomo sumergidas en ácido sulfurico; las placas son grandes y están muy próximas entre sí, lo que produce una resistencia interna muy baja. Su fem es de unos 2 voltios. Un juego de seis pilas como ésta, dispuestas en serie, compone la familiar batería de coche de 12 voltios, capaz de proporcionar una corriente hasta de 200 amperios durante poco tiempo. El segundo tipo emplea un cátodo de hidróxido de níquel, un ánodo de hierro, y como electrólito una solución de hidróxido de potasio. Hay también baterías recargables pequeñas de níquel-cadmio, con un electrólito alcalino. Las baterías alcalinas suministran corrientes de sólo 1,2 a 1,5 voltios, pero duran más que las baterías de plomo. Son además más ligeras y resistentes.
Rendimiento y Coste
Las pilas (y baterías) convierten la energía química en energía eléctrica con un rendimiento aproximado del 90%, mucho mayor que la de cualquier otro método de producción de electricidad, incluida la combustión de combustibles fósiles (como el carbón y el petróleo) de las centrales eléctricas convencionales. Pero el coste de laelectricidad procedente de pilas es mucho mayor, porque los medios químicos son caros. La investigación actual se plantea cómo emplear los combustibles fósiles o sus derivados para generar la electricidad por vía química en las llamadas pilas de combustible.
Un acumulador se puede recargar conectándolo a una fuente exterior de corriente continua. Sobre los electrodos se forman burbujas de hidrógeno y oxígeno (izquierda), mezcla potencialmente explosiva, por lo que la carga debe efectuarse siempre en un lugar bien ventilado.
Pilas de Combustible
En la pila simple, el electrodo de cinc termina deshaciéndose, aparecen en el electrólito iones de cinc, y el elemento pierde hidrógeno en forma de gas (por el electrodo de cobre). Si fuese posible reponer la pérdida de hidrógeno, eliminar de la solución los iones de cinc y reponer el electrodo de cinc mientras funciona la pila, ésta no se agotaría. Ése es el principio de la pila de combustible: una pila simple, abastecida continuamente con un combustible químico conforme se va usando.
En una pila de combustible, se alimenta un electrodo con hidrógeno, o combustible líquido, y el otro con oxígeno o aire. En el tipo de hidrógeno y oxígeno (con electrodos de níquel poroso) el hidrógeno llega al electrólito en forma de iones positivos y al salir deja en el electrodo electrones con carga negativa, convirtiéndolo en cátodo. Los iones pasan por el electrólito hasta el otro electrodo (abastecido de oxígeno), en el que se combinan con el oxígeno, produciendo agua. Al hacerlo, toman electrones de ese electrodo, dejándole una carga positiva neta y convirtiéndolo así en el ánodo de la pila. Una pila de hidrógeno-oxígeno invierte básicamente la electrólisis del agua (consistente en que una corriente eléctrica la disocia en hidrógeno y oxígeno).
Una pila de combustible esquemática (izquierda) emplea hidrógeno gaseoso como combustible. Se bombean hidrógeno y oxígeno a unos electrodos hechos de una «esponja» (en verde) de níquel poroso, que están en contacto con una solución circulante de electrólito de hidróxido de potasio (KOH). El hidrógeno y el oxígeno se combinan, formando agua, que sale de la pila en forma de vapor con el hidrógeno sobrante. El vehículo alunizador del Apolo y su «coche» eléctrico obtenían necesariamente toda su fuerza eléctrica de paneles solares, baterías y pilas de combustible.
Pilas y Baterías
Una pila consume gradualmente el combustible químico que contiene, y no se puede recargar. La pila Daniell original, por ejemplo, se compone de una placa de cobre y otra de cinc sumergidas en un electrólito de ácido sulfúrico diluido. El cinc se disuelve lentamente, formando iones de cinc, que dejan tras sí electrones en la placa de cinc, que por lo mismo adquiere una carga negativa. Junto a la placa de cobre, los iones de hidrógeno con carga positiva (existentes en el ácido) se neutralizan al adquirir electrones del cobre. Se libera hidrógeno en forma de burbujas gaseosas y el cobre queda con carga positiva. Si se conecta un tramo de alambre entre los electrodos, hay una corriente de electrones que va del cátodo al ánodo.
Ese dispositivo, llamado pila simple, tiene varias desventajas (como la polarización, que detiene el paso de la corriente al cabo de poco tiempo), habiéndose desarrollado sistemas más complejos. Uno de ellos es la pila de Leclanché, que ha evolucionado hasta dar la pila seca de Leclanché; que es nuestra familiar pila de linterna. Tiene la ventaja de utilizar sólo componentes secos o en forma de pasta, lo que la hace más fácil de transportar y almacenar.Entre otros tipos está la pila Weston (de cadmio), importante en la estandarización de otras fuentes de corriente, y las pilas de mercurio y las de óxido de plata. Todas ellas funcionan con el mismo principio.
