Electricidad

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Electricidad

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La electricidad (del griego őģőĽőĶőļŌĄŌĀőŅőĹ elektron, cuyo significado es √°mbar) es un fen√≥meno f√≠sico cuyo origen son las cargas el√©ctricas y cuya energ√≠a se manifiesta en fen√≥menos mec√°nicos, t√©rmicos, luminosos y qu√≠micos, entre otros.[1] [2] [3] [4] Se puede observar de forma natural en fen√≥menos atmosf√©ricos, por ejemplo los rayos, que son descargas el√©ctricas producidas por la transferencia de energ√≠a entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte). Otros mecanismos el√©ctricos naturales los podemos encontrar en procesos biol√≥gicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas m√°quinas, desde peque√Īos electrodom√©sticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y de todos los dispositivos electr√≥nicos.[5] Adem√°s es esencial para la producci√≥n de sustancias qu√≠micas como el aluminio y el cloro.

Tambi√©n se denomina electricidad a la rama de la f√≠sica que estudia las leyes que rigen el fen√≥meno y a la rama de la tecnolog√≠a que la usa en aplicaciones pr√°cticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes el√©ctricas por inducci√≥n ‚ÄĒfen√≥meno que permite transformar energ√≠a mec√°nica en energ√≠a el√©ctrica‚ÄĒ se ha convertido en una de las formas de energ√≠a m√°s importantes para el desarrollo tecnol√≥gico debido a su facilidad de generaci√≥n y distribuci√≥n y a su gran n√ļmero de aplicaciones.

La electricidad en una de sus manifestaciones naturales: el rel√°mpago.

La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas.[6]

La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico, denominado electromagnetismo, descrito matemáticamente por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una carga eléctrica produce un campo magnético, la variación de un campo magnético produce un campo eléctrico y el movimiento acelerado de cargas eléctricas genera ondas electromagnéticas (como en las descargas de rayos que pueden escucharse en los receptores de radio AM).[7]

Debido a las crecientes aplicaciones de la electricidad como vector energético, como base de las telecomunicaciones y para el procesamiento de información, uno de los principales desafíos contemporáneos es generarla de modo más eficiente y con el mínimo impacto ambiental.

Historia de la electricidad

Artículo principal: Historia de la electricidad
Michael Faraday relacionó el magnetismo con la electricidad.
Configuración electrónica del átomo de cobre. Sus propiedades conductoras se deben a la facilidad de circulación que tiene su electrón más exterior (4s).

La historia de la electricidad como rama de la f√≠sica comenz√≥ con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones m√©dicas, como el uso de peces el√©ctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueol√≥gicos de interpretaci√≥n discutible (la bater√≠a de Bagdad).[8] Tales de Mileto fue el primero en observar los fen√≥menos el√©ctricos cuando, al frotar una barra de √°mbar con un pa√Īo, not√≥ que la barra pod√≠a atraer objetos livianos.[2] [4]

Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por investigadores sistemáticos como Gilbert, von Guericke, Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère, Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).

Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos, como Lord Kelvin, fue éste el momento de grandes inventores como Gramme, Westinghouse, von Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial. Tesla, un inventor serbio-americano, descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, que es la base de la maquinaria de corriente alterna. También inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía a la sociedad moderna.

El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin definió el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets.[9] La sociedad de consumo que se creó en los países capitalistas dependió (y depende) en gran medida del uso doméstico de la electricidad.

El desarrollo de la mecánica cuántica durante la primera mitad del siglo XX sentó las bases para la comprensión del comportamiento de los electrones en los diferentes materiales. Estos saberes, combinados con las tecnologías desarrolladas para las transmisiones de radio, permitieron el desarrollo de la electrónica, que alcanzaría su auge con la invención del transistor. El perfeccionamiento, la miniaturización, el aumento de velocidad y la disminución de costo de las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la conformación de la sociedad de la información de la tercera revolución industrial, comparable en importancia con la generalización del uso de los automóviles.

Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a largas distancias y la autonom√≠a de los aparatos m√≥viles alimentados por electricidad todav√≠a no han sido resueltos de forma eficiente. Asimismo, la multiplicaci√≥n de todo tipo de aplicaciones pr√°cticas de la electricidad ha sido ‚ÄĒjunto con la proliferaci√≥n de los motores alimentados con destilados del petr√≥leo‚ÄĒ uno de los factores de la crisis energ√©tica de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de nuevas fuentes de energ√≠a, especialmente las renovables.

Electrost√°tica y electrodin√°mica

Artículos principales: electrostática y electrodinámica

La electrost√°tica es la rama de la f√≠sica que estudia los fen√≥menos resultantes de la distribuci√≥n de cargas el√©ctricas en reposo, esto es, del campo electrost√°tico.[1] Los fen√≥menos electrost√°ticos son conocidos desde la antig√ľedad. Los griegos del siglo V a. C. ya sab√≠an que al frotar ciertos objetos estos adquir√≠an la propiedad de atraer cuerpos livianos. En 1785 el f√≠sico franc√©s Charles Coulomb public√≥ un tratado donde cuantificaba las fuerzas de atracci√≥n y repulsi√≥n de cargas el√©ctricas est√°ticas y describ√≠a, por primera vez, c√≥mo medirlas usando una balanza de torsi√≥n. Esta ley se conoce en su honor con el nombre de ley de Coulomb.

Durante el siglo XIX se generalizaron las ideas de Coulomb, se introdujo el concepto de campo eléctrico y potencial eléctrico, y se formuló la ecuación de Laplace, que determina el potencial eléctrico en el caso electrostático. Se produjeron también avances significativos en la electrodinámica, que estudia los fenómenos eléctricos producidos por cargas en movimiento. En estos fenómenos aparecen asimismo campos magnéticos, que pueden ser ignorados en el caso de circuitos con corriente eléctrica estacionaria, pero deben ser tomados en cuenta en el caso de circuitos de corriente alterna.

Finalmente, en 1864 el f√≠sico escoc√©s James Clerk Maxwell unific√≥ las leyes de la electricidad y del magnetismo en un sistema de cuatro ecuaciones en derivadas parciales conocidas como ecuaciones de Maxwell. Con ellas se desarroll√≥ el estudio de los fen√≥menos el√©ctricos y magn√©ticos, mostrando que ambos tipos son manifestaciones del √ļnico fen√≥meno del electromagnetismo, que inclu√≠a tambi√©n a las ondas electromagn√©ticas.[10]

Carga eléctrica

Artículo principal: Carga eléctrica
Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.

La carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que se manifiesta mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interacción electromagnética. La partícula que transporta la información de estas interacciones es el fotón. Estas fuerzas son de alcance infinito y no se manifiestan de forma inmediata, sino que tardan un tiempo t = \frac{d}{c}, donde c es la velocidad de la luz en el medio en el que se transmite y d la distancia entre las cargas.

Las dos part√≠culas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma natural en la Tierra son el electr√≥n y el prot√≥n, aunque pueden encontrarse otras part√≠culas cargadas procedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el prot√≥n y el neutr√≥n) adem√°s, est√°n constituidos por part√≠culas cargadas m√°s peque√Īas llamadas quarks, sin embargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza.

Cuando un átomo gana o pierde un electrón, queda cargado eléctricamente. A estos átomos cargados se les denomina iones.

Los trabajos de investigación realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel de Física Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electrón, y de Robert Millikan a medir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga eléctrica.[11]

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga el√©ctrica se denomina culombio (s√≠mbolo C) y se define como la cantidad de carga que pasa por una secci√≥n en 1 segundo cuando la corriente el√©ctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de 6,24 √ó 1018 electrones aproximadamente. La carga m√°s peque√Īa que se encuentra en la naturaleza es la carga del electr√≥n (que es igual en magnitud a la del prot√≥n y, de signo opuesto): e = 1,602 √ó 10-19 C (1 eV en unidades naturales).

Fuerza entre cargas

Artículo principal: Ley de Coulomb

Coulomb fue el primero en determinar, en 1785, el valor de las fuerzas ejercidas entre cargas eléctricas.[12] Usando una balanza de torsión determinó que la magnitud de la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las magnitudes de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.[13]

F = k \frac{\left|q_1\right| \cdot \left|q_2\right|}{r^2} \,\!

donde q1 y q2 son las cargas, r es la distancia que las separa y la constante de proporcionalidad k depende del sistema de unidades.

Una propiedad fundamental de estas fuerzas es el principio de superposición que establece que, cuando hay varias cargas qj, la fuerza resultante sobre una cualquiera de ellas es la suma vectorial de las fuerzas ejercidas por todas las demás. La fuerza \overrightarrow {F_i} ejercida sobre la carga puntual qi en reposo está dada en el SI por:

\overrightarrow {F_i} = 9 \cdot 10^9 \cdot q_i \cdot \sum_{j \ne i} q_j \cdot \frac {\overrightarrow {r_{ij}}}{r_{ij}^3}.

donde \overrightarrow {r_{ij}}=\overrightarrow {r_{i}}-\overrightarrow {r_{j}} denota el vector que une la carga qj con la carga qi.

Cuando las cargas están en movimiento aparecen también fuerzas magnéticas. La forma más sencilla de describir el fenómeno es con el uso de campos eléctrico (\vec E) y magnético (\vec B), de los que a su vez se pueden derivar las fuerzas a partir de la fórmula de Lorentz:

\vec F = q(\vec E + \vec v \times \vec B)

En el caso general de cargas distribuidas de manera arbitraria, no es posible escribir expresiones explícitas de las fuerzas. Hay que resolver las ecuaciones de Maxwell, calcular los campos y derivar las fuerzas a partir de las expresiones de la energía electromagnética.[14]

Campos eléctrico y magnético

Líneas de campo de dos cargas eléctricas de igual valor absoluto y signos opuestos.
Artículos principales: campo eléctrico y campo magnético

Los campos el√©ctrico (\vec E) y magn√©tico (\vec B), son campos vectoriales caracterizables en cada punto del espacio y cada instante del tiempo por un m√≥dulo, una direcci√≥n y un sentido. Una propiedad fundamental de estos campos es el principio de superposici√≥n, seg√ļn el cual el campo resultante puede ser calculado como la suma vectorial de los campos creados por cada una de las cargas el√©ctricas.

Se obtiene una descripción sencilla de estos campos dando las líneas de fuerza o de campo, que son curvas tangentes a la dirección de los vectores de campo. En el caso del campo eléctrico, esta línea corresponde a la trayectoria que seguiría una carga sin masa que se encuentre libre en el seno del campo y que se deja mover muy lentamente.

Normalmente la materia es neutra, es decir, su carga eléctrica neta es nula. Sin embargo, en su interior tiene cargas positivas y negativas y se localizan corrientes eléctricas en los átomos y moléculas, lo cual da lugar a campos eléctricos y magnéticos. En el caso de dos cargas opuestas se generan campos dipolares, como el representado en la figura de la derecha, donde las cargas de igual magnitud y signos opuestos están muy cercanas entre sí. Estos campos dipolares son la base para describir casos tan fundamentales como los enlaces iónicos en las moléculas, las características como disolvente del agua, o el funcionamiento de las antenas entre otros.

Los campos eléctricos y magnéticos se calculan resolviendo las ecuaciones de Maxwell, siendo magnitudes inseparables en general.

Electromagnetismo

Artículo principal: Electromagnetismo
Fluido ferroso que se agrupa cerca de los polos de un im√°n o magneto.

Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez de modo completo por Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.

A principios del siglo XIX √ėrsted encontr√≥ evidencia emp√≠rica de que los fen√≥menos magn√©ticos y el√©ctricos estaban relacionados. A partir de esa base Maxwell unific√≥ en 1861 los trabajos de f√≠sicos como Amp√®re, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describ√≠an ambos fen√≥menos como uno solo, el fen√≥meno electromagn√©tico.[11]

Se trata de una teoría de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales y son dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la materia. Para la descripción de fenómenos a nivel molecular, atómico o corpuscular, es necesario emplear las expresiones clásicas de la energía electromagnética conjuntamente con las de la mecánica cuántica.

Ecuaciones de Maxwell, en su forma diferencial
Nombre de la ley Forma diferencial
Ley de Gauss \nabla \cdot \mathbf{D} = \rho_f
Ley de Gauss para el magnetismo
o inexistencia del monopolo magnético
\nabla \cdot \mathbf{B} = 0
Ecuación de Maxwell-Faraday
(ley de Faraday)
\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t}
Ley de Ampère-Maxwell \nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{J}_f + \frac{\partial \mathbf{D}} {\partial t} UNIQ4ef3a9ee460d1c89-math-0000004D-QINU

Las ecuaciones de Maxwell describen los campos el√©ctricos y magn√©ticos como manifestaciones de un solo campo electromagn√©tico. Adem√°s, explican la naturaleza ondulatoria de la luz como parte de una onda electromagn√©tica.[15] Al contar con una teor√≠a unificada consistente que describiera estos dos fen√≥menos antes separados, se pudieron realizar varios experimentos novedosos e inventos muy √ļtiles, como el generador de corriente alterna inventado por Tesla.[16] El √©xito predictivo de la teor√≠a de Maxwell y la b√ļsqueda de una interpretaci√≥n coherente con el experimento de Michelson y Morley llev√≥ a Einstein a formular la teor√≠a de la relatividad, que se apoyaba en algunos resultados previos de Lorentz y Poincar√©.

Esta unificaci√≥n es fundamental para describir las relaciones que existen entre los campos el√©ctricos variables que se utilizan en la vida diaria ‚ÄĒcomo la corriente alterna utilizada en las redes el√©ctricas dom√©sticas‚ÄĒ y los campos magn√©ticos que inducen. Entre otras aplicaciones t√©cnicas, se utiliza para el c√°lculo de antenas de telecomunicaciones y de circuitos el√©ctricos o electr√≥nicos en los que hay campos el√©ctricos y magn√©ticos variables que se generan mutuamente.

Potencial y tensión eléctrica

Artículo principal: Potencial eléctrico
Representación esquemática de una resistencia R por la que circula una intensidad de corriente I debido a la diferencia de potencial entre los puntos A y B.

Se denomina tensión eléctrica o voltaje a la energía potencial por unidad de carga que está asociada a un campo electrostático. Su unidad de medida en el SI son los voltios.[17] A la diferencia de energía potencial entre dos puntos se le denomina voltaje. Esta tensión puede ser vista como si fuera una "presión eléctrica" debido a que cuando la presión es uniforme no existe circulación de cargas y cuando dicha "presión" varía se crea un campo eléctrico que a su vez genera fuerzas en las cargas eléctricas. Matemáticamente, la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B es la integral de línea del campo eléctrico:

 V(A)-V(B)=-\int_{B}^{A} \vec E\ \cdot d\vec l\

Generalmente se definen los potenciales referidos a un punto inicial dado. A veces se escoge uno situado infinitamente lejos de cualquier carga el√©ctrica. Cuando no hay campos magn√©ticos variables, el valor del potencial no depende de la trayectoria usada para calcularlo, sino √ļnicamente de sus puntos inicial y final. Se dice entonces que el campo el√©ctrico es conservativo. En tal caso, si la carga el√©ctrica q tan peque√Īa que no modifica significativamente \vec E, la diferencia de potencial el√©ctrico entre dos puntos A y B ser√° el trabajo W por unidad de carga, que debe ejercerse en contra del campo el√©ctrico \vec E para llevar q desde B hasta A. Es decir:

 V = \frac{W}{q}\ \cdot

Otra de las formas de expresar la tensión entre dos puntos es en función de la intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos. Así se obtiene uno de los enunciados de la ley de Ohm:

 V = {R} \cdot{I}

En el caso de campos no estacionarios el campo eléctrico no es conservativo y la integral de línea del campo eléctrico contiene efectos provenientes de los campos magnéticos variables inducidos o aplicados, que corresponden a una fuerza electromotriz inducida (f.e.m.), que también se mide en voltios.

