LA ELECTRICIDAD

La electricidad es una forma de energía. Energía es poder... el poder de hacer, de hacer por ejemplo que las cosas se muevan y de hacer que las cosas funcionen.

Para entender qué es la electricidad debemos comenzar con los átomos que son pequeñas partículas muy difíciles de ver, y son con los que está hecho todo a nuestro alrededor.

Un átomo está compuesto por protones, electrones y neutrones. El centro de un átomo, al cual se llama "núcleo", tiene al menos un protón.

Alrededor del núcleo viajan los electrones (en igual cantidad que los protones) a una gran velocidad

Los protones y electrones tienen una propiedad llamada carga, la de los protones es de signo positivo y la de los electrones es de signo negativo. Los neutrones no tienen carga. Los protones y electrones se atraen entre sí porque tienen cargas de distinto signo. En cambio las partículas que tienen cargas del mismo signo se repelen.

La carga global es neutra
La electricidad es un flujo de electrones a través de un medio que sea capaz de permitir su circulación.

En algunos materiales la fuerza que liga los electrones a los átomos es débil y puede vencerse aplicando una pequeña cantidad de energía (por rozamiento, mediante un campo magnético,...).

Si a un átomo se le extrae un electrón queda cargado positivamente (catión).

Si se le añade un electrón, queda cargado negativamente (anión).

La electricidad  se origina por el movimiento de los electrones de algún material conductor. Al igual que los átomos y los imanes, las moléculas de electricidad tienen los  dos tipos de carga, positiva y negativa. Cuando las cargas son de signos opuestos, se  atraen.  Las cargas positivas atraen las cargas negativas, pero si  las cargas son iguales se rechazan entre sí. La electricidad creada por frotación se llama estática y la transmitida por corriente es la electricidad dinámica.

Electricidad estática

Electricidad que aparece en un cuerpo cuando existen en él cargas eléctricas en reposo. Es una "corriente"  eléctrica que  permanece quieta y se produce al frotar o rozar ciertos objetos  que se cargan de energía. Por ejemplo cuando se frota un peine de plástico con lana, o una vara de vidrio con seda, ambos se cargan con  electricidad estática. Para "ver" la electricidad estática, se frota un peine de plástico con una lana y luego se pasa cerca del cabello, este es atraído por la carga eléctrica que tiene el peine y se levanta. En este caso, el cabello funciona como un electroscopio.

El electroscopio, es un instrumento que permite advertir la presencia  de la electricidad en un cuerpo. Está formado por dos laminitas de estaño suspendidas de una barrita metálica que termina en una bola, este conjunto está encerrado en un recipiente de vidrio. Al acercar al objeto cargado de  electricidad la barra, las laminitas se separan porque agarran la carga eléctrica que tiene el objeto.

Electricidad estática en la naturaleza 

En la naturaleza, los materiales pueden tener más o menos carga eléctrica, cuando éstas pasan de un cuerpo a otro, se pueden observar fenómenos eléctricos  naturales. Este es el caso de los rayos en una tormenta. Los rayos se originan al chocar nubes, cargadas de electricidad estática. Cuando contienen poca electricidad se originan los relámpagos, que es un resplandor  instantáneo. Si la carga es muy fuerte se producen los rayos, que son fuertes descargas eléctricas y luego suena el trueno. En una tormenta se suele ver la luz primero y luego se escucha el trueno, esto se debe a que la luz es más veloz que el sonido. 

Como los rayos son cargas eléctricas, son peligrosos.  Un rayo puede partir un árbol por la mitad, tumbar una casa, siempre suelen ser atraído por objetos altos y puntiagudos, debido a esto se inventó el llamado pararrayos. Este es un dispositivo formado por barras metálicas terminadas en punta, unidas entre si, y conectadas a la tierra, para llevar la corriente  hasta el suelo. Se coloca sobre el techo de edificios o casas, para protegerlos.

La electricidad dinámica

Es la circulación permanente de electrones a través de un conductor en forma de corriente eléctrica.  La electricidad dinámica puede ser producida por una energía química y se logra almacenar. Las pilas un buen ejemplo de este almacenamiento de energía eléctrica. Eso es lo que se hace con las pilas y la batería. Las pilas  que se usan en los radios y linternas, por ejemplo, y también las baterías de vehículos, son almacenamientos de electricidad dinámica.

Algunos materiales como los "conductores" tienen electrones libres que pasan con facilidad de un átomo a otro.

Estos electrones libres, si se mueven en una misma dirección conforme saltan de un átomo a átomo, se vuelven en su conjunto, una corriente eléctrica.