En un electrodo se produce una oxidación química, formándose como resultado una carga negativa. En el otro electrodo se produce una reducción, que agota las cargas negativas, dejando en él una carga positiva neta. Se desarrolla entonces una fuerza electromotriz (fem) entre los electrodos y, si se conectan con un alambre, fluye una corriente. Todas esas pilas tienen una duración limitada: terminan al completarse el proceso respectivo de oxidación o reducción. En una pila simple, por ejemplo, la reacción termina forzosamente cuando se ha disuelto todo el cinc. Por esa razón es limitada la energía total que la pila puede producir: su capacidad. Las «pilas patrón
» nunca se utilizan como fuentes de corriente; su voltaje sólo es estándar a un consumo de corriente bajo.
La fem de una pila depende de la composición química de los electrodos y el electrólito, y no de su tamaño. En cambio, el tamaño de la pila afecta a su capacidad. Unos electrodos grandes y un gran volumen de electrólito le dan a una pila gran capacidad; es decir, producirá corriente durante más tiempo. La corriente que puede producir una pila depende en parte de su resistencia interna, que depende a su vez crucialmente del tamaño y separación de los electrodos. Una pila de electrodos grandes y contiguos tiene una resistencia interna baja, por lo que es capaz de producir una corriente mayor.
Circuitos de Corriente Alterna
Cuando se aplica un voltaje alterno a un circuito eléctrico, se produce una corriente alterna de la misma frecuencia. Sin embargo, la intensidad de esa corriente es diferente de la que resulta al emplear el voltaje de una corriente continua, y es también distinto el comportamiento del circuito.
Cuando circula una corriente alterna, las resistencias no son los únicos componentes del circuito que «se oponen» al flujo de la corriente. Lo hacen también otros, como los condensadores y los inductores (con una propiedad llamada reactancia). La diferencia principal es que, mientras la corriente que circula por una resistencia produce calor, la que lo hace por un componente con reactancia no lo produce. Las resistencias y las reactancias presentan empleos distintos. Una estufa eléctrica tiene que ofrecer obviamente resistencia; en cambio, en muchas aplicaciones de la electrónica es negativa la producción de calor, teniendo mucha importancia los componentes reactantes.
En general, los distintos componentes de un circuito de corriente alterna tienen a la vez resistencia y reactancia. La resistencia total de un circuito a la circulación de la corriente recibe el nombre de impedancia. A mayor impedancia, menor es la corriente; y a menor impedancia, mayor corriente.
Los circuitos de corriente alterna exigen símbolos adicionales, correspondientes a condensadores, inductores y otros componentes, como los diodos
Circuitos de Corriente Alterna 2
En un circuito de corriente continua, la corriente y el voltaje están siempre en fase entre sí. Por lo tanto, si sube el voltaje, la corriente sube al mismo tiempo; si el voltaje baja, lo hace también la corriente. No ocurre siempre así con la corriente alterna. La corriente y el voltaje pueden estar fuera de fase, normalmente en diferentes magnitudes en los distintos componentes. En un condensador la corriente se adelanta al voltaje; un aumento de éste va precedido de un aumento de la corriente. En un inductor, la corriente sigue al voltaje. La cantidad de adelanto o retraso depende de lo que se acerquen al ideal sus componentes reales. En una resistencia, la corriente y elvoltaje de una corriente alterna están siempre en fase entre sí, como en un circuito de corriente continua.
Circuitos de Corriente Alterna 3
Resonancia en los Circuitos de Corriente Alterna
Cuando se conectan en serie una resistencia, un inductor y un condensador, el circuito resultante tiene una impedancia que depende de las resistencias y de las reactancias de los distintos componentes. La impedancia varía con la frecuencia, alcanzando un mínimo en una frecuencia determinada, llamada frecuencia resonante. En ese punto, la impedancia eficaz del circuito está al mínimo, y por lo mismo, la comente está al máximo. Siendo así, se puede «ajustar » un circuito de ese tipo a una frecuencia determinada, para que dé una gran corriente a esa frecuencia, y muy pequeña en todas las demás frecuencias. Este fenómeno se llama resonancia eléctrica.
La resonancia eléctrica forma la base de los circuitos sintonizadores de los receptores de radio y televisión, que pueden tener un condensador y un inductor en serie o -más comúnmente- en paralelo. El circuito selecciona justo una de las muchas señales que llegan a la antena, dejando pasar una corriente alta a esa frecuencia, e ignorandolas demás. La frecuencia seleccionada se puede variar alterando el tamaño de la condensación del circuito, que por esa razón suele adoptar la forma de un condensador variable.