La fuerza electromotriz, cuyo origen es la inyección de energía externa al circuito, permite mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Esta energía puede representarse por un campo de origen externo cuya circulación (integral de línea sobre una trayectoria cerrada C) \oint_{C} \vec E \; ds define la fuerza electromotriz del generador. Esta expresión corresponde el trabajo que el generador realiza para forzar el paso por su interior de una carga, del polo negativo al positivo (es decir, en contra de las fuerzas eléctricas), dividido por el valor de dicha carga. El trabajo así realizado puede tener origen mecánico (dínamo), químico (batería), térmico (efecto termoeléctrico) o de otro tipo.

Propiedades eléctricas de los materiales

Origen microscópico

La posibilidad de generar corrientes el√©ctricas en los materiales depende de la estructura e interacci√≥n de los √°tomos que los componen. Los √°tomos est√°n constituidos por part√≠culas cargadas positivamente (los protones), negativamente (los electrones) y neutras (los neutrones). La conducci√≥n el√©ctrica de los materiales s√≥lidos, cuando existe, se debe a los electrones m√°s exteriores, ya que tanto los electrones interiores como los protones de los n√ļcleos at√≥micos no pueden desplazarse con facilidad. Los materiales conductores por excelencia son metales, como el cobre, que usualmente tienen un √ļnico electr√≥n en la √ļltima capa electr√≥nica. Estos electrones pueden pasar con facilidad a √°tomos contiguos, constituyendo los electrones libres responsables del flujo de corriente el√©ctrica. En otros materiales s√≥lidos los electrones se liberan con dificultad constituyendo semiconductores, cuando la liberaci√≥n puede ser producida por excitaci√≥n t√©rmica, o aisladores, cuando no se logra esta liberaci√≥n.

Los mecanismos microsc√≥picos de conducci√≥n el√©ctrica son diferentes en los materiales superconductores y en los l√≠quidos. En los primeros, a muy bajas temperaturas y como consecuencia de fen√≥menos cu√°nticos, los electrones no interact√ļan con los √°tomos desplaz√°ndose con total libertad (resistividad nula). En los segundos, como en los electr√≥litos de las bater√≠as el√©ctricas, la conducci√≥n de corriente es producida por el desplazamiento de √°tomos o mol√©culas completas ionizadas de modo positivo o negativo. Los materiales superconductores se usan en imanes superconductores para la generaci√≥n de elevad√≠simos campos magn√©ticos.

En todos los materiales sometidos a campos el√©ctricos se modifican, en mayor o menor grado, las distribuciones espaciales relativas de las cargas negativas (electrones) y positivas (n√ļcleos at√≥micos). Este fen√≥meno se denomina polarizaci√≥n el√©ctrica y es m√°s notorio en los aisladores el√©ctricos debido a la ausencia de apantallamiento del campo el√©ctrico aplicado por los electrones libres. Los materiales con alta capacidad de polarizaci√≥n se usan en la construcci√≥n de condensadores el√©ctricos y se denominan diel√©ctricos. Aquellos cuya polarizaci√≥n es permanente (electretos y materiales ferroel√©ctricos) se usan para fabricar dispositivos como micr√≥fonos y altavoces, entre otros.

Conductividad y resistividad

Conductor eléctrico de cobre.
Artículos principales: Conductividad eléctrica y Resistividad

La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo eléctrico. La resistividad es una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

Los materiales se clasifican seg√ļn su conductividad el√©ctrica o resistividad en conductores, diel√©ctricos, semiconductores y superconductores.

  • Conductores el√©ctricos. Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten √©sta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores el√©ctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales, no met√°licos, que tambi√©n poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de la energ√≠a el√©ctrica, as√≠ como para cualquier instalaci√≥n de uso dom√©stico o industrial, el metal m√°s empleado es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad el√©ctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho m√°s ligero, lo que favorece su empleo en l√≠neas de transmisi√≥n de energ√≠a el√©ctrica en las redes de alta tensi√≥n. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.[18]

La conductividad el√©ctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisi√≥n Electrot√©cnica Internacional en 1913 como la referencia est√°ndar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Est√°ndar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Seg√ļn esta definici√≥n, la conductividad del cobre recocido medida a 20 ¬įC es igual a 0,58108 S/m.[19] A este valor se lo denomina 100% IACS, y la conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de IACS. La mayor√≠a de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS, pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad, designados C-103 y C-110.[20]

  • Diel√©ctricos. Son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio, cer√°mica, pl√°sticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y electr√≥nico y la baquelita. Aunque no existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos (forrando con ellos los conductores el√©ctricos, para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas el√©ctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensi√≥n, pueden producir una descarga) y para confeccionar aisladores (elementos utilizados en las redes de distribuci√≥n el√©ctrica para fijar los conductores a sus soportes sin que haya contacto el√©ctrico). Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, es aislante a temperatura ambiente pero, bajo condiciones de frecuencia de la se√Īal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.
Asociaciones mixtas de resistencias: a) serie de paralelos, b) paralelo de series y c) otras posibles conexiones.

La conductividad se designa por la letra griega sigma min√ļscula (ŌÉ) y se mide en siemens por metro, mientras que la resistividad se designa por la letra griega rho min√ļscula (ŌĀ) y se mide en ohms por metro (ő©‚ÄĘm, a veces tambi√©n en ő©‚ÄĘmm¬≤/m).

La ley de Ohm describe la relación existente entre la intensidad de corriente que circula por un circuito, la tensión de esa corriente eléctrica y la resistencia que ofrece el circuito al paso de dicha corriente: la diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) y a la resistencia (R). Se describe mediante la fórmula:

 V = I \times R

Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.

V√©anse tambi√©n: Impedancia y Resistencia el√©ctrica

Corriente eléctrica

Artículo principal: Corriente eléctrica
Relación existente entre la intensidad y la densidad de corriente.

Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una diferencia de potencial. Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.

A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la sección de los elementos conductores del mismo.

  • La intensidad de corriente (I) en una secci√≥n dada de un conductor (s) se define como la carga el√©ctrica (Q) que atraviesa la secci√≥n en una unidad de tiempo (t):
 I = \frac{dQ}{dt} . Si la intensidad de corriente es constante, entonces  I = \frac{Q}{t}
  • La densidad de corriente (j) es la intensidad de corriente que atraviesa una secci√≥n por unidad de superficie de la secci√≥n (S).
j = {I \over S}

Corriente continua

Artículo principal: Corriente continua
Rectificador de corriente alterna en continua, con puente de Gratz. Se emplea cuando la tensión de salida tiene un valor distinto de la tensión de entrada.

Se denomina corriente continua (CC en espa√Īol, en ingl√©s DC, de Direct Current) al flujo de cargas el√©ctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente el√©ctrica a trav√©s de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre s√≠. Es err√≥nea la identificaci√≥n de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una bater√≠a). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulaci√≥n es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.

Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del conde y científico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente continua comenzó a emplearse para la transmisión de la energía eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente alterna, que presenta menores pérdidas en la transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión de redes eléctricas de diferentes frecuencias y en la transmisión a través de cables submarinos.

Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de células fotoeléctricas que permiten aprovechar la energía solar.

Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante un proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, también de tubos de vacío).[21]

Corriente alterna

Artículo principal: Corriente alterna
Onda senoidal.
Voltaje de las fases de un sistema trif√°sico. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120¬ļ.
Esquema de conexión.
Conexión en triángulo y en estrella.

Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en espa√Īol y AC en ingl√©s, de Alternating Current) a la corriente el√©ctrica en la que la magnitud y direcci√≥n var√≠an c√≠clicamente. La forma de onda de la corriente alterna m√°s com√ļnmente utilizada es la de una onda sinoidal.[22] En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas.

El sistema usado hoy en d√≠a fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribuci√≥n de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los a√Īos 1881 y 1889. La corriente alterna super√≥ las limitaciones que aparec√≠an al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribuci√≥n de energ√≠a a gran escala debido a problemas en la transmisi√≥n de potencia.

La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.

Las frecuencias empleadas en las redes de distribuci√≥n son 50 y 60 Hz. El valor depende del pa√≠s.

Corriente trif√°sica

Artículo principal: Corriente trifásica

Se denomina corriente trif√°sica al conjunto de tres corrientes alternas de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120¬į, y est√°n dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de fase.

La generaci√≥n trif√°sica de energ√≠a el√©ctrica es m√°s com√ļn que la monof√°sica y proporciona un uso m√°s eficiente de los conductores. La utilizaci√≥n de electricidad en forma trif√°sica es mayoritaria para transportar y distribuir energ√≠a el√©ctrica y para su utilizaci√≥n industrial, incluyendo el accionamiento de motores. Las corrientes trif√°sicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas en un sistema de tres electroimanes equidistantes angularmente entre s√≠.

Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en estrella o en tri√°ngulo. En la disposici√≥n en estrella cada bobina se conecta a una fase en un extremo y a un conductor com√ļn en el otro, denominado neutro. Si el sistema est√° equilibrado, la suma de las corrientes de l√≠nea es nula, con lo que el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. En la disposici√≥n en tri√°ngulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de fase, de forma que un extremo de cada bobina est√° conectado con otro extremo de otra bobina.

El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, tales como la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos más finos que en una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la línea monofásica.

Tesla fue el inventor que descubri√≥ el principio del campo magn√©tico rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. √Čl invent√≥ el sistema de motores y generadores de corriente alterna polif√°sica que da energ√≠a al planeta.[23]

Véase también: Motor de corriente alterna

Corriente monof√°sica

Artículo principal: Corriente monofásica

Se denomina corriente monof√°sica a la que se obtiene de tomar una fase de la corriente trif√°sica y un cable neutro. En Espa√Īa y dem√°s pa√≠ses que utilizan valores similares para la generaci√≥n y trasmisi√≥n de energ√≠a el√©ctrica, este tipo de corriente facilita una tensi√≥n de 230 voltios, lo que la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayor√≠a de electrodom√©sticos y luminarias que hay en las viviendas.

Desde el centro de transformación más cercano hasta las viviendas se disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R, S y T). Si la tensión entre dos fases cualesquiera (tensión de línea) es de 400 voltios, entre una fase y el neutro es de 230 voltios. En cada vivienda entra el neutro y una de las fases, conectándose varias viviendas a cada una de las fases y al neutro; esto se llama corriente monofásica. Si en una vivienda hay instalados aparatos de potencia eléctrica alta (aire acondicionado, motores, etc., o si es un taller o una empresa industrial) habitualmente se les suministra directamente corriente trifásica que ofrece una tensión de 400 voltios.

Circuitos

Artículo principal: Circuito eléctrico

En electricidad y electr√≥nica se denomina circuito a un conjunto de componentes pasivos y activos interconectados entre s√≠ por conductores de baja resistencia. El nombre implica que el camino de la circulaci√≥n de corriente es cerrado, es decir, sale por un borne de la fuente de alimentaci√≥n y regresa en su totalidad (salvo p√©rdidas accidentales) por el otro. En la pr√°ctica es dif√≠cil diferenciar n√≠tidamente entre circuitos el√©ctricos y circuitos electr√≥nicos. Las instalaciones el√©ctricas domiciliarias se denominan usualmente circuitos el√©ctricos, mientras que los circuitos impresos de los aparatos electr√≥nicos se denominan por lo general circuitos electr√≥nicos. Esto sugiere que los √ļltimos son los que contienen componentes semiconductores, mientras que los primeros no, pero las instalaciones domiciliarias est√°n incorporando crecientemente no s√≥lo semiconductores sino tambi√©n microprocesadores, t√≠picos dispositivos electr√≥nicos.

El comportamiento de los circuitos eléctricos que contienen solamente resistencias y fuentes electromotrices de corriente continua está gobernado por las Leyes de Kirchoff. Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas eléctricas, estableciendo un sistema de ecuaciones lineales cuya resolución brinda los valores de los voltajes y corrientes que circulan entre sus diferentes partes.

La resolución de circuitos de corriente alterna requiere la ampliación del concepto de resistencia eléctrica, ahora ampliado por el de impedancia para incluir los comportamientos de bobinas y condensadores. La resolución de estos circuitos puede hacerse con generalizaciones de las leyes de Kirchoff, pero requiere usualmente métodos matemáticos avanzados, como el de Transformada de Laplace, para describir los comportamientos transitorios y estacionarios de los mismos.

Fenómenos termoeléctricos

Artículo principal: Termoelectricidad
Sección de un termopar o termocupla.

Se denominan fenómenos termoeléctricos o termoelectricidad a tres fenómenos relacionados entre sí por las relaciones de Thomson, descubiertas por lord Kelvin:[24] el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el calor de Thomson.

Cuando dos metales distintos a temperaturas diferentes se ponen en contacto formando una unión bimetálica, entre ambos lados de la unión se genera una fuerza electromotriz. Este fenómeno se denomina efecto Seebeck y es la base del funcionamiento de los termopares, un tipo de termómetro usado en el control del flujo de gas en dispositivos domésticos como cocinas, calefactores y calentadores de agua corriente.

Cuando se hace circular una corriente a trav√©s de una uni√≥n bimet√°lica, para mantener constante la temperatura de la uni√≥n hay que entregar o extraer calor, seg√ļn sea el sentido de circulaci√≥n. Este fen√≥meno, llamado efecto Peltier, tiene aplicaci√≥n pr√°ctica en dispositivos de refrigeraci√≥n peque√Īos, teniendo la ventaja, a diferencia de los refrigeradores basados en la compresi√≥n y descompresi√≥n de gases, de no tener partes m√≥viles que se desgasten.

Es menos conocido el fenómeno denominado calor de Thomson, descubierto por lord Kelvin. Cuando fluye una corriente a través de un conductor homogéneo de sección transversal constante donde se ha establecido un gradiente de temperatura, para mantener invariable la distribución de temperatura hay que entregar o extraer calor del conductor.[25]

Generación de energía eléctrica

Generación masiva

Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la electricidad a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. Así, los países industrializados o del Primer mundo son grandes consumidores de energía eléctrica, mientras que los países del llamado Tercer mundo apenas disfrutan de sus ventajas.

La generación, en términos generales, consiste en transformar alguna clase de energía no eléctrica, sea esta química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.

Las centrales generadoras se pueden clasificar en termoel√©ctricas (de combustibles f√≥siles, biomasa, nucleares o solares), hidroel√©ctricas, e√≥licas, solares fotovoltaicas o mareomotrices. La mayor parte de la energ√≠a el√©ctrica generada a nivel mundial proviene de los tres primeros tipos de centrales rese√Īados: termoel√©ctricas, hidroel√©ctricas y e√≥licas. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en com√ļn el elemento generador, constituido por un alternador, movido mediante una turbina que ser√° distinta dependiendo del tipo de energ√≠a primaria utilizada.

La demanda de energ√≠a el√©ctrica de una ciudad, regi√≥n o pa√≠s tiene una variaci√≥n a lo largo del d√≠a. Esta variaci√≥n es funci√≥n de muchos factores, entre los que se destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producci√≥n, tipo de electrodom√©sticos que se utilizan m√°s frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la meteorolog√≠a, la estaci√≥n del a√Īo y la hora del d√≠a en que se considera la demanda. La generaci√≥n de energ√≠a el√©ctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar el suministro. Esto conlleva el tener que iniciar la generaci√≥n con unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos per√≠odos. En general los sistemas de generaci√≥n se diferencian por el periodo del ciclo en el que deben ser utilizados, siendo normalmente de base la nuclear o la e√≥lica, de valle las termoel√©ctricas de combustibles f√≥siles y de pico la hidroel√©ctrica principalmente. Los combustibles f√≥siles y la hidroel√©ctrica tambi√©n pueden usarse como base si es necesario.

Centrales termoeléctricas

Artículo principal: Central termoeléctrica
Turbina de una central termoeléctrica.

Una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas.

En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad.