Para lograr que este movimiento de electrones se dé en un sentido o dirección, es necesaria una fuente de energía externa.

La corriente eléctrica se mide en Amperios (A) y se simboliza con la letra I.

Tipos de corriente eléctrica

Hay dos tipos de corrientes eléctricas: corriente directa (DC) o corriente continua y corriente alterna (AC).

La corriente directa (DC) siempre fluye en la misma dirección en un circuito eléctrico. Los electrones fluyen continuamente en el circuito del terminal negativo de la batería al terminal positivo. 

Hay otro caso en que el flujo de corriente circula, en forma alternada, primero en un sentido y después en el opuesto. A este tipo de corriente se le llama corriente alterna (AC)

Los tomacorrientes en nuestros hogares proporcionan corriente alterna (AC). Los electrones en el alambre cambian de dirección 60 veces por segundo. A los dispositivos eléctricos que usamos no les importa en qué dirección se están moviendo los electrones, puesto que la misma cantidad de corriente atraviesa un circuito sin importar la dirección de la corriente.

LA GENERACIÓN

Cuando queremos hacer funcionar un aparato eléctrico lo conectamos a un enchufe. Pero, ¿de dónde viene la corriente eléctrica?

La corriente eléctrica es la circulación de electrones Se produce en plantas de generación y luego es conducida a través de gruesos cables, que forman la red de distribución, hasta las subestaciones de transformación y finalmente, por ejemplo, a tu casa.

¿Cómo viaja la electricidad?

Los electrones que circulan alrededor del núcleo del átomo, pueden saltar de un átomo a otro cuando se les aplica una diferencia de potencial eléctrico que se llama voltaje y que se mide en voltios

Cuando los electrones saltan de un átomo a otro en una misma dirección se crea una corriente eléctrica

En algunos materiales (por ejemplo los metales) es fácil hacer mover a los electrones de átomo a átomo; en cambio en otros, como por ejemplo el vidrio, no lo es. Si es fácil mover los electrones de un átomo a otro se dice que el material es conductor. Utilizamos materiales conductores para llevar la electricidad de un lugar a otro.

Los conductores

Los conductores son materiales a través de los cuales la corriente eléctrica viaja con facilidad; por eso decimos que tienen baja resistencia eléctrica.

Los metales son muy buenos conductores, por eso se usan para construir los cables con los cuales se provee a las casas de corriente eléctrica. También es lo que usamos para conectar los aparatos eléctricos a los enchufes de la red eléctrica de nuestras casas. El metal más usado para construir cables de conducción es el cobre.

El agua (como la que sale del caño) es otro buen conductor de la electricidad.

Es muy ¡importante recordar esto, porque nuestro cuerpo está constituido en gran parte de agua (un 70% aproximadamente), entonces la electricidad puede circular fácilmente a través de nosotros. Pero si la electricidad viaja por nuestro cuerpo puede causarnos mucho daño.

Es por eso que los cables eléctricos están recubiertos de algún material de alta resistencia (aislante) como por ejemplo el plástico, para que puedan ser manipulados sin peligro.

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Un circuito eléctrico es el recorrido de la electricidad a través de un conductor, desde la fuente de energía hasta su lugar de consumo. En general podemos clasificar los componentes básicos de los circuitos eléctricos en:

• Fuente de energía: suministran energía eléctrica (tensión) al circuito. 
• Conductores: son los cables que conectan los diferentes elementos de un circuito.
• Interruptores: activan y desactivan los circuitos a voluntad. 
• Receptores: consumen energía eléctrica del circuito que pueden ser  resistencias,       bombillas, motores, timbres, etc.

TIPOS DE CIRCUITOS

Los elementos de un circuito eléctrico pueden conectarse en ser¡e o en paralelo con respecto a la fuente de tensión (pila, batería, etc). Veámoslo con ejemplos:

En el circuito serie los elementos se conectan unos a continuación de otros. La corriente que recorre cada uno de los elementos es la misma. La tensión de la fuente se reparte entre los diferentes elementos y por lo tanto no funcionan eficazmente.

Además, si alguno de los elementos se avería, la corriente se interrumpe y el circuito deja de funcionar.

En el circuito paralelo todos los elementos se conectan a los terminales + y - de la fuente de tensión. 

La tensión que proporciona la fuente sobre cada elemento es la misma, por lo que pueden funcionar eficazmente.Si alguno de los elementos se estropea no impide el funcionamiento del resto de elementos del circuito.