En un circuito de corriente alterna sólo las resistencias (rojas) tienen el voltaje en fase con la corriente (negra). El voltaje de corriente alterna que atraviesa un inductor (verde) se retrasa con respecto de la corriente, mientras que el de un condensador (azul) se le adelanta
Que es Potenciómetro
Un potenciómetro es una resistencia variable, como la que se emplea para el control de volumen de un receptor de radio. En el laboratorio se emplea una forma de potenciómetro para hallar -comparar- la fuerza electromotriz (fem) de los elementos de una batería u otras fuentes de potencial de corriente continua.Consiste en una batería que envía una corriente constante por un circuito, que incluye un tramo recto (normalmente un metro) de cable desnudo de alta resistencia. El potencial (o voltaje) disminuye a lo largo del cable uniformemente de un extremo a otro. Por lo tanto, la diferencia de potencial existente entre un extremo del cable y un contacto movible se puede modificar aplicando el contacto en distintos puntos del tramo de alambre. Si el contacto se sitúa en una posición tal que la diferencia de potencial es la misma que la fem de otro elemento, ese elemento se puede conectar de manera que las dos fuentes de voltaje se opongan entre sí.
Como consecuencia, no existe corriente efectiva alguna y, si conectamos un galvanómetro con los elementos, estará a cero. Si quitamos entonces el segundo elemento y lo sustituimos por otro, hará falta un tramo de equilibrio diferente (la longitud de cable necesaria para que el galvanómetro señale una corriente igual a cero). La razón de las longitudes de los tramos de equilibrio es la razón de las fem de los dos elementos, y si conocemos una de las fem (por ejemplo, utilizando un elemento estándar), podemos calcular la otra.
Resistencias en Serie y Paralelo
Si se unen varias resistencias extremo con extremo, se dice que están conectadas en serie. La resistencia equivalente se averigua sumando simplemente las resistencias de los componentes. La corriente que salga de uno debe pasar al otro; esa corriente no puede cambiar o desaparecer, de no ser que el cable se ramifique; por esa razón la corriente es la misma en cada resistencia.
Pero si el cable de conexión de un circuito se ramifica, y la corriente circula en dos líneas separadas a través de dos resistencias diferentes antes de reempalmarse, se dice que las resistencias están conectadas en paralelo. Cuando la corriente llega al punto de derivación, se divide, circulando parte de ella por cada rama. Eso es más sencillo que hacer pasar toda la corriente por una sola de las resistencias, y por lo mismo la resistencia equivalente del circuito es menor que cualquiera de las resistencias que lo componen. (La recíproca de la resistencia equivalente es igual a la suma de las recíprocas de las resistencias componentes.) Otros circuitos resistivos más complicados constituyen una combinación de resistencias en serie y resistencias en paralelo.
La resistencia total de una combinación de resistencias depende de cómo estén conectadas: en serie o en paralelo
Que es La Ley de Ohm
Resistencia y Ley de Ohm
Una resistencia que necesita una gran diferencia de potencial para que una corriente dada pase por ella ofrece claramente más oposición que otra que necesita una diferencia de potencial pequeña. Esa oposición se define como la diferencia de potencial entre sus extremos dividida por la intensidad de corriente que fluye por la resistencia. Cuando la resistencia es constante, la corriente que pasa por un conductor es proporcional a la diferencia de potencial entre sus extremos. Esta relación recibe el nombre de ley de Ohm.
Todos los conductores ofrecen por lo menos alguna resistencia, pero no todos obedecen a la ley de Ohm. Una bombilla eléctrica ordinaria, por ejemplo, no lo hace. La razón de ello es que al aumentar la corriente que pasa por el filamento de la bombilla, éste se calienta más, y en los metales (los filamentos son de metal) el calentamiento provoca un aumento de resistencia.
Velocidad de la Corriente Eléctrica
Aunque un conductor no lleve corriente eléctrica, la energía térmica que posee hace inevitablemente que los electrones libres se muevan por él al azar (a velocidades de hasta 106 m/s). Cuando se aplica una diferencia de potencial o tensión, las cargas libres adquieren una velocidad de deriva que se superpone a sus movimientos al azar. Esa velocidad de deriva es baja, del orden de unos milímetros por segundo, por lo que una carga tardaría varios minutos en recorrer un cable de un metro de longitud. Pero una señal eléctrica, en su conjunto, es extremadamente rápida: puede llegar a (300 millones de metros por segundo), la velocidad de la luz.Se debe a que pasa directamente de un electrón a otro cuando chocan. Esas colisiones son frecuentes en extremo en los metales, porque sus electrones «conductores» tienen libertad de movimiento, y hay infinidad de ellos.