En las centrales termoel√©ctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combusti√≥n del gas natural para mover una turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todav√≠a se encuentran a alta temperatura, se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoel√©ctrica com√ļn.

Planta nuclear en Cattenom, Francia.

Las centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera dióxido de carbono (CO2), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. También, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como óxidos de azufre (II, IV y VI), óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables de residuos sólidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (véase accidente de Chernóbil) y también generan residuos radiactivos de diversa índole.

La central termosolar PS10 de 11MW funcionando en Sevilla, Espa√Īa.

Una central t√©rmica solar o central termosolar es una instalaci√≥n industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiaci√≥n solar y su uso en un ciclo termodin√°mico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generaci√≥n de energ√≠a el√©ctrica como en una central t√©rmica cl√°sica. En ellas es necesario concentrar la radiaci√≥n solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 ¬įC hasta 1000 ¬įC, y obtener as√≠ un rendimiento aceptable en el ciclo termodin√°mico, que no se podr√≠a obtener con temperaturas m√°s bajas. La captaci√≥n y concentraci√≥n de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientaci√≥n autom√°tica que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos m√°s peque√Īos de geometr√≠a parab√≥lica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientaci√≥n se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser √ļtiles para otros usos (agr√≠colas, forestales, etc.).[26]

Centrales hidroeléctricas

Turbina Pelton de una central hidroeléctrica.
Artículo principal: Central hidroeléctrica

Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua fluye por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad, son:

  • La potencia, que es funci√≥n del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal m√°ximo que puede mover las turbinas, adem√°s de las caracter√≠sticas de las turbinas y de los generadores.
  • La energ√≠a garantizada en un lapso determinado, generalmente un a√Īo, que es funci√≥n del volumen √ļtil del embalse, de la pluviometr√≠a anual y de la potencia instalada.

La potencia de una central hidroel√©ctrica puede variar desde unos pocos megavatios (MW) hasta varios gigavatios (GW). Por debajo de 10 MW se denominan minicentrales. En China se encuentra la mayor central hidroel√©ctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaip√ļ (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de 14.000 MW repartida en 20 turbinas de 700 MW cada una.

La utilización de esta forma de energía presenta problemas medioambientales derivados de la necesidad de construcción de grandes embalses en los que se acumula agua, que deja de poder emplearse para otros usos, tiende a aumentar su salinidad y obstaculiza la circulación de la fauna acuática, entre otros.[27]

Las centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, pueden ser √ļtiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfol√≥gicas de la costa permitan la construcci√≥n de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bah√≠a. Se genera energ√≠a tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bah√≠a.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales undimotrices.

Centrales eólicas

Capacidad eólica mundial total instalada y previsiones 1997-2010. Fuente: WWEA e.V.
Artículo principal: Energía eólica

La energ√≠a e√≥lica se obtiene del viento, es decir, de la energ√≠a cin√©tica generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren energ√≠a. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en √°reas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas monta√Īosas o islas. La energ√≠a del viento est√° relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de √°reas de alta presi√≥n atmosf√©rica hacia √°reas adyacentes de baja presi√≥n, con velocidades proporcionales al gradiente de presi√≥n.[28]

El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía se centra en la muerte de aves por choque con las aspas de los aerogeneradores o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. También hay un impacto estético, pues alteran el paisaje.[29] [30] Además, este tipo de energía, al igual que la solar o la hidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, lo que aleatoriza la cantidad de energía generada.

Centrales fotovoltaicas

Panel solar.
Artículo principal: Energía solar fotovoltaica

Se denomina energ√≠a solar fotovoltaica a la obtenci√≥n de energ√≠a el√©ctrica a trav√©s de paneles fotovoltaicos. Los paneles, m√≥dulos o colectores fotovoltaicos est√°n formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiaci√≥n solar, se excitan y provocan saltos electr√≥nicos, generando una peque√Īa diferencia de potencial entre sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtenci√≥n de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar peque√Īos dispositivos electr√≥nicos. A mayor escala, la corriente el√©ctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red el√©ctrica. En la actualidad (2008) el principal productor de energ√≠a solar fotovoltaica es Jap√≥n, seguido de Alemania que posee cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores que aportan un 0,03% de su producci√≥n energ√©tica total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la d√©cada de los noventa. En la Uni√≥n Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la Uni√≥n.[31]

Los principales problemas de este tipo de energía son: su elevado coste en comparación con los otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el silicio es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia de las condiciones climatológicas.[32] Además, si se convierte en una forma de generar electricidad usada de forma generalizada, se deberían considerar sus emisiones químicas a la atmósfera, de cadmio o selenio.[33] Por su falta de constancia puedan ser convenientes sistemas de almacenamiento de energía para que la potencia generada en un momento determinado pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se están estudiando sistemas como el almacenamiento cinético, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento químico, entre otros, que a su vez tendrían un impacto medioambiental.

Véase también: Energía solar espacial

Generaci√≥n a peque√Īa escala

Grupo electrógeno

Artículo principal: Grupo electrógeno
Grupo electrógeno de 500 kVA instalado en un complejo turístico en Egipto.

Un grupo electr√≥geno es una m√°quina que mueve un generador de energ√≠a el√©ctrica a trav√©s de un motor de combusti√≥n interna. Normalmente se utiliza cuando hay d√©ficit en la generaci√≥n de energ√≠a de alg√ļn lugar, o cuando hay un corte en el suministro el√©ctrico y es necesario mantener la actividad. Una de sus utilidades m√°s comunes es en aquellos lugares donde no hay suministro a trav√©s de la red el√©ctrica, generalmente son zonas agr√≠colas con pocas infraestructuras o viviendas aisladas. Otro caso es en locales de p√ļblica concurrencia, hospitales, f√°bricas, etc., que, a falta de energ√≠a el√©ctrica de red, necesiten de otra fuente de energ√≠a alterna para abastecerse en caso de emergencia. Un grupo electr√≥geno consta de las siguientes partes:

  • Motor de combusti√≥n interna. El motor que acciona el grupo electr√≥geno suele estar dise√Īado espec√≠ficamente para ejecutar dicha labor. Su potencia depende de las caracter√≠sticas del generador. Pueden ser motores de gasolina o di√©sel.
  • Sistema de refrigeraci√≥n. El sistema de refrigeraci√≥n del motor es problem√°tico, por tratarse de un motor est√°tico, y puede ser refrigerado por medio de agua, aceite o aire.
  • Alternador. La energ√≠a el√©ctrica de salida se produce por medio de un alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas, acoplado con precisi√≥n al motor. El tama√Īo del alternador y sus prestaciones son muy variables en funci√≥n de la cantidad de energ√≠a que tengan que generar.
  • Dep√≥sito de combustible y bancada. El motor y el alternador est√°n acoplados y montados sobre una bancada de acero. La bancada incluye un dep√≥sito de combustible con una capacidad m√≠nima de funcionamiento a plena carga seg√ļn las especificaciones t√©cnicas que tenga el grupo en su autonom√≠a.
  • Sistema de control. Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y sistemas de control que existen para controlar el funcionamiento, salida del grupo y la protecci√≥n contra posibles fallos en el funcionamiento.
  • Interruptor autom√°tico de salida. Para proteger al alternador, llevan instalado un interruptor autom√°tico de salida adecuado para el modelo y r√©gimen de salida del grupo electr√≥geno. Existen otros dispositivos que ayudan a controlar y mantener, de forma autom√°tica, el correcto funcionamiento del mismo.
  • Regulaci√≥n del motor. El regulador del motor es un dispositivo mec√°nico dise√Īado para mantener una velocidad constante del motor con relaci√≥n a los requisitos de carga. La velocidad del motor est√° directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variaci√≥n de la velocidad del motor afectar√° a la frecuencia de la potencia de salida.

Pila voltaica

Artículo principal: Pila eléctrica
Esquema funcional de una pila eléctrica.

Pila eléctrica es un dispositivo que genera energía eléctrica mediante un proceso químico transitorio. Sus características pierden vigor durante el tiempo de funcionamiento por lo que es necesario renovar sus elementos constituyentes.

Una pila es un generador primario con dos terminales llamados polos,electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o √°nodo y el otro es el polo negativo o c√°todo. En espa√Īol es habitual llamarla as√≠, mientras que a las pilas recargables o acumuladores se les suele llamar bater√≠as.

En 1800 Volta escribió una carta al presidente de la Royal Society londinense dando las nuevas noticias de la primera pila eléctrica.

Aunque la apariencia de una pila sea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías. La demanda creciente que tiene este producto en el mercado sigue haciendo de él objeto de investigación intensa.

El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto entre dos sustancias, mediado por un electrolito.[34] Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento √ļnico, siendo su tensi√≥n en cambio la adecuada, se pueden a√Īadir otros elementos en la conexi√≥n llamada en paralelo. La capacidad total de una pila se mide en amperios-hora (A‚ÄĘh); es el n√ļmero m√°ximo de amperios que el elemento puede suministrar en una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy claro dado que depende de la intensidad solicitada y la temperatura.

Un importante avance en la calidad de las pilas ha sido la pila denominada seca, al que pertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy día (2008). Las pilas eléctricas, baterías y acumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas en función de su forma, tensión y capacidad.

Los metales y productos qu√≠micos constituyentes de las pilas pueden resultar perjudiciales para el medio ambiente. Una vez que la envoltura met√°lica que recubre las pilas se da√Īa, las sustancias qu√≠micas que contienen se ven liberadas al medio ambiente causando contaminaci√≥n. Con mayor o menor grado, las sustancias son absorbidas por la tierra pudi√©ndose filtrar hacia los mantos acu√≠feros y de √©stos pueden pasar directamente a los seres vivos, entrando con esto en la cadena alimenticia. Es muy importante no tirarlas a la basura (en algunos pa√≠ses est√° prohibido), sino llevarlas a centros de reciclado. En algunos pa√≠ses, la mayor√≠a de los proveedores y tiendas especializadas tambi√©n se hacen cargo de las pilas gastadas. Las pilas son residuos peligrosos por lo que, desde el momento en que se empiezan a reunir, deben ser manejadas por personal capacitado que siga las precauciones adecuadas empleando todos los procedimientos t√©cnicos y legales para el manejo de dicho residuos.

Las pilas desechables suelen utilizarse en los aparatos el√©ctricos port√°tiles, como por ejemplo juguetes, linternas, relojes, tel√©fonos m√≥viles, marcapasos, aud√≠fonos, calculadoras, ordenadores personales port√°tiles, reproductores de m√ļsica, radio transistores, mando a distancia, etc. En todas estas aplicaciones se utilizan tambi√©n cada vez m√°s bater√≠as recargables.

V√©anse tambi√©n: Almacenamiento de energ√≠a, Bater√≠a el√©ctrica, Condensador el√©ctrico, Supercondensador, Bobina y Central hidroel√©ctrica reversible

Pilas de combustible

Pila de hidr√≥geno. La celda en s√≠ es la estructura c√ļbica del centro de la imagen.
Artículo principal: Pila de combustible

Una celda, c√©lula o pila de combustible es un dispositivo electroqu√≠mico de generaci√≥n de electricidad similar a una bater√≠a, que se diferencia de esta en estar dise√Īada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Esto permite producir electricidad a partir de una fuente externa de combustible y de ox√≠geno, en contraposici√≥n a la capacidad limitada de almacenamiento de energ√≠a de una bater√≠a. Adem√°s, la composici√≥n qu√≠mica de los electrodos de una bater√≠a cambia seg√ļn el estado de carga, mientras que en una celda de combustible los electrodos funcionan por la acci√≥n de catalizadores, por lo que son mucho m√°s estables.

En las celdas de hidrógeno los reactivos usados son hidrógeno en el ánodo y oxígeno en el cátodo. Se puede obtener un suministro continuo de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua, lo que requiere una fuente primaria de generación de electricidad, o a partir de reacciones catalíticas que desprenden hidrógeno a partir de hidrocarburos. El hidrógeno puede almacenarse, lo que permitiría el uso de fuentes discontinuas de energía como la solar y la eólica. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso (H2) es altamente inflamable y explosivo, por lo que se están desarrollando métodos de almacenamiento en matrices porosas de diversos materiales.[35]

Generador termoeléctrico de radioisótopos

Un generador termoeléctrico de radioisótopos es un generador eléctrico simple que obtiene su energía de la liberada por la desintegración radiactiva de determinados elementos. En este dispositivo, el calor liberado por la desintegración de un material radiactivo se convierte en electricidad directamente gracias al uso de una serie de termopares, que convierten el calor en electricidad gracias al efecto Seebeck en la llamada unidad de calor de radioisótopos (o RHU en inglés). Los RTG se pueden considerar un tipo de batería y se han usado en satélites, sondas espaciales no tripuladas e instalaciones remotas que no disponen de otro tipo de fuente eléctrica o de calor. Los RTG son los dispositivos más adecuados en situaciones donde no haya presencia humana y se necesiten potencias de varios centenares de vatios durante largos períodos, situaciones en las que los generadores convencionales como las pilas de combustible o las baterías no son viables económicamente y donde la falta de luz impide usar células fotovoltaicas.

Suministro eléctrico

Artículo principal: Sistema de suministro eléctrico

Se denomina suministro eléctrico al conjunto de etapas que son necesarias para que la energía eléctrica llegue al consumidor final. Como la energía eléctrica es difícil de almacenar, este sistema tiene la particularidad de generar y distribuir la energía conforme ésta es consumida. Por otra parte, debido a la importancia de la energía eléctrica, el suministro es vital para el desarrollo de los países y de interés para los gobiernos nacionales, por lo que estos cuentan con instituciones especializadas en el seguimiento de las tres etapas fundamentales: generación, transmisión y distribución.

Redelectrica2.png

Diagrama esquematizado del sistema de suministro eléctrico

Transporte de energía eléctrica

Torre para el transporte de energía eléctrica.

La red de transporte es la parte del sistema constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a trav√©s de grandes distancias la energ√≠a generada en las centrales el√©ctricas. Para ello, los vol√ļmenes de energ√≠a el√©ctrica producidos deben ser transformados, elev√°ndose su nivel de tensi√≥n. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar el voltaje se reduce la intensidad de corriente el√©ctrica que circular√°, reduci√©ndose las p√©rdidas por efecto Joule. Con este fin se emplean subestaciones elevadoras con equipos el√©ctricos denominados transformadores. De esta manera, una red de transmisi√≥n opera usualmente con voltajes del orden de 220 kV y superiores, denominados alta tensi√≥n, de 440 kV.

Parte fundamental de la red son las l√≠neas de transporte. Una l√≠nea de transporte de energ√≠a el√©ctrica o l√≠nea de alta tensi√≥n es el medio f√≠sico mediante el que se realiza la transmisi√≥n de la energ√≠a a grandes distancias. Est√° constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensi√≥n. Los cables de alta tensi√≥n est√°n sujetos a tracciones causadas por la combinaci√≥n de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del aire, etc. El voltaje y la capacidad de la l√≠nea de transmisi√≥n afectan el tama√Īo de estas estructuras principales. Las torres pueden ser postes simples de madera para las l√≠neas de transmisi√≥n peque√Īas hasta 46 kV. Se emplean estructuras de postes de madera en forma de H, para las l√≠neas de 69 a 231 kV. Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito simple, para las l√≠neas de 161 kV o m√°s. Es posible tener l√≠neas de transmisi√≥n de hasta 1.000 kV.