APARATOS ELÉCTRICOS

Se define como “aparato” todo elemento de una instalación destinado a controlar el paso de la energía eléctrica, por ejemplo: interruptores, relés, enchufes, disyuntores, etc. Los parámetros más importantes de considerar para elegir un aparato son la tensión a que debe trabajar y la corriente máxima que puede soportar.

El material que efectúa el contacto y la rapidez con que se establece y desconecta, son claves para determinar la calidad de los componentes eléctricos. Otro aspecto importante de observar es su resistencia mecánica, ya que está relacionada con el tiempo de duración. Como último aspecto, pero no por eso menos importante, debe cuidarse la estética para no desarmonizar con el estilo arquitectónico.

Aparatos de maniobra

Su función es manipular las condiciones de un determinado circuito. Pertenecen a esta clasificación los interruptores, pulsadores, atenuadores y relés.

• Interruptores: Son aparatos que sirven para abrir o cerrar circuitos. 
• Pulsadores: Se trata de un tipo de interruptor que sólo cierra el circuito mientras se mantiene la presión sobre su sistema de accionamiento. Prestan utilidad para el mando de timbres, cerraduras eléctricas y circuitos con relés de tiempo o de maniobra.
• Atenuadores: También conocidos como dimmer, trabajan con un circuito electrónico de regulación de tensión. Este aparato, debido a su principio de funcionamiento, puede regular la luminosidad de una lámpara incandescente en forma gradual hasta lograr la iluminación que se desea. 
• Relés de maniobra: Son interruptores de accionamiento electromagnético que están constituidos por un sistema de accionamiento y uno o más interruptores. 
• Temporizadores: Los relés temporizadores abren o cierran sus contactos después de un cierto tiempo (regulado) de accionado su circuito magnético. Los temporizadores pueden utilizar diferentes sistemas para conseguir el tiempo deseado, por ejemplo: mecanismos de relojería, motores sincrónicos.

Aparatos de conexión

Efectúan la unión de los artefactos o receptores de energía eléctrica. Pertenecen a esta clasificación los tomacorrientes, enchufes, portalámparas y bases para tubos fluorescentes.

• Tomacorriente: Es el punto en el que se toma la energía para artefactos o receptores portátiles. Está constituido por dos o tres terminales metálicos en los que se conecta la línea de alimentación y un soporte aislante. Los hay para instalaciones empotradas, sobrepuestas y volantes, estos últimos utilizados para construir extensiones o alargadores. El parámetro más importante de considerar para la adquisición de estos componentes es su capacidad de corriente.
• Enchufe: Es el medio por el cual el cordón o línea de alimentación de un artefacto se conecta a la red de energía eléctrica. Se fabrican con dos o tres clavijas en un soporte plástico que permite su manipulación sin riesgos para el usuario. Al elegirlo, debe considerarse el valor de corriente que circula por él.
• Portalámparas (socket): Son el soporte y a la vez el medio de conexión de la lámpara con la red de energía. Están formados por un casquillo roscado que sirve de sujeción y lleva un contacto que une uno de los extremos del filamento. En el fondo del casquillo se halla aislado el segundo contacto, que conecta con el otro extremo del filamento cuando la lámpara está roscada a fondo.

ARTEFACTOS ELÉCTRICOS

Se definen como elementos fijos o portátiles de una instalación que consumen energía eléctrica. Los artefactos pueden clasificarse de acuerdo al tipo de principio de funcionamiento, en resistivos o inductivos.

Del tipo resistivo son los utilizados para iluminar y para la calefacción. Los del tipo inductivo son los artefactos que utilizan motores para producir movimiento.

Como los artefactos son muy diversos y en general sus principios de funcionamiento son combinados, sólo daremos algunos ejemplos esquemáticamente.

Las lámparas serán analizadas en el capítulo correspondiente a iluminación.

Todos los artefactos mencionados pueden ser identificados por sus características eléctricas nominales, siendo las más importantes: tensión, corriente, potencia y régimen de trabajo. Con esos datos básicos pueden dimensionarse y proyectarse los circuitos de enchufes en que estos elementos serán conectados.

Podemos clarificarlos de la siguiente manera:

Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Debido a sus múltiples ventajas, entre las que cabe citar su economía, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento, el motor eléctrico ha reemplazado en gran parte a otras fuentes de energía, tanto en la industria como en el transporte, las minas, el comercio, o el hogar.

Un generador es una máquina eléctrica rotativa que transforma  energía mecánicaen energía eléctrica. Lo consigue gracias a la interacción de los dos elementos principales que lo componen: la parte móvil llamada rotor, y la parte estática que se denomina estátor.

Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magnético (actúa como  inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (actúa como inducido).