La ley de Ohm afirma que la resistencia es igual a la diferencia de potencial o tensión dividida por la intensidad de corriente. En la gráfica, diferencia de potencial e intensidad de corriente forma una línea recta, cuya pendiente es igual a la resistencia
La Corriente Continua
Corriente continua es la que pasa por un circuito en el mismo sentido todo el tiempo. Corriente alterna es la que cambia de sentido a intervalos regulares, normalmente muchas veces por segundo. En el caso de una corriente alterna de una intensidad determinada, cada segundo pasa la misma cantidad de carga, independientemente del sentido existente en cualquier momento dado. En la mayoría de los países de Europa, la corriente eléctrica de uso doméstico es corriente alterna de 50 Hz, lo que significa que la corriente circula alternativamente en un sentido y en el opuesto 50 veces cada segundo.
Circuito Eléctrico Simple
Si se conecta una resistencia a los terminales de una batería mediante cables de cobre, surge una corriente. La corriente se compone de electrones con carga negativa, que pasan por los cables y la resistencia del borne negativo hasta el positivo de la batería y luego por la batería misma, del borne positivo al negativo. Equivale en sus efectos a un flujo de cargas positivas en dirección opuesta, es decir, desde el borne positivo a través de los cables y la resistencia hasta el borne negativo. Convencionalmente decimos que la corriente va en sentido positivo- negativo fuera de la batería y en sentido negativo- positivo dentro de ella.
Una corriente eléctrica consiste en un movimiento de cargas eléctricas. La cantidad de carga que pasa por segundo por un punto fijo del circuito recibe el nombre de intensidad de corriente, y se mide en amperios. La diferencia de potencial suministrada por una batería o pila es su fuerza electromotriz (fem), medida en voltios. A mayor fem, mayor es la corriente que pasa. Hay una diferencia de potencial, o tensión, que cae en la resistencia, la cual se opone al paso de la corriente; esa oposición, que también se llama resistencia, se mide en ohmios. El potencial es mayor al entrar la corriente en la resistencia que al salir de ella.
Un circuito eléctrico simple, con una batería y una resistencia extrema, se puede comparar con una bomba que hace circular agua p o r un tubo cerrado que tiene un estrechamiento (A). La corriente de agua es constante, existiendo una diferencia de presión entre ambos lados del estrechamiento. En el circuito eléctrico equivalente (B), la batería hace de bomba, y la espiral de cable -una resistencia es análoga a la parte angosta del tubo en A; hay una diferencia de potencial entre ambos lados. La corriente circula desde el borne positivo de la batería, a través de la espiral, y regresa al borne negativo. El diagrama C utiliza signos convencionales para representar el mismo circuito, añadiendo un amperímetro (que mide la corriente en circulación por el circuito) y un voltímetro (que mide la diferencia de potencial que cae en la resistencia). Consideramos convencionalmente que la corriente circula del borne positivo al negativo, aunque el flujo real de los electrones se produce en el sentido opuesto.
El Potencial Eléctrico
Cuando un conductor cargado se conecta mediante un alambre metálico a un conductor no cargado, algunas cargas pasan del primero al segundo. Las cargas del primer conductor tienen energía potencial, que reducen transfiriéndola al segundo conductor. Se dice entonces que el primer conductor tiene un potencial, o voltaje, más alto que el segundo.
Cuando se conectan entre sí objetos cargados, pasan cargas positivas de los de potencial alto a los de bajo, y pasan cargas negativas de los de potencial bajo a los de alto, modificando así los potenciales de los objetos respectivos. Y la carga sigue pasando hasta que tienen todos el mismo potencial. En general, cuanto mayor es ladiferencia de potencial que hay entre dos objetos, más fácilmente pasan las cargas de uno a otro. Como referencia, se considera que la tierra tiene potencial cero, por lo que todos los objetos conectados con tierra se ponen también a potencial cero (tanto si están cargados como si no lo están).
Al frotar politeno con un trapo, el politeno adquiere un potencial positivo y el trapo otro negativo, en comparación con tierra. Esa diferencia de potencial es, desde luego, muy pequeña. Para producir diferencias de potencial grandes se emplean varios tipos de generadores electrostáticos. Un tipo muy importante y útil es el generador de Van de Graaff, muy utilizado en los laboratorios de investigación como acelerador de iones y electrones.
El pararrayos tiene una punta en espiga unida a un grueso cable de cobre, que baja por el exterior del edificio hasta morir en una placa metálica enterrada en el suelo. La nube de tormenta, con carga negativa, situada directamente encima, induce una carga positiva en las espigas del pararrayos (y una carga negativa en la plancha enterrada en el suelo). Una corriente de iones positivos, que se forma hacia arriba sobre el pararrayos, constituye una carga espacial, que reduce la tensión eléctrica formada entre la nube y el edificio.