El impacto ambiental potencial de las l√≠neas de transmisi√≥n incluye la red de transporte, el derecho de v√≠a, las playas de distribuci√≥n, las subestaciones y los caminos de acceso o mantenimiento. Las estructuras principales de la l√≠nea de transmisi√≥n son la l√≠nea misma, los conductores, las torres y los soportes.[36] Los impactos ambientales negativos de las l√≠neas de transmisi√≥n son causados por la construcci√≥n, operaci√≥n y mantenimiento de las mismas. Al colocar l√≠neas a baja altura o ubicarlas pr√≥ximas a √°reas con actividades humanas ‚ÄĒcomo carreteras o edificios‚ÄĒ se incrementa el riesgo de electrocuci√≥n. Normalmente, las normas t√©cnicas reducen este peligro. Las torres y las l√≠neas de transmisi√≥n pueden interrumpir la trayectoria de vuelo de los aviones cerca de los aeropuertos y poner en peligro las naves que vuelan muy bajo, especialmente, las que se emplean para actividades agr√≠colas.[37]

Véase también: Alta tensión eléctrica

Distribución de energía eléctrica

La red de distribuci√≥n es un componente del sistema de suministro, siendo responsabilidad de las compa√Ī√≠as distribuidoras. La distribuci√≥n de la energ√≠a el√©ctrica desde las subestaciones de transformaci√≥n de la red de transporte se realiza en dos etapas.

La primera est√° constituida por la red de reparto, que, partiendo de las subestaciones de transformaci√≥n, reparte la energ√≠a, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribuci√≥n. Las tensiones utilizadas est√°n comprendidas entre 25 y 132 kV. Intercaladas en estos anillos est√°n las estaciones transformadoras de distribuci√≥n, encargadas de reducir la tensi√≥n desde el nivel de reparto al de distribuci√≥n en media tensi√≥n.

La segunda etapa la constituye la red de distribuci√≥n propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una disposici√≥n en red radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (poblaci√≥n, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribuci√≥n con los centros de transformaci√≥n, que son la √ļltima etapa del suministro en media tensi√≥n, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensi√≥n (125/220 o 220/380 ).[38]

Las líneas que forman la red de distribución se operan de forma radial, sin que formen mallas. Cuando existe una avería, un dispositivo de protección situado al principio de cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta red. La localización de averías se hace por el método de "prueba y error", dividiendo la red que tiene la avería en mitades y suministrando energía a una de ellas; a medida que se acota la zona con avería, se devuelve el suministro al resto de la red. Esto ocasiona que en el transcurso de la localización se puedan producir varias interrupciones a un mismo usuario de la red.

La topología de una red de distribución se refiere al esquema o arreglo de la distribución, esto es la forma en que se distribuye la energía por medio de la disposición de los segmentos de los circuitos de distribución. Esta topología puede tener las siguientes configuraciones:

  • Red radial o red en antena: resaltan su simplicidad y la facilidad que presenta para ser equipada de protecciones selectivas. Como desventaja tiene su falta de garant√≠a de servicio.
  • Red en bucle abierto: tiene todas las ventajas de la distribuci√≥n en redes radiales y adem√°s la posibilidad de alimentar alternativamente de una fuente u otra.
  • Red en anillo o en bucle cerrado: se caracteriza por tener dos de sus extremos alimentados, quedando estos puntos intercalados en el anillo o bucle. Como ventaja fundamental se puede citar su seguridad de servicio y facilidad de mantenimiento, si bien presenta el inconveniente de una mayor complejidad y sistemas de protecci√≥n m√°s complicados.

Como sistemas de protección se utilizan conductores aislados, fusibles, seccionadores en carga, seccionalizadores, órganos de corte de red, reconectadores, interruptores, pararrayos antena, pararrayos autoválvulas y protecciones secundarias asociadas a transformadores de medida, como son relés de protección.[39]

Mediciones eléctricas

Unidades eléctricas

Culombio (C, unidad de carga eléctrica)
Conexión de un amperímetro en un circuito.

La introducci√≥n de las magnitudes el√©ctricas requiere a√Īadir una nueva unidad fundamental a la f√≠sica: la de carga el√©ctrica. Esta unidad, que no puede derivarse de las unidades de la mec√°nica, fue originalmente denominada Coulomb (t√©rmino castellanizado a culombio, cuyo s√≠mbolo es C) en honor a Charles-Augustin de Coulomb, primero que midi√≥ directamente la fuerza entre cargas el√©ctricas. Debido a la gran dificultad de medir directamente las cargas el√©ctricas con precisi√≥n, se ha tomado como unidad b√°sica la unidad de corriente el√©ctrica, que en el Sistema Internacional de Unidades es el amperio. La unidad de carga resulta entonces una unidad derivada, que se define como la cantidad de carga el√©ctrica que fluye durante 1 segundo a trav√©s de la secci√≥n de un conductor que transporta una intensidad constante de corriente el√©ctrica de 1 amperio:

C = A \cdot s
Voltio (V, unidad de potencial eléctrico y fuerza electromotriz)

El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio de potencia:

V=\frac{J}{C}=\dfrac{\mbox{m}^2 \cdot \mbox{kg}}{\mbox{s}^3 \cdot \mbox{A}}
Ohmio (ő©, unidad de resistencia el√©ctrica)

Un ohmio es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor:

\Omega = \dfrac{\mbox{V}}{\mbox{A}} = \dfrac{\mbox{m}^2 \cdot \mbox{kg}}{\mbox{s}^{3} \cdot \mbox{A}^2}
Condensador ideal cuya capacidad se expresa en faradios.
Siemens (S, unidad de conductancia eléctrica)

Un siemens es la conductancia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor que tiene un ohmio de resistencia:

S=\frac{1}{\Omega}
Faradio (F, unidad de capacidad eléctrica)

Un faradio es la capacidad de un condensador entre cuyas armaduras aparece una diferencia de potencial eléctrico de 1 voltio cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio:[40]

\mbox{F}
= \,\mathrm \frac{A \cdot s}{V}
= \dfrac{\mbox{C}}{\mbox{V}}
= \dfrac{\mbox{C}^2}{\mbox{J}}
= \dfrac{\mbox{C}^2}{\mbox{N} \cdot \mbox{m}}
= \dfrac{\mbox{s}^2 \cdot \mbox{C}^2}{\mbox{m}^{2} \cdot \mbox{kg}}
= \dfrac{\mbox{s}^4 \cdot \mbox{A}^2}{\mbox{m}^{2} \cdot \mbox{kg}}
Tesla (T, unidad de densidad de flujo magnético e inductividad magnética)

Un tesla es una inducción magnética uniforme que, repartida normalmente sobre una superficie de un metro cuadrado, produce a través de esta superficie un flujo magnético total de un weber:

T=\frac{Wb}{m^2}=\frac{V \cdot s}{m^2}=\frac{kg}{s^2 \cdot A}
Weber (Wb, unidad de flujo magnético)

Un weber es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira, produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 voltio si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme:

Wb=V \cdot s=T \cdot m^2=\frac{m^2 \cdot kg}{s^2 \cdot A}
Henrio (H, unidad de inductancia)

Un henrio es la inductancia de un circuito en el que una corriente que varía a razón de un amperio por segundo da como resultado una fuerza electromotriz autoinducida de un voltio:

H=\frac{V \cdot s}{A}=\frac{ m^2 \cdot kg }{s^2 \cdot A^2}

Instrumentos de medida

Se denominan instrumentos de medidas de electricidad a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes eléctricas y asegurar así el buen funcionamiento de las instalaciones y máquinas eléctricas. La mayoría son aparatos portátiles de mano y se utilizan para el montaje; hay otros instrumentos que son conversores de medida y otros métodos de ayuda a la medición, el análisis y la revisión. La obtención de datos cobra cada vez más importancia en el ámbito industrial, profesional y privado. Se demandan, sobre todo, instrumentos de medida prácticos, que operen de un modo rápido y preciso y que ofrezcan resultados durante la medición.

Principio de funcionamiento de un galvanómetro.

Existen muchos tipos de instrumentos diferentes siendo los más destacados los amperímetros, voltímetros, óhmetros, multímetros y osciloscopios.[41]

Galvanómetro

Artículo principal: Galvanómetro

Los galvanómetros son aparatos que se emplean para indicar el paso de corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Suelen estar basados en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la corriente.

En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha corriente.

En el caso de los galvanómetros térmicos, lo que se pone de manifiesto es el alargamiento producido al calentarse, por el Efecto Joule, al paso de la corriente, un hilo muy fino arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora.

Amperímetros

Amperímetro de pinza.
Artículo principal: Amperímetro

Un amper√≠metro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que est√° circulando por un circuito el√©ctrico.[42] En su dise√Īo original los amper√≠metros est√°n constituidos, en esencia, por un galvan√≥metro cuya escala ha sido graduada en amperios. En la actualidad, los amper√≠metros utilizan un conversor anal√≥gico/digital para la medida de la ca√≠da de tensi√≥n sobre un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es le√≠da por un microprocesador que realiza los c√°lculos para presentar en un display num√©rico el valor de la corriente circulante.

Para efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el amper√≠metro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto lleva a que el amper√≠metro debe poseer una resistencia interna lo m√°s peque√Īa posible, a fin de que no produzca una ca√≠da de tensi√≥n apreciable. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagn√©ticos de la corriente el√©ctrica, est√°n dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.

Voltímetros

Artículo principal: Voltímetro
Dos voltímetros digitales.

Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abierto en los polos. Los voltímetros se clasifican por su funcionamiento mecánico, siendo en todos los casos el mismo instrumento:

  • Volt√≠metros electromec√°nicos: en esencia, est√°n constituidos por un galvan√≥metro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las corrientes continua y alterna de la se√Īal, pudiendo medirlas independientemente.
  • Volt√≠metros electr√≥nicos: a√Īaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada y mayor sensibilidad.
  • Volt√≠metros vectoriales: se utilizan con se√Īales de microondas. Adem√°s del m√≥dulo de la tensi√≥n dan una indicaci√≥n de su fase.
  • Volt√≠metros digitales: dan una indicaci√≥n num√©rica de la tensi√≥n, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detecci√≥n de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), selecci√≥n autom√°tica de rango y otras funcionalidades.

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que se trata de efectuar la medida. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.[43]

√ďhmetro

Art√≠culo principal: √ďhmetro
√ďhmetro.

Un √≥hmetro u ohm√≠metro es un instrumento para medir la resistencia el√©ctrica. El dise√Īo de un √≥hmetro se compone de una peque√Īa bater√≠a para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvan√≥metro medir la corriente que circula a trav√©s de la resistencia. La escala del galvan√≥metro est√° calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicaci√≥n de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la bater√≠a fijo, la intensidad circulante a trav√©s del galvan√≥metro s√≥lo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvin. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.[44]

Multímetro

Artículo principal: Multímetro
Multímetro digital donde pueden medirse varias magnitudes eléctricas.

Un multímetro, llamado también polímetro o tester, es un instrumento que ofrece la posibilidad de medir distintas magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por el personal técnico en toda la gama de electrónica y electricidad. Existen distintos modelos que incorporan además de las tres funciones básicas antes citadas otras mediciones importantes, tales como medida de inductancias y capacitancias; comprobador de diodos y transistores; o escalas y zócalos para la medida de temperatura mediante termopares normalizados.

Tambi√©n hay mult√≠metros con funciones avanzadas que permiten: generar y detectar la frecuencia intermedia de un aparato, as√≠ como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sinton√≠a de circuitos de estos aparatos; el seguimiento de la se√Īal a trav√©s de todas las etapas del receptor bajo prueba; realizar la funci√≥n de osciloscopio por encima del mill√≥n de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resoluci√≥n; sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros mult√≠metros, para hacer medidas de potencia puntual (potencia = voltaje * intensidad); utilizarse como aparato telef√≥nico, para poder conectarse a una l√≠nea telef√≥nica bajo prueba, mientras se efect√ļan medidas por la misma o por otra adyacente; realizar comprobaciones de circuitos de electr√≥nica del autom√≥vil y grabaci√≥n de r√°fagas de alto o bajo voltaje.

Este instrumento de medida por su precio y su exactitud sigue siendo el preferido del aficionado o profesional en electricidad y electrónica. Hay dos tipos de multímetros: analógicos y digitales.

Osciloscopio

Artículo principal: Osciloscopio
Osciloscopio Tektronik.

Se denomina osciloscopio a un instrumento de medici√≥n electr√≥nico para la representaci√≥n gr√°fica de se√Īales el√©ctricas que pueden variar en el tiempo, que permite visualizar fen√≥menos transitorios as√≠ como formas de ondas en circuitos el√©ctricos y electr√≥nicos y mediante su an√°lisis se puede diagnosticar con facilidad cu√°les son los problemas del funcionamiento de un determinado circuito. Es uno de los instrumentos de medida y verificaci√≥n el√©ctrica m√°s vers√°tiles que existen y se utiliza en una gran cantidad de aplicaciones t√©cnicas. Un osciloscopio puede medir un gran n√ļmero de fen√≥menos, si va provisto del transductor adecuado.

El osciloscopio presenta los valores de las se√Īales el√©ctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen as√≠ obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. El funcionamiento del osciloscopio est√° basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creaci√≥n de campos el√©ctricos y magn√©ticos. Las dimensiones de la pantalla del TRC est√°n actualmente normalizadas en la mayor√≠a de instrumentos, a 10 cm en el eje horizontal (X) por 8 cm en el eje vertical (Y).

El osciloscopio se fabrica bajo muchas formas distintas, no s√≥lo en cuanto al aspecto puramente f√≠sico sino en cuanto a sus caracter√≠sticas internas y por tanto a sus prestaciones y posibilidades de aplicaci√≥n de las mismas. Existen dos tipos de osciloscopios: anal√≥gicos y digitales. Los anal√≥gicos trabajan con variables continuas mientras que los digitales lo hacen con variables discretas. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los anal√≥gicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones r√°pidas de la se√Īal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos, como picos de tensi√≥n que se producen aleatoriamente.

Analizador de espectro

Artículo principal: Analizador de espectro
Analizador de espectro.

Un analizador de espectro es un equipo de medici√≥n electr√≥nica que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales de las se√Īales presentes en la entrada, pudiendo ser √©stas cualquier tipo de ondas el√©ctricas, ac√ļsticas u √≥pticas.

En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logar√≠tmica el nivel en dB del contenido espectral de la se√Īal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es funci√≥n de la separaci√≥n temporal y el n√ļmero de muestras capturadas. Se denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla. A menudo se mide con ellos el espectro de la potencia el√©ctrica.[45]

En la actualidad est√° siendo reemplazado por el analizador vectorial de se√Īales.

Potencia eléctrica

Artículo principal: Potencia eléctrica

Se denomina potencia eléctrica (P) a la energía eléctrica consumida por unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en vatios (W), unidad equivalente a julios por segundo (J/s).

La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.

Cuando se trata de corriente continua (DC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es: P = V\cdot I\,

Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, a partir de ella la potencia también puede calcularse como P = R\cdot I^2 = {V^2 \over R}

Potencia de cargas reactivas

Relación entre potencias activas, aparentes y reactivas.

Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es necesario tener en cuenta tambi√©n el valor del factor de potencia o coseno de phi (cosŌē) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir, aquellos aparatos que para funcionar utilizan una o m√°s bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los motores el√©ctricos, o tambi√©n con los aparatos de aire acondicionado o los tubos fluorescentes.

Las cargas reactivas o inductivas, que poseen los motores el√©ctricos, tienen un factor de potencia menor que ‚Äú1‚ÄĚ (generalmente su valor var√≠a entre 0,85 y 0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo del equipo en cuesti√≥n y de la red de suministro el√©ctrico disminuye cuando el factor se aleja mucho de la unidad, traduci√©ndose en un mayor gasto de energ√≠a y en un mayor desembolso econ√≥mico.

Potencia activa

Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda.

De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:

P = I \cdot V \cdot \cos \phi = I \cdot Z \cdot I \cos \phi = I^2\cdot Z \cdot \cos \phi = I^2\cdot R

Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos.

Elementos de seguridad

Artículo principal: Cortocircuito
Cuadro eléctrico de seguridad en una vivienda, compuesto por limitador de potencia, interruptores magnetotérmicos e interruptores diferenciales.

Las instalaciones eléctricas disponen de varios elementos de seguridad para disminuir el riesgo de accidentes, como los causados por cortocircuitos, sobrecargas o contacto de personas o animales con elementos en tensión.

Un cortocircuito ocurre cuando falla un aparato o línea eléctrica por el que circula corriente, y esta pasa directamente:

  • del conductor activo o fase al neutro o tierra
  • entre dos fases en el caso de sistemas polif√°sicos en corriente alterna
  • entre polos opuestos en el caso de corriente continua.

El cortocircuito se produce normalmente por fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores a√©reos por fuertes vientos o rotura de los apoyos. Debido a que un cortocircuito puede causar da√Īos importantes en las instalaciones el√©ctricas e incendios en edificios, las instalaciones est√°n normalmente dotadas de fusibles, interruptores magnetot√©rmicos o diferenciales y tomas de tierra, a fin de proteger a las personas y las cosas.[46]

Fusible industrial de 200 amperios.
  • Fusible: es un dispositivo, constituido por un filamento o l√°mina de un metal o aleaci√≥n de bajo punto de fusi√≥n, que se intercala en un punto determinado de una instalaci√≥n el√©ctrica para que se funda, por efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o por un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalaci√≥n con el consiguiente riesgo de incendio o destrucci√≥n de otros elementos.[47]
  • Interruptor magnetot√©rmico: tambi√©n denominado disyuntor termomagn√©tico, es un dispositivo utilizado para la protecci√≥n de los circuitos el√©ctricos, contra cortocircuitos y sobrecargas, en sustituci√≥n de los fusibles. Tienen la ventaja frente a los fusibles de que no hay que reponerlos. Cuando desconectan el circuito debido a una sobrecarga o un cortocircuito, se rearman de nuevo y siguen funcionando. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulaci√≥n de corriente el√©ctrica en un circuito: el magn√©tico y el t√©rmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroim√°n y una l√°mina bimet√°lica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga.[48]
  • Interruptor diferencial: tambi√©n llamado disyuntor por corriente diferencial o residual, es un dispositivo electromec√°nico que se coloca en las instalaciones el√©ctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos. En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie con los conductores de alimentaci√≥n de corriente y que producen campos magn√©ticos opuestos y un n√ļcleo o armadura que mediante un dispositivo mec√°nico adecuado puede accionar unos contactos. El interruptor corta la corriente el√©ctrica cuando existe una derivaci√≥n de corriente a tierra, que si pasa por un cuerpo humano puede tener consecuencias fatales.[49]
Instalación domiciliaria de toma a tierra mediante pica de cobre.
  • Toma de tierra: tambi√©n denominado hilo de tierra o simplemente tierra, se emplea en las instalaciones el√©ctricas para evitar el paso de corriente al usuario por un fallo del aislamiento de los conductores activos. La toma a tierra es un camino de poca resistencia a cualquier corriente de fuga para que cierre el circuito "a tierra" en lugar de pasar a trav√©s del usuario. Consiste en una pieza met√°lica enterrada en una mezcla especial de sales y conectada a la instalaci√≥n el√©ctrica a trav√©s de un cable. En todas las instalaciones interiores seg√ļn el reglamento, el cable de tierra se identifica por ser su aislante de color verde y amarillo.[50]

Aplicaciones de la electricidad

Máquinas eléctricas

Artículo principal: Máquinas eléctricas

También se aplica la inducción electromagnética para la construcción de motores movidos por energía eléctrica, que permiten el funcionamiento de innumerables dispositivos.

Generador eléctrico

Artículo principal: dinamo

Motor eléctrico

Artículo principal: Motor eléctrico
Esquema de un motor eléctrico.

Desde que Faraday describió el proceso de inducción y generación de la corriente eléctrica, se iniciaron experiencias y proyectos que culminaron con el invento y fabricación de los diferentes tipos de motores eléctricos que existen. El paso definitivo lo consiguió el ingeniero Tesla que, en 1887, fabricó el primer motor asíncrono trifásico de corriente alterna.

Transformador

Artículo principal: Transformador
Representación esquemática del transformador.

El origen del transformador se remonta a 1851, cuando el f√≠sico alem√°n Heinrich Daniel Ruhmkorff dise√Ī√≥ la llamada bobina de Ruhmkorff, precursora de los transformadores modernos. El transformador es una m√°quina el√©ctrica carente de movimiento que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensi√≥n en un circuito el√©ctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia y la potencia con un alto rendimiento. Los transformadores son dispositivos basados en el fen√≥meno de la inducci√≥n electromagn√©tica y est√°n constituidos, en su forma m√°s simple, por dos bobinas devanadas sobre un n√ļcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario, seg√ļn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuesti√≥n, respectivamente. El funcionamiento se produce cuando se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crear√°n un campo magn√©tico variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magn√©tico variable originar√°, por inducci√≥n, la aparici√≥n de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. La relaci√≥n te√≥rica entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al n√ļmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

\frac{Ep}{Es}=\frac{Np}{Ns}
Esquema funcional de un transformador.

La raz√≥n de transformaci√≥n del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende por tanto del n√ļmero de ruletas que tenga cada uno. Si el n√ļmero de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habr√° el triple de tensi√≥n.

\frac{Np}{Ns}=\frac{Vp}{Vs}

Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energ√≠a el√©ctrica a larga distancia, al poder efectuarse el transporte a altas tensiones y peque√Īas intensidades y por tanto con peque√Īas p√©rdidas. El transformador ha hecho posible la distribuci√≥n de energ√≠a el√©ctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendr√≠a que acortarse la distancia que separa a los generadores de electricidad de los consumidores. El transformador lo encontramos en muchos lugares, en las l√°mparas de bajo consumo, cargadores de pilas, veh√≠culos, en s√≥tanos de edificios, en las centrales hidroel√©ctricas y otros generadores de electricidad. Su tama√Īo puede variar desde muy peque√Īos a enormes transformadores que pueden pesar m√°s de 500 t.[51]

Máquinas frigoríficas y aire acondicionado

Artículo principal: Máquina frigorífica
Máquina térmica de frío y calor.

La invenci√≥n de las m√°quinas frigor√≠ficas ha supuesto un avance importante en todos los aspectos relacionados con la conservaci√≥n y trasiego de alimentos frescos que necesitan conservarse fr√≠os para que tengan mayor duraci√≥n en su estado natural, y en conseguir una climatizaci√≥n adecuada en viviendas y locales p√ļblicos. Las m√°quinas frigor√≠ficas se clasifican en congeladoras y en refrigeradoras. Las de uso industrial est√°n ubicadas en empresas, barcos o camiones que trabajan con alimentos congelados o refrigerados; en el √°mbito dom√©stico se utilizan m√°quinas conocidas con el nombre de frigor√≠fico y congelador, as√≠ como aparatos de aire acondicionado que est√°n presente en muchas viviendas variando en prestaciones y capacidad.

En 1784 William Cullen construye la primera m√°quina para enfriar, pero hasta 1927 no se fabrican los primeros refrigeradores dom√©sticos (de General Electric). Cuatro a√Īos m√°s tarde, Thomas Midgley descubre el fre√≥n, que por sus propiedades ha sido desde entonces muy empleado como fluido de trabajo en m√°quinas de enfriamiento como equipos de aire acondicionado y refrigeradores, tanto a escala industrial como dom√©stica. Sin embargo, se ha demostrado que el fre√≥n y los compuestos qu√≠micos similares a √©l, tambi√©n conocidos como clorofluorocarburos (CFC), son los principales causantes de la destrucci√≥n en la capa de ozono, produciendo el agujero detectado en la Ant√°rtida, por lo que en 1987 se firm√≥ el Protocolo de Montreal para restringir el uso de estos compuestos. En la actualidad (2008) todas las m√°quinas frigor√≠ficas utilizan gases refrigerantes que no perjudican a la capa de ozono.[52]

Una m√°quina frigor√≠fica es un tipo de m√°quina t√©rmica generadora que transforma alg√ļn tipo de energ√≠a, habitualmente mec√°nica, en energ√≠a t√©rmica para obtener y mantener en un recinto una temperatura menor a la temperatura exterior. La energ√≠a mec√°nica necesaria puede ser obtenida previamente a partir de otro tipo de energ√≠a, como la energ√≠a el√©ctrica mediante un motor el√©ctrico. Esta transferencia se realiza mediante un fluido frigor√≠geno o refrigerante, que en distintas partes de la m√°quina sufre transformaciones de presi√≥n, temperatura y fase (l√≠quida o gaseosa); y que es puesto en contacto t√©rmico con los recintos para absorber calor de unas zonas y transferirlo a otras.

Una máquina frigorífica debe contener como mínimo los cuatro siguientes elementos:

  • Compresor: es el elemento que suministra energ√≠a al sistema. El refrigerante llega en estado gaseoso al compresor y aumenta su presi√≥n.
  • Condensador: es un intercambiador de calor, en el que se disipa el calor absorbido en el evaporador (m√°s adelante) y la energ√≠a del compresor. En el condensador el refrigerante cambia de fase pasando de gas a l√≠quido.
  • Sistema de expansi√≥n: el refrigerante l√≠quido entra en el dispositivo de expansi√≥n donde reduce su presi√≥n y esta a su vez reduce bruscamente su temperatura.
  • Evaporador: el refrigerante a baja temperatura y presi√≥n pasa por el evaporador, que al igual que el condensador es un intercambiador de temperatura, y absorbe el calor del recinto donde est√° situado. El refrigerante l√≠quido que entra al evaporador se transforma en gas al absorber el calor del recinto.

Tanto en el evaporador como en el condensador la transferencia energética se realiza principalmente en forma de calor latente.

Diagrama del ciclo de una bomba t√©rmica simple: 1) condensador, 2) v√°lvula de expansi√≥n, 3) evaporador, 4) compresor.

Desde el punto de vista económico, el mejor ciclo de refrigeración es aquel que extrae la mayor cantidad de calor (Q2) del foco frío (T2) con el menor trabajo (W). Por ello, se define la eficiencia de una máquina frigorífica como el cociente Q2/W:

Eficiencia  = \frac{Q2}{W} = \frac{Q_2}{Q_2-Q_1}
  • Q2: Representa el calor extra√≠do de la m√°quina frigor√≠fica por los serpentines refrigerantes situados en su interior (congelador).
  • W: Es el trabajo realizado por el motor que acciona el compresor.
  • Q1: Es el calor cedido a los serpentines (o radiador) refrigerantes exteriores (en la parte posterior del aparato y que se elimina al ambiente por una circulaci√≥n de aire (natural o forzada con auxilio de un ventilador, caso de los aparatos de aire refrigerado).

La máquina frigorífica se puede utilizar como calentador (véase Ciclo de Carnot). Para ello, basta con hacer que el foco caliente sea la habitación, T1, y el frío el exterior. Es el principio de funcionamiento de la bomba de calor, que es más ventajosa de utilizar que un caldeo por resistencia eléctrica. Esta doble función de producir frío y calor se utiliza en los equipos modernos de aire acondicionado que se instalan en las viviendas.

El ingeniero francés Nicolas Léonard Sadi Carnot fue el primero que abordó el problema del rendimiento de un motor térmico.

En Espa√Īa, todas las empresas que se dedican a las actividades relacionadas con m√°quinas frigor√≠ficas y climatizaci√≥n se encuadran bajo el concepto de fr√≠o industrial y los profesionales dedicados a estas tareas reciben el nombre de frigoristas.[53]

Véase también: Ciclo de Carnot

Electroimanes

Artículo principal: Electroimán
Electroim√°n de grandes dimensiones empleado en Fermilab.

Un electroim√°n es un tipo de im√°n en el que el campo magn√©tico se produce mediante el flujo de una corriente el√©ctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Fue inventado por el electricista brit√°nico William Sturgeon en 1825. Sturgeon pod√≠a regular su electroim√°n, lo que supuso el principio del uso de la energ√≠a el√©ctrica en m√°quinas √ļtiles y controlables, estableciendo los cimientos para las comunicaciones electr√≥nicas a gran escala.

El tipo m√°s simple de electroim√°n es un trozo de cable enrollado. Una bobina con forma de tubo recto (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando adem√°s se curva de forma que los extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse campos magn√©ticos mucho m√°s fuertes si se sit√ļa un ¬ęn√ļcleo¬Ľ de material paramagn√©tico o ferromagn√©tico (normalmente hierro dulce) dentro de la bobina. El n√ļcleo concentra el campo magn√©tico, que puede entonces ser mucho m√°s fuerte que el de la propia bobina.

La principal ventaja de un electroim√°n sobre un im√°n permanente es que el campo magn√©tico puede ser r√°pidamente manipulado en un amplio rango controlando la cantidad de corriente el√©ctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de energ√≠a el√©ctrica para mantener el campo. En aplicaciones donde no se necesita un campo magn√©tico variable, los imanes permanentes suelen ser superiores. Adicionalmente, √©stos pueden ser fabricados para producir campos magn√©ticos m√°s fuertes que los electroimanes de tama√Īo similar.[cita requerida]

Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un campo magnético variable rápida o fácilmente. Muchas de estas aplicaciones implican la deflección de haces de partículas cargadas, como en los casos del tubo de rayos catódicos y el espectrómetro de masa.

Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagn√©ticos de los autom√≥viles. En algunos tranv√≠as, los frenos electromagn√©ticos se adhieren directamente a los ra√≠les. Se usan electroimanes muy potentes en gr√ļas para levantar pesados bloques de hierro y acero, as√≠ como contenedores, y para separar magn√©ticamente metales en chatarrer√≠as y centros de reciclaje. Los trenes de levitaci√≥n magn√©tica emplean poderosos electroimanes para flotar sin tocar la pista y as√≠ poder ir a grandes velocidades. Algunos trenes usan fuerzas atractivas, mientras otros emplean fuerzas repulsivas.

Los electroimanes se usan en los motores eléctricos rotatorios para producir un campo magnético rotatorio y en los motores lineales para producir un campo magnético itinerante que impulse la armadura. Aunque la plata es el mejor conductor de la electricidad, el cobre es el material usado más a menudo debido a su bajo coste. A veces se emplea aluminio para reducir el peso.

Calcular la fuerza sobre materiales ferromagnéticos es, en general, bastante complejo. Esto se debe a las líneas de campo de contorno y a las complejas geometrías. Puede simularse usando análisis de elementos finitos. Sin embargo, es posible estimar la fuerza máxima bajo condiciones específicas. Si el campo magnético está confinado dentro de un material de alta permeabilidad, como es el caso de ciertas aleaciones de acero, la fuerza máxima viene dada por:

F = \frac{B^2 A}{2 \mu_o}

donde:

Véase también: Motor eléctrico

Electroquímica

Artículo principal: Electroquímica

El √°rea de la qu√≠mica que estudia la conversi√≥n entre la energ√≠a el√©ctrica y la energ√≠a qu√≠mica es la electroqu√≠mica. Los procesos electroqu√≠micos son reacciones redox en donde la energ√≠a liberada por una reacci√≥n espont√°nea se transforma en electricidad, o la electricidad se utiliza para inducir una reacci√≥n qu√≠mica no espont√°nea. A este √ļltimo proceso se le conoce como electr√≥lisis.

Diagrama simplificado del proceso de electrólisis.

La palabra electrólisis procede de dos radicales: electro que hace referencia a electricidad, y lisis, que quiere decir ruptura. La electrólisis consiste en la descomposición mediante una corriente eléctrica de sustancias ionizadas denominadas electrolitos. Por ejemplo, en la electrólisis del agua se desprenden oxígeno (O2) e hidrógeno (H2).

Las reacciones químicas se dan en la interfase de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido. Si una reacción química es conducida mediante un voltaje aplicado externamente, se hace referencia a una electrólisis, en cambio, si el voltaje o caída de potencial eléctrico, es creado como consecuencia de la reacción química , se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica.

A finales del siglo XVIII (Ilustraci√≥n), el anatomista y m√©dico italiano Luigi Galvani marc√≥ el nacimiento de la electroqu√≠mica de forma cient√≠fica al descubrir que al pasar electricidad por las ancas de una rana muerta √©stas se contra√≠an, y al tocar ambos extremos de los nervios empleando el mismo escalpelo pero descargado no suced√≠a nada. Posteriormente, la fabricaci√≥n de la primera bater√≠a de la √©poca moderna fue realizada por Alessandro Volta. Para mediados del siglo XIX, la modelizaci√≥n y estudio de la electroqu√≠mica se vieron aclarados por Michael Faraday (leyes de la electr√≥lisis) y John Daniell (pila dependiente solo de iones met√°licos zinc-cobre). A partir del siglo XX, la electroqu√≠mica permiti√≥ el descubrimiento de la carga del electr√≥n por Millikan, y el establecimiento de la moderna teor√≠a de √°cidos y bases de Br√łnsted. Dichas contribuciones han permitido que en la actualidad (2008) la electroqu√≠mica se emparente a temas tan diversos que van desde la electroqu√≠mica cu√°ntica de Revaz Dogonadze o Rudolph A. Marcus, hasta las celdas fotovoltaicas y la quimioluminiscencia.[55]

Véase también: Electrólisis

Electrov√°lvulas

Artículo principal: Electroválvula
A- Entrada
B- Diafragma
C- Cámara de presión
D- Conducto de vaciado de presión
E- Solenoide
F- Salida.

Una electrov√°lvula es un dispositivo dise√Īado para controlar el flujo de un fluido a trav√©s de un conducto como puede ser una tuber√≠a. Es de uso muy com√ļn en los circuitos hidr√°ulicos y neum√°ticos de maquinaria e instalaciones industriales.

Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula.

Existen varios tipos de electrov√°lvulas. En algunas electrov√°lvulas el solenoide act√ļa directamente sobre la v√°lvula proporcionando toda la energ√≠a necesaria para su movimiento. Es corriente que la v√°lvula se mantenga cerrada por la acci√≥n de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle.

También es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso y cierra con el siguiente.

Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación.

Hay electroválvulas que en lugar de abrir y cerrar lo que hacen es bifurcar o repartir la entrada entre dos salidas. Este tipo de electroválvulas a menudo se usan en los sistemas de calefacción por zonas, lo que permite calentar varias zonas de forma independiente utilizando una sola bomba de circulación.

En otro tipo de electroválvula el solenoide no controla la válvula directamente sino que el solenoide controla una válvula piloto secundaria y la energía para la actuación de la válvula principal la suministra la presión del propio fluido.[56]

Véase también: Solenoide

Iluminación y alumbrado

Artículo principal: Iluminación física
Alumbrado de v√≠as p√ļblicas.

La iluminaci√≥n o alumbrado p√ļblico es la acci√≥n o efecto de iluminar usando electricidad, v√≠as p√ļblicas, monumentos, autopistas, aeropuertos, recintos deportivos, etc., as√≠ como la iluminaci√≥n de las viviendas y especialmente la de los lugares de trabajo cuando las condiciones de luz natural no proporcionan la visibilidad adecuada.

En la técnica se refiere al conjunto de lámparas, bombillas, focos, tubos fluorecentes, entre otros, que se instalan para producir la iluminación requerida, tanto a niveles prácticos como decorativos. Con la iluminación se pretende, en primer lugar conseguir un nivel de iluminación, o iluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado, cuyo nivel dependerá de la tarea que los usuarios hayan de realizar.

La iluminación en los centros de trabajo debe prevenir que se produzca fatiga visual, que se ocasiona si los lugares de trabajo y las vías de circulación no disponen de suficiente iluminación, ya sea natural o artificial, adecuada y suficiente durante la noche y cuando no sea suficiente la luz natural.[57]

Los locales, los lugares de trabajo y las vías de circulación en los que los trabajadores estén particularmente expuestos a riesgos en caso de avería de la iluminación artificial deben contar con una iluminación de seguridad de intensidad y duración suficiente. La iluminación deficiente ocasiona fatiga visual en los ojos, perjudica el sistema nervioso, degrada la calidad del trabajo y es responsable de una buena parte de los accidentes de trabajo.

La fotometría es la ciencia que se encarga de la medida de la luz como el brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la capacidad que tiene la radiación electromagnética de estimular el sistema visual. En este ámbito la iluminancia es la cantidad de flujo luminoso emitido por una fuente de luz que incide, atraviesa o emerge de una superficie por unidad de área. Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es el Lux: 1 Lux = 1 Lumen/m².

En general, la iluminancia se define seg√ļn la siguiente expresi√≥n:

E_V =\frac{dF}{dS}

donde:

  • EV es la iluminancia, medida en luxes.
  • F es el flujo luminoso, en l√ļmenes.
  • dS es el elemento diferencial de √°rea considerado, en metros cuadrados.

La siguiente tabla recoge las principales magnitudes fotométricas, su unidad de medida y la magnitud radiométrica asociada:

Magnitud fotométrica Símbolo Unidad Abreviatura Magnitud radiométrica asociada
Cantidad de luz o energ√≠a luminosa \scriptstyle{Q_v} lumen‚ÄĘsegundo lm‚ÄĘs Energ√≠a radiante
Flujo luminoso o potencia luminosa \scriptstyle{F} lumen (= cd‚ÄĘsr) lm Flujo radiante o potencia radiante
Intensidad luminosa \scriptstyle{I_v} candela cd Intensidad radiante
Luminancia \scriptstyle{L_v} candela /metro2 cd /m2 Radiancia
Iluminancia \scriptstyle{E_v} lux lx Irradiancia
Emitancia luminosa \scriptstyle{M_v} lux lx Emitancia radiante

La candela es una unidad básica del SI. Las restantes unidades fotométricas se pueden derivar de unidades básicas.

Véase también: Lámpara incandescente

Producción de calor

Artículo principal: Efecto Joule
Un secador de pelo es un ejemplo doméstico del efecto Joule.

El físico británico James Prescott Joule descubrió en la década de 1860 que si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las moléculas del conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto es conocido como efecto Joule en honor a su descubridor. Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como

 Q = I^2\cdot R\cdot t \,

donde

Q es la energía calorífica producida por la corriente;
I es la intensidad de la corriente que circula y se mide en amperios;
R es la resistencia eléctrica del conductor y se mide en ohmios;
t es la tiempo el cual se mide en segundos.

Así, la potencia disipada por efecto Joule será:

 P = R\cdot I^2 = \frac{V^2}{R}\,

donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor.

Microscópicamente el efecto Joule se calcula a través de la integral de volumen del campo eléctrico \vec{E} por la densidad de corriente \vec{J}:

 P = \int\!\!\!\int\!\!\!\int_V \vec{J}\cdot \vec{E} dV \,

La resistencia es el componente que transforma la energ√≠a el√©ctrica en energ√≠a calor√≠fica. En este efecto se basa el funcionamiento de los diferentes electrodom√©sticos que aprovechan el calor en sus prestaciones ‚ÄĒbraseros, tostadoras, secadores de pelo, calefacciones, etc.‚ÄĒ y algunos aparatos empleados industrialmente ‚ÄĒsoldadores, hornos industriales, etc.‚ÄĒ en los que el efecto √ļtil buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente. Sin embargo, en la mayor√≠a de las aplicaciones de la electricidad es un efecto indeseado y la raz√≥n por la que los aparatos el√©ctricos y electr√≥nicos necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.[58]

Robótica y máquinas CNC

Artículo principal: Control numérico por computadora

Una de las innovaciones m√°s importantes y trascendentales en la producci√≥n de todo tipo de objetos en la segunda mitad del siglo XX ha sido la incorporaci√≥n de robots, aut√≥matas programables y m√°quinas guiadas por Control num√©rico por computadora (CNC) en las cadenas y m√°quinas de producci√≥n, principalmente en tareas relacionadas con la manipulaci√≥n, trasiego de objetos, procesos de mecanizado y soldadura. Estas innovaciones tecnol√≥gicas han sido viables entre otras cosas por el dise√Īo y construcci√≥n de nuevas generaciones de motores el√©ctricos de corriente continua controlados mediante se√Īales electr√≥nicas de entrada y salida y el giro que pueden tener en ambos sentidos, as√≠ como la variaci√≥n de su velocidad, de acuerdo con las instrucciones contenidas en el programa de ordenador que los controla. En estas m√°quinas se utilizan tres tipos de motores el√©ctricos: motores paso a paso, servomotores o motores encoder, y motores lineales.[59] La rob√≥tica es una rama de la tecnolog√≠a que estudia el dise√Īo y construcci√≥n de m√°quinas capaces de desempe√Īar tareas repetitivas, tareas en las que se necesita una alta precisi√≥n, tareas peligrosas para el ser humano o tareas irrealizables sin intervenci√≥n de una m√°quina. Las ciencias y tecnolog√≠as en las que se basa son, entre otras, el √°lgebra, los aut√≥matas programables, las m√°quinas de estados, la mec√°nica, la electr√≥nica y la inform√°tica.

Un robot se define como una entidad hecha por el hombre y una conexión de retroalimentación inteligente entre el sentido y la acción directa bajo el control de un ordenador previamente programado con las tareas que tiene que realizar. Las acciones de este tipo de robots son generalmente llevadas a cabo por motores o actuadores que mueven extremidades o impulsan al robot. Hacia 1942, Isaac Asimov da una versión humanizada a través de su conocida serie de relatos, en los que introduce por primera vez el término robótica con el sentido de disciplina científica encargada de construir y programar robots. Además, este autor plantea que las acciones que desarrolla un robot deben ser dirigidas por una serie de reglas morales, llamadas las Tres leyes de la robótica.[60]

Los robots son usados hoy en d√≠a (2008) para llevar a cabo tareas sucias, peligrosas, dif√≠ciles, repetitivas o embotadas para los humanos. Esto usualmente toma la forma de un robot industrial usado en las l√≠neas de producci√≥n. Otras aplicaciones incluyen limpieza de residuos t√≥xicos, exploraci√≥n espacial, miner√≠a, b√ļsqueda y rescate de personas y localizaci√≥n de minas terrestres. La manufactura contin√ļa siendo el principal mercado donde los robots son utilizados. En particular, los robots articulados (similares en capacidad de movimiento a un brazo humano) son los m√°s usados com√ļnmente. Las aplicaciones incluyen soldado, pintado y carga de maquinaria. La industria automotriz ha tomado gran ventaja de esta nueva tecnolog√≠a donde los robots han sido programados para reemplazar el trabajo de los humanos en muchas tareas repetitivas. Recientemente, se ha logrado un gran avance en los robots dedicados a la medicina que utiliza robots de √ļltima generaci√≥n en procedimientos de cirug√≠a invasiva m√≠nima. La automatizaci√≥n de laboratorios tambi√©n es un √°rea en crecimiento. Los robots siguen abarat√°ndose y empeque√Īeci√©ndose en tama√Īo, gracias a la miniaturizaci√≥n de los componentes electr√≥nicos que se utilizan para controlarlos. Tambi√©n, muchos robots son dise√Īados en simuladores mucho antes de que sean construidos e interact√ļen con ambientes f√≠sicos reales.

Se√Īales luminosas

Artículo principal: Semáforo

Se denomina se√Īalizaci√≥n de seguridad al conjunto de se√Īales que, referido a un objeto, actividad o situaci√≥n determinada, proporcione una indicaci√≥n o una obligaci√≥n relativa a la seguridad o la salud en el trabajo mediante una se√Īal en forma de panel, un color, una se√Īal luminosa o ac√ļstica, una comunicaci√≥n verbal o una se√Īal gestual, seg√ļn proceda.[61]

Hay dos tipos de se√Īales luminosas: las que act√ļan de forma intermitente y las que act√ļan de forma continuada. Las se√Īales luminosas tienen el siguiente c√≥digo de colores:

  • Rojo: condiciones anormales que precisan de una acci√≥n inmediata del operario.
  • √Āmbar: atenci√≥n o advertencia.
  • Verde: m√°quina dispuesta.
  • Blanco: circuito en tensi√≥n. Condiciones normales.
  • Azul: cualquier significado no previsto por los colores anteriores

Cuando se utilice una se√Īal luminosa intermitente, la duraci√≥n y frecuencia de los destellos deber√°n permitir la correcta identificaci√≥n del mensaje, evitando que pueda ser percibida como continua o confundida con otras se√Īales luminosas.

Sem√°foros
Sem√°foro en v√≠a p√ļblica.

Un semáforo es un dispositivo eléctrico que regula el tráfico de vehículos y peatones en las intersecciones de vías urbanas que soporten mucho tráfico. También se utilizan semáforos en las vías de trenes para regular el tráfico de convoyes por las vías. El tipo más frecuente tiene tres luces de colores:

  • Verde, para avanzar
  • Rojo, para detenerse
  • Amarillo o √°mbar, como paso intermedio del verde a rojo, o precauci√≥n si est√° intermitente.

Fue en 1914 cuando se instaló el primer semáforo eléctrico, en Cleveland (Estados Unidos). Contaba con luces rojas y verdes, colocadas sobre unos soportes con forma de brazo y además incorporaba un emisor de zumbidos.

Los sem√°foros han ido evolucionando con el paso del tiempo y actualmente (2008) se est√°n utilizando l√°mparas a LED para la se√Īalizaci√≥n luminosa, puesto que las l√°mparas de LED utilizan s√≥lo 10% de la energ√≠a consumida por las l√°mparas incandescentes, tienen una vida estimada 50 veces superior, y por tanto generan importantes ahorros de energ√≠a y de mantenimiento, satisfaciendo el objetivo de conseguir una mayor fiabilidad y seguridad p√ļblica.

La óptica de LED está compuesta por una placa de circuito impreso, policarbonato de protección, casquillo roscante E-27, todos estos elementos integrados sobre un soporte cónico. El circuito impreso, policarbonato de protección y envolvente cónica, poseen orificios de ventilación para facilitar la evacuación de calor de su interior.[62]

Telecomunicaciones

Artículo principal: Telecomunicaciones

El t√©rmino telecomunicaci√≥n qued√≥ definido en 1973 por la Uni√≥n Internacional de Telecomunicaciones (ITU) en los t√©rminos siguientes: "Telecomunicaci√≥n es toda transmisi√≥n, emisi√≥n o recepci√≥n, de signos, se√Īales, escritos, im√°genes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios √≥pticos u otros sistemas electromagn√©ticos".[63]

La base matem√°tica sobre la que se apoyan las telecomunicaciones fue desarrollada por el f√≠sico ingl√©s James Clerk Maxwell. Maxwell, en el prefacio de su obra Treatise on Electricity and Magnetism (1873), predijo que era posible propagar ondas por el espacio libre utilizando descargas el√©ctricas, hecho que corrobor√≥ Heinrich Hertz en 1887, ocho a√Īos despu√©s de la muerte de Maxwell, y que, posteriormente, supuso el inicio de la era de la comunicaci√≥n r√°pida a distancia. Hertz desarroll√≥ el primer transmisor de radio generando radiofrecuencias entre 31 MHz y 1.25 GHz.

Las telecomunicaciones comienzan en la primera mitad del siglo XIX con el telégrafo eléctrico. Más tarde se desarrolló el teléfono, con el que fue posible comunicarse utilizando la voz, y, posteriormente, se produjo la revolución de la comunicación inalámbrica: las ondas de radio. A principios del siglo XX aparece el teletipo que, utilizando el código Baudot, permitía enviar y recibir texto en algo parecido a una máquina de escribir. En 1923 se presentó el primer aparato de televisión, existiendo controversia sobre quién fue el inventor del mismo: Vladimir Kosma Zworykin o Philo Taylor Farnsworth. Ambos hombres estaban trabajando en la creación del aparato de TV al mismo tiempo pero en distintos lugares. Aunque Zworykin consiguió una patente para la televisión en EE.UU. y por ello se le cita habitualmente como el primer inventor, Farnsworth fue capaz de producir primero una verdadera imagen de televisión el 7 de septiembre de 1927.[64]

El auge de las telecomunicaciones empieza cuando se sit√ļan en el espacio los primeros sat√©lites de comunicaciones donde las ondas electromagn√©ticas se transmiten gracias a la presencia en el espacio de sat√©lites artificiales situados en √≥rbita alrededor de la Tierra. Un sat√©lite act√ļa b√°sicamente como un repetidor situado en el espacio: recibe las se√Īales enviadas desde la estaci√≥n terrestre y las reemite a otro sat√©lite o de vuelta a los receptores terrestres. Los sat√©lites son puestos en √≥rbita mediante cohetes espaciales que los sit√ļan circundando la Tierra a distancias relativamente cercanas fuera de la atm√≥sfera. Las antenas utilizadas preferentemente en las comunicaciones v√≠a sat√©lite son las antenas parab√≥licas, que tienen forma de par√°bola y la particularidad de que las se√Īales que inciden sobre su superficie se reflejan e inciden sobre el foco de la par√°bola, donde se encuentra el elemento receptor.

Con la puesta en marcha de los sat√©lites de comunicaciones ha sido posible disponer de muchos canales de televisi√≥n, el impresionante desarrollo de la telefon√≠a m√≥vil y de Internet. Internet es un m√©todo de interconexi√≥n descentralizada de redes de computadoras implementado en un conjunto de protocolos denominado TCP/IP y garantiza que redes f√≠sicas heterog√©neas funcionen como una red l√≥gica √ļnica, de alcance mundial. Sus or√≠genes se remontan a 1969, cuando se estableci√≥ la primera conexi√≥n de computadoras, conocida como ARPANET, entre tres universidades en California y una en Utah, EE. UU..

En el siglo XXI las telecomunicaciones est√°n evolucionando hacia la interconexi√≥n global a trav√©s de m√ļltiples dispositivos, cada vez m√°s r√°pidos, compactos, potentes y multifuncionales. Ya no es necesario establecer enlaces f√≠sicos entre dos puntos para transmitir la informaci√≥n de un punto a otro. Los hechos ocurridos en un sitio pueden transmitirse a todo el mundo, lo que facilita las comunicaciones, el comercio globalizado y emplear nuevas t√©cnicas de gesti√≥n como el m√©todo justo a tiempo.

Uso doméstico

Artículo principal: Electrodoméstico
El empleo de bombillas de bajo consumo supone un ahorro de hasta un 80% de energía respecto a las convencionales.

El uso doméstico de la electricidad se refiere a su empleo en los hogares. Los principales usos son alumbrado, electrodomésticos, calefacción y aire acondicionado. Se está investigando en producir aparatos eléctricos que tengan la mayor eficiencia energética posible, así como es necesario mejorar el acondicionamiento de los hogares en cuanto a aislamiento del exterior para disminuir el consumo de electricidad en el uso de la calefacción o del aire acondicionado, que son los aparatos de mayor consumo eléctrico.

Se denominan electrodomésticos a todas las máquinas o aparatos eléctricos que realizan tareas domésticas rutinarias, como pueden ser cocinar, conservar los alimentos o limpiar, tanto para un hogar como para instituciones, comercios o industrias. Los electrodomésticos se clasifican comercialmente en tres grupos:

En los países de la Unión Europea los fabricantes de electrodomésticos están obligados a etiquetar sus productos con la llamada etiqueta energética, con el fin de contribuir al ahorro energético y a la preservación del medio ambiente.

La etiqueta energ√©tica es una herramienta informativa que indica la cantidad de energ√≠a que consume un electrodom√©stico y la eficiencia con que utiliza esa energ√≠a, adem√°s de otros datos complementarios del aparato. Existen siete clases de etiquetas energ√©ticas que se tipifican, en funci√≥n de los consumos el√©ctricos, en diferentes colores y con letras del abecedario de la A (m√°s eficiente) hasta la G (menos eficiente). De esta manera, los usuarios pueden valorar y comparar en el mismo momento de la compra el rendimiento energ√©tico de los distintos modelos de un mismo tipo de electrodom√©stico. Las comparaciones √ļnicamente se pueden hacer entre electrodom√©sticos del mismo tipo. Por ejemplo, no es comparable el consumo el√©ctrico de una lavadora de clase A con el de un lavavajillas de la misma clase, pero s√≠ con el de otra lavadora de clase C.

La etiqueta tiene que estar siempre visible en el aparato expuesto. En los casos de ventas por catálogo, por Internet o por cualquier otro medio donde el consumidor no pueda ver los aparatos personalmente también se tienen que incluir las prestaciones energéticas descritas en la etiqueta.

Los electrodom√©sticos que, seg√ļn la normativa de la Uni√≥n Europea, deben llevar obligatoriamente etiqueta energ√©tica son los siguientes: frigor√≠ficos, congeladores y aparatos combinados, lavadoras, secadoras y lava-secadoras, lavavajillas, fuentes de luz, aparatos de aire acondicionado, hornos el√©ctricos, calentadores de agua y otros aparatos que almacenen agua caliente.[65]

Uso en la industria

Diversos tipos de motores eléctricos.

Los principales consumidores de electricidad son las industrias, destacando aquellas que tienen en sus procesos productivos instalados grandes hornos el√©ctricos, tales como sider√ļrgicas, cementeras, cer√°micas y qu√≠micas. Tambi√©n son grandes consumidores los procesos de electr√≥lisis (producci√≥n de cloro y aluminio) y las plantas de desalaci√≥n de agua de mar.

En algunos pa√≠ses, por ejemplo Espa√Īa, existen unos contratos de suministro especiales con estos grandes consumidores de electricidad a los que se les concede una tarifa muy baja a cambio de la posibilidad de cortarles el suministro el√©ctrico (lo que les obliga a un paro t√©cnico), cuando las previsiones meteorol√≥gicas prev√©n olas de calor o de fr√≠o intenso, para evitar la saturaci√≥n del suministro a causa del alto consumo dom√©stico de aire acondicionado o calefacci√≥n. Estos grandes consumidores hacen tambi√©n funcionar sus hornos m√°s potentes en horario nocturno cuando la tarifa el√©ctrica es m√°s reducida. En el caso espa√Īol, el uso de estas tarifas especiales podr√≠a ser prohibido por la Comisi√≥n Europea al considerarlas incentivos injustos a costa de los dem√°s usuarios de electricidad.[66]

Las industrias también consumen electricidad para suministrar iluminación eléctrica cuando no es posible la iluminación natural, a fin de prevenir que se produzca fatiga visual en los trabajadores, que se ocasiona si los lugares de trabajo y las vías de circulación no disponen de suficiente iluminación, adecuada y suficiente durante la noche.[67]

Otro campo general de consumo eléctrico en las empresas lo constituye el dedicado a la activación de las máquinas de climatización tanto de aire acondicionado como de calefacción. El consumo de electricidad de este capítulo puede ser muy elevado si las instalaciones no están construidas de acuerdo con principios ecológicos de ahorro de energía.

Asimismo, es de uso industrial la electricidad que se emplea en los diferentes tipos de soldadura eléctrica, procesos de electrólisis, hornos eléctricos industriales utilizados en muchas tareas diferentes, entre otros.

Un campo sensible del uso de la electricidad en las empresas o instituciones lo constituyen la alimentaci√≥n permanente y la tensi√≥n constante que deben tener las instalaciones de ordenadores, porque un corte imprevisto de energ√≠a el√©ctrica puede da√Īar el trabajo que se realiza en el momento del corte. Para evitar estos da√Īos existen unos dispositivos de emergencia que pal√≠an de forma moment√°nea la ausencia de suministro el√©ctrico en la red.

Uso en el transporte

Artículo principal: Locomotora
Vehículos híbridos en Expo 2005.

La electricidad tiene una funci√≥n determinante en el funcionamiento de todo tipo de veh√≠culos que funcionan con motores de explosi√≥n. Para producir la electricidad que necesitan estos veh√≠culos para su funcionamiento llevan incorporado un alternador peque√Īo que es impulsado mediante una transmisi√≥n por polea desde el eje del cig√ľe√Īal del motor. Adem√°s tienen una bater√≠a que sirve de reserva de electricidad para que sea posible el arranque del motor cuando este se encuentra parado, activando el motor de arranque. Los componentes el√©ctricos m√°s importantes de un veh√≠culo de transporte son los siguientes: alternador, bater√≠a, equipo de alumbrado, equipo de encendido, motor de arranque, equipo de se√Īalizaci√≥n y emergencia, instrumentos de control, entre otros.

La sustituci√≥n de los motores de explosi√≥n por motores el√©ctricos es un tema a√ļn no resuelto, debido principalmente a la escasa capacidad de las bater√≠as y a la lentitud del proceso de carga as√≠ como a su autonom√≠a limitada. Se est√°n realizando avances en el lanzamiento de autom√≥viles h√≠bridos con un doble sistema de funcionamiento: un motor de explosi√≥n t√©rmico que carga acumuladores y unos motores el√©ctricos que impulsan la tracci√≥n en las ruedas.

Un campo donde ha triunfado plenamente la aplicación de las máquinas eléctricas ha sido el referido al funcionamiento de los ferrocarriles.

El proceso de electrificación se ha desarrollado en dos fases. La primera fue la sustitución de las locomotoras que utilizaban carbón por las locomotoras llamadas diésel que utilizaban gasóleo. Las locomotoras diésel-eléctricas consisten básicamente en dos componentes, un motor diésel que mueve un generador eléctrico, y varios motores eléctricos (conocidos como motores de tracción) que comunican a las ruedas la fuerza tractiva que mueve a la locomotora. Los motores de tracción se alimentan con corriente eléctrica y luego, por medio de engranajes, mueven las ruedas.

La puesta en servicio de locomotoras el√©ctricas directas constituy√≥ un avance tecnol√≥gico importante. Las locomotoras el√©ctricas son aquellas que utilizan como fuente de energ√≠a la energ√≠a el√©ctrica proveniente de una fuente externa, para aplicarla directamente a motores de tracci√≥n el√©ctricos. Estas locomotoras requieren la instalaci√≥n de cables de alimentaci√≥n a lo largo de todo el recorrido, que se sit√ļan a una altura por encima de los trenes a fin de evitar accidentes. Esta instalaci√≥n se conoce como catenaria. Las locomotoras toman la electricidad por un trole, que la mayor√≠a de las veces tiene forma de pant√≥grafo y como tal se conoce. En los a√Īos 1980 se integraron como propulsores de veh√≠culos el√©ctricos ferroviarios los motores as√≠ncronos, y aparecieron los sistemas electr√≥nicos de regulaci√≥n de potencia que dieron el espaldarazo definitivo a la elecci√≥n de este tipo de tracci√≥n por las compa√Ī√≠as ferroviarias. El hito de los trenes el√©ctricos lo constituyen los llamados trenes de alta velocidad cuyo desarrollo ha sido el siguiente:

  • En 1964 se inaugur√≥ el Shinkansen o tren bala japon√©s con motivo de los Juegos Ol√≠mpicos de Tokio, el primer tren de alta velocidad en utilizar un trazado propio,
  • En 1979 se instal√≥ en Hamburgo el primer tren de levitaci√≥n magn√©tica para la Exposici√≥n Internacional del Transporte (IVA 79), desarrollando patentes anteriores. Hubo pruebas posteriores de trenes similares en Inglaterra y actualmente operan comercialmente l√≠neas en Jap√≥n y China. Se combinan con el sistema de monorra√≠l.
  • En 1981 se inaugur√≥ la primera l√≠nea de Train √† Grande Vitesse (Tren de Gran Velocidad), conocido como TGV, un tipo de tren el√©ctrico de alta velocidad desarrollado por la empresa francesa Alstom. El TGV es uno de los trenes m√°s veloces del mundo, operando en algunos tramos a velocidades de hasta 320 km/h teniendo el r√©cord de mayor velocidad media en un servicio de pasajeros y el de mayor velocidad en condiciones especiales de prueba. En 1990 alcanz√≥ la velocidad de 515,3 km/h, y en el 2007 super√≥ su propio registro al llegar a los 574,8 km/h en la l√≠nea Par√≠s-Estrasburgo.

A pesar del desarrollo de las locomotoras eléctricas directas, en amplias zonas del planeta se siguen utilizando locomotoras diésel.

Uso en la medicina

Artículo principal: Electromedicina
Imagen radiológica en 3D.

El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen descubrió que, cuando los electrones que se mueven a elevada velocidad chocan con la materia, dan lugar a una forma de radiación altamente penetrante. A esta radiación se le denominó radiación X y su descubrimiento es considerado como uno de los más extraordinarios de la ciencia moderna.[68] Los rayos X han mostrado una gran utilidad en el campo de la Medicina, concretamente en el diagnóstico médico, porque permiten captar estructuras óseas, permitiendo así diagnosticar fracturas o cualquier trastorno óseo.[69]

La radiología es la especialidad médica que emplea distintos tipos de radiaciones con fines diagnósticos (detección de enfermedades o dolencias) y terapéuticos (la curación de las mismas). La práctica más extendida es la de los rayos X. En desarrollos posteriores de la radiología se desarrollaron la tomografía axial computarizada TAC y la angiografía.

Otras técnicas de imagen médica que no utilizan radiaciones pero sí aparatos eléctricos son la resonancia magnética nuclear (IRM), los ultrasonidos o la ecografía.

Para los trastornos coronarios, se utilizan los electrocardiogramas para el diagnóstico y los marcapasos, el corazón artificial y los desfibriladores para el tratamiento. También la neurología y la neurofisiología utilizan equipamientos electrónicos de diagnosis y tratamiento. Asimismo se utiliza láser de alta resolución para intervenciones de lesiones oculares y audífonos para mejorar la audición. Se han equipado los quirófanos y unidades de rehabilitación y cuidados intensivos (UVI) o (UCI) con equipos electrónicos e informáticos de alta tecnología. La radioterapia utiliza radiaciones ionizantes para tratar el cáncer.

Por √ļltimo, la electricidad ha permitido mejorar los instrumentos y t√©cnicas de an√°lisis cl√≠nico, por ejemplo mediante microscopios electr√≥nicos de gran resoluci√≥n.

Electrónica

Electrónica digital

Artículo principal: Circuito integrado
Detalle de un circuito integrado.

La electr√≥nica es la rama de la f√≠sica y, fundamentalmente, una especializaci√≥n de la ingenier√≠a, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducci√≥n y el control del flujo microsc√≥pico de los electrones u otras part√≠culas cargadas el√©ctricamente.[70] Mediante el dise√Īo y la construcci√≥n de circuitos electr√≥nicos se pueden resolver muchos problemas pr√°cticos. Forma parte de los campos de la ingenier√≠a electr√≥nica, Ingenier√≠a electromec√°nica y la inform√°tica en el dise√Īo de software para su control.

Se considera que la electr√≥nica comenz√≥ con el diodo de vac√≠o inventado por John Ambrose Fleming en 1904. El funcionamiento de este dispositivo est√° basado en el efecto Edison. Conforme pasaba el tiempo las v√°lvulas de vac√≠o se fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos de v√°lvulas. Dentro de los perfeccionamientos de las v√°lvulas se encontraba su miniaturizaci√≥n. Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley de los Laboratorios Bell Telephone en 1948, cuando se permiti√≥ a√ļn una mayor miniaturizaci√≥n de los aparatos. El transistor de uni√≥n apareci√≥ algo m√°s tarde, en 1949, y es el dispositivo utilizado para la mayor√≠a de las aplicaciones de la electr√≥nica. Sus ventajas respecto a las v√°lvulas son entre otras: menor tama√Īo y fragilidad, mayor rendimiento energ√©tico y menores tensiones de alimentaci√≥n. El transistor no funciona en vac√≠o como las v√°lvulas, sino en un estado s√≥lido semiconductor (silicio), raz√≥n por la que no necesitan centenares de voltios de tensi√≥n para funcionar. En 1958 se desarroll√≥ el primer circuito integrado, que integraba seis transistores en un √ļnico chip. En 1970 se desarroll√≥ el primer microprocesador, Intel 4004.

En la actualidad, los campos de desarrollo de la electrónica son tan vastos que se ha dividido en varias ciencias especializadas. La mayor división consiste en distinguir la electrónica analógica de la electrónica digital. La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Se puede decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de aplicación: electrónica de control, telecomunicaciones y electrónica de potencia.[71]

Consumo de energía y eficiencia energética

Contador doméstico de electricidad.
Artículo principal: Eficiencia energética

Los aparatos el√©ctricos cuando est√°n funcionando generan un consumo de energ√≠a el√©ctrica en funci√≥n de la potencia que tengan y del tiempo que est√©n en funcionamiento. En Espa√Īa, el consumo de energ√≠a el√©ctrica se contabiliza mediante un dispositivo precintado que se instala en los accesos a la vivienda, denominado contador, y que cada dos meses revisa un empleado de la compa√Ī√≠a suministradora de la electricidad anotando el consumo realizado en ese per√≠odo. El kilovatio hora (kWh) es la unidad de energ√≠a en la que se factura normalmente el consumo dom√©stico o industrial de electricidad. Equivale a la energ√≠a consumida por un aparato el√©ctrico cuya potencia fuese un kilovatio (kW) y estuviese funcionando durante una hora.

Ejemplo de factura de consumo de energ√≠a el√©ctrica en un periodo de dos meses (Espa√Īa, 2008)
Concepto C√°lculo Valor
Potencia contratada 5,5 kW x 2 mesesx 1,642355 ‚ā¨/(kW ‚ÄĘ mes) 18,07 ‚ā¨
Coste consumo 966 kWh x 0,091437 ‚ā¨/kWh 88.33 ‚ā¨
Impuesto electricidad 106,40 ‚ā¨ x 1,05113 x 4,864 % 5,44 ‚ā¨
Alquiler de contador 0,60 ‚ā¨/mes x 2 meses 1,20 ‚ā¨
Impuesto valor a√Īadido (IVA) 16% x suma anterior 18,09 ‚ā¨
Total factura 131,13 ‚ā¨
El refrigerador es el electrodoméstico de los hogares que consume más electricidad, por lo cual se debe hacer un uso racional del mismo para conseguir un buen ahorro.

Dado el elevado coste de la energía eléctrica y las dificultades que existen para cubrir la demanda mundial de electricidad y el efecto nocivo para el medio ambiente que supone la producción masiva de electricidad se impone la necesidad de aplicar la máxima eficiencia energética posible en todos los usos que se haga de la energía eléctrica.

La eficiencia energética es la relación entre la cantidad de energía consumida de los productos y los beneficios finales obtenidos. Se puede lograr aumentarla mediante la implementación de diversas medidas e inversiones a nivel tecnológico, de gestión y de hábitos culturales en la comunidad.[72]

Salud y electricidad

Artículo principal: Riesgo eléctrico
Se√Īal de peligro el√©ctrico.

Se denomina riesgo eléctrico al riesgo originado por la energía eléctrica. Dentro de este tipo de riesgo se incluyen los siguientes:[73]

  • Choque el√©ctrico por contacto con elementos en tensi√≥n (contacto el√©ctrico directo), o con masas puestas accidentalmente en tensi√≥n (contacto el√©ctrico indirecto).
  • Quemaduras por choque el√©ctrico, o por arco el√©ctrico.
  • Ca√≠das o golpes como consecuencia de choque o arco el√©ctrico.
  • Incendios o explosiones originados por la electricidad.

La corriente eléctrica puede causar efectos inmediatos como quemaduras, calambres o fibrilación, y efectos tardíos como trastornos mentales. Además puede causar efectos indirectos como caídas, golpes o cortes.

Los principales factores que influyen en el riesgo eléctrico son:[74]

  • La intensidad de corriente el√©ctrica.
  • La duraci√≥n del contacto el√©ctrico.
  • La impedancia del contacto el√©ctrico, que depende fundamentalmente de la humedad, la superficie de contacto y la tensi√≥n y la frecuencia de la tensi√≥n aplicada.
  • La tensi√≥n aplicada. En s√≠ misma no es peligrosa pero, si la resistencia es baja, ocasiona el paso de una intensidad elevada y, por tanto, muy peligrosa. La relaci√≥n entre la intensidad y la tensi√≥n no es lineal debido al hecho de que la impedancia del cuerpo humano var√≠a con la tensi√≥n de contacto.
  • Frecuencia de la corriente el√©ctrica. A mayor frecuencia, la impedancia del cuerpo es menor. Este efecto disminuye al aumentar la tensi√≥n el√©ctrica.
  • Trayectoria de la corriente a trav√©s del cuerpo. Al atravesar √≥rganos vitales, como el coraz√≥n, pueden provocarse lesiones muy graves.

Los accidentes causados por la electricidad pueden ser leves, graves e incluso mortales. En caso de muerte del accidentado, recibe el nombre de electrocución.

En el mundo laboral los empleadores deberán adoptar las medidas necesarias para que de la utilización o presencia de la energía eléctrica en los lugares de trabajo no se deriven riesgos para la salud y seguridad de los trabajadores o, si ello no fuera posible, para que tales riesgos se reduzcan al mínimo.[73]

Electricidad en la naturaleza

Mundo inorg√°nico

Descargas eléctricas atmosféricas

El fen√≥meno el√©ctrico m√°s com√ļn del mundo inorg√°nico son las descargas el√©ctricas atmosf√©ricas denominadas rayos y rel√°mpagos. Debido al rozamiento de las part√≠culas de agua o hielo con el aire, se produce la creciente separaci√≥n de cargas el√©ctricas positivas y negativas en las nubes, separaci√≥n que genera campos el√©ctricos. Cuando el campo el√©ctrico resultante excede el de ruptura diel√©ctrica del medio, se produce una descarga entre dos partes de una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parte inferior de una nube y tierra. Esta descarga ioniza el aire por calentamiento y excita transiciones electr√≥nicas moleculares. La brusca dilataci√≥n del aire genera el trueno, mientras que el decaimiento de los electrones a sus niveles de equilibrio genera radiaci√≥n electromagn√©tica, luz.

Son de origen similar las centellas y el fuego de San Telmo. Este √ļltimo es com√ļn en los barcos durante las tormentas y es similar al efecto corona que se produce en algunos cables de alta tensi√≥n.

El da√Īo que producen los rayos a las personas y sus instalaciones puede prevenirse derivando la descarga a tierra, de modo inocuo, mediante pararrayos.

Campo magnético terrestre

Aurora boreal.

Aunque no se puede verificar experimentalmente, la existencia del campo magn√©tico terrestre se debe casi seguramente a la circulaci√≥n de cargas en el n√ļcleo externo l√≠quido de la Tierra. La hip√≥tesis de su origen en materiales con magnetizaci√≥n permanente, como el hierro, parece desmentida por la constataci√≥n de las inversiones peri√≥dicas de su sentido en el transcurso de las eras geol√≥gicas, donde el polo norte magn√©tico es remplazado por el sur y viceversa. Medido en tiempos humanos, sin embargo, los polos magn√©ticos son estables, lo que permite su uso, mediante el antiguo invento chino de la br√ļjula, para la orientaci√≥n en el mar y en la tierra.

El campo magnético terrestre desvía las partículas cargadas provenientes del Sol (viento solar). Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno de la magnetosfera, se produce un efecto fotoeléctrico mediante el cual parte de la energía de la colisión excita los átomos a niveles de energía tales que cuando dejan de estar excitados devuelven esa energía en forma de luz visible. Este fenómeno puede observarse a simple vista en las cercanías de de los polos, en las auroras polares.

Mundo org√°nico

Artículo principal: Bioelectromagnetismo

El bioelectromagnetismo (a veces denominado parcialmente como bioelectricidad o biomagnetismo) es el fen√≥meno biol√≥gico presente en todos los seres vivos, incluidas todas las plantas y los animales, consistente en la producci√≥n de campos electromagn√©ticos (se manifiesten como el√©ctricos o magn√©ticos) producidos por la materia viva ( c√©lulas, tejidos u organismos). Los ejemplos de este fen√≥meno incluyen el potencial el√©ctrico de las membranas celulares y las corrientes el√©ctricas que fluyen en nervios y m√ļsculos como consecuencia de su potencial de acci√≥n. No debe confundirse con la bioelectromagn√©tica, que se ocupa de los efectos de una fuente externa de electromagnetismo sobre los organismos vivos.

Impulso nervioso

Artículo principal: Impulso nervioso
Grabado antiguo mostrando la excitación del nervio crural de una rana mediante una máquina electrostática.

El fen√≥meno de excitaci√≥n de los m√ļsculos de las patas de una rana, descubierto por Galvani, puso en evidencia la importancia de los fen√≥menos el√©ctricos en los organismos vivientes. Aunque inicialmente se pens√≥ que se trataba de una clase especial de electricidad, se verific√≥ gradualmente que estaban en juego las cargas el√©ctricas usuales de la f√≠sica. En los organismos con sistema nervioso las neuronas son los canales por los que se trasmiten a los m√ļsculos las se√Īales que comandan su contracci√≥n y relajaci√≥n. Las neuronas tambi√©n transmiten al cerebro las se√Īales de los √≥rganos internos, de la piel y de los transductores que son los √≥rganos de los sentidos, se√Īales como dolor, calor, textura, presi√≥n, im√°genes, sonidos, olores y sabores. Los mecanismos de propagaci√≥n de las se√Īales por las neuronas, sin embargo, son muy diferentes del de conducci√≥n de electrones en los cables el√©ctricos. Consisten en la modificaci√≥n de la concentraci√≥n de iones de sodio y de potasio a ambos lados de una membrana celular. Se generan as√≠ diferencias de potencial, variables a lo largo del interior de la neurona, que var√≠an en el tiempo propag√°ndose de un extremo al otro de la misma con altas velocidades.

Los peque√Īos hoyos en la cabeza de este lucio contiene neuromastos del sistema de la l√≠nea lateral.
El pez torpedo es uno de los "fuertemente eléctricos".
Véase también: Galvanismo

Uso biológico

Artículo principal: Bioelectromagnetismo

Muchos peces y unos pocos mamíferos tienen la capacidad de detectar la variación de los campos eléctricos en los que están inmersos, entre los que se cuentan los teleostei, las rayas[75] y los ornitorrincos. Esta detección es hecha por neuronas especializadas llamadas neuromastos,[76] que en los gimnótidos están ubicadas en la línea lateral del pez.[77]

La localizaci√≥n por medios el√©ctricos (electrorrecepci√≥n) puede ser pasiva o activa. En la localizaci√≥n pasiva el animal s√≥lo detecta la variaci√≥n de los campos el√©ctricos circundantes, a los que no genera. Los "peces poco el√©ctricos" son capaces de generar campos el√©ctricos d√©biles a trav√©s de √≥rganos y circuitos especiales de neuronas, cuya √ļnica funci√≥n es detectar variaciones del entorno y comunicarse con otros miembros de su especie. Los voltajes generados son inferiores a 1 V y las caracter√≠sticas de los sistemas de detecci√≥n y control var√≠an grandemente de especie a especie.[78]

Algunos peces, como las anguilas y las rayas eléctricas son capaces de producir grandes descargas eléctricas con fines defensivos u ofensivos, son los llamados peces eléctricos. Estos peces, también llamados "peces fuertemente eléctricos", pueden generar voltajes de hasta 2.000 V y corrientes superiores a 1 A. Entre los peces eléctricos se cuentan los Apteronotidae, Gymnotidae, Electrophoridae, Hypopomidae, Rhamphichthyidae, Sternopygidae, Gymnarchidae, Mormyridae y Malapteruridae.[79]

V√©anse tambi√©n: Magnetorrecepci√≥n, Paloma mensajera y Bacteria magn√©tica


Véase también

Referencias

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  • electricidad ‚ÄĒ (De el√©ctrico). 1. f. F√≠s. Propiedad fundamental de la materia que se manifiesta por la atracci√≥n o repulsi√≥n entre sus partes, originada por la existencia de electrones, con carga negativa, o protones, con carga positiva. 2. F√≠s. Forma de… ‚Ķ   Diccionario de la lengua espa√Īola

  • electricidad ‚ÄĒ Forma de energ√≠a expresada por la actividad de los electrones y otras part√≠culas subat√≥micas en movimiento, tanto en la electricidad din√°mica como en la electricidad est√°tica. La electricidad puede producirse por el calor, generarse por una… ‚Ķ   Diccionario m√©dico

  • electricidad ‚ÄĒ sustantivo femenino 1. (no contable) Energ√≠a que resulta de la existencia en la materia de cargas el√©ctricas positivas y negativas. electricidad est√°tica (no contable) Electricidad que aparece en un cuerpo cuando existen en √©l cargas el√©ctricas… ‚Ķ   Diccionario Salamanca de la Lengua Espa√Īola

  • Electricidad ‚ÄĒ ‚Ėļ sustantivo femenino 1 ELECTRICIDAD Forma de energ√≠a, producida por frotamiento, calor, acci√≥n qu√≠mica u otros agentes, que se manifiesta por atracciones y repulsiones, por chispa y otros fen√≥menos luminosos y por las descomposiciones qu√≠micas… ‚Ķ   Enciclopedia Universal

  • electricidad ‚ÄĒ {{ÔľÉ}}{{LM E14320}}{{„Äď}} {{SynE14660}} {{ÔľĽ}}electricidad{{ÔľĹ}} ‚ÄĻe¬∑lec¬∑tri¬∑ci¬∑dad‚Äļ {{„Ää}}‚Ėć s.f.{{„Äč}} {{Ôľú}}1{{Ôľě}} Forma de energ√≠a presente en la materia y derivada del movimiento de los electrones y de los protones que forman los √°tomos. {{Ôľú}}2{{Ôľě}}… ‚Ķ   Diccionario de uso del espa√Īol actual con sin√≥nimos y ant√≥nimos

  • electricidad ‚ÄĒ (f) (B√°sico) corriente el√©ctrica, fen√≥meno f√≠sico producido por las interacciones de las cargas el√©ctricas positivas y negativas Ejemplos: Gracias al invento de la electricidad podemos ver la tele. El consumo de electricidad se dispara durante la ‚Ķ   Espa√Īol Extremo Basic and Intermediate

  • electricidad ‚ÄĒ s f 1 Fen√≥meno f√≠sico producido por el movimiento de electrones de los √°tomos; se manifiesta en la atracci√≥n o repulsi√≥n que aparece entre ellos, como en los rel√°mpagos y las centellas; se suele utilizar como energ√≠a para mover m√°quinas, producir ‚Ķ   Espa√Īol en M√©xico

  • electricidad ‚ÄĒ f Agente constitutivo de la materia causado por la presencia y el movimiento de electrones, protones y otras part–Ĺculas cargadas, que manifiestan atracci—Én, repulsi—Én, efectos luminosos y calor–Ĺficos, etc ‚Ķ   Diccionario de Construcci√≥n y Arquitectur

  • electricidad ‚ÄĒ Tipo de Energ√≠a. Agente natural muy poderoso que se manifiesta por atracciones y repulsiones por fen√≥menos luminosos, por las conmociones que ocasiona en el organismo animal y por la descomposici√≥n qu√≠mica que produce ‚Ķ   Diccionario ecologico

  • electricidad ‚ÄĒ Sin√≥nimos: ‚Ė† alumbrado, energ√≠a, corriente, fluido, fuerza ‚Ķ   Diccionario de sin√≥nimos y ant√≥nimos


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