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ELECTRICIDAD

HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD

La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones médicas, como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretación discutible (la batería de Bagdad). Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos eléctricos cuando, al frotar una barra de ámbar con un paño, notó que la barra podía atraer objetos livianos.

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.

CONCEPTO

Es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros. Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre. Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y asimismo de todos los dispositivos electrónicos. Además es esencial para la producción de sustancias químicas como el aluminio y el cloro.

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.

LEY DE OHM

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

Georg Simon Ohm nació en Erlange (Alemania) el 16 de marzo de 1789 en el seno de una familia protestante, y desde muy joven trabajó en la cerrajería de su padre, el cual también hacía las veces de profesor de su hijo. Tras su paso por la universidad dirigió el Instituto Politécnico de Núremberg y dio clases de física experimental en la Universidad de Munich hasta el final de su vida. Falleció en esta última ciudad el 6 de julio de 1854.
Poniendo a prueba su intuición en la física experimental consiguió introducir y cuantificar la resistencia electrica. Su formulación de la relación entre intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia constituye la ley de Ohm, por ello la unidad de resistencia eléctrica se denominó ohmio en su honor.

Donde:

• V (Voltaje) - Indica la diferencia de energía entre dos puntos de un circuito. La proporcionan los generadores, se representa con la letra V y se mide en voltios (V).
• R (Resistencia) - La resistencia eléctrica es la oposición que presenta un elemento del circuito al paso de la corriente. Se representa con la letra R y se mide en ohmios (Ω).
• I (Intensidad de corriente) - La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de electrones que pasan por un punto determinado del circuito en la unidad de tiempo. Se representa con la letra I y se mide en amperios (A).

Sufrió durante mucho tiempo la reticencia de los medios científicos europeos para aceptar sus ideas pero finalmente la Real sociedad de Londres le premió con la Medalla de Copley en 1841 y la Universidad de Múnich le otorgó la cátedra de Profesor de Física en 1849.

En 1840 estudió las perturbaciones sonoras en el campo de la acústica fisiológica (ley de Ohm-Helmholtz) y a partir de 1852 centró su actividad en los estudios de carácter óptico, en especial en los fenómenos de interferencia.

DIAGRAMA DE LEY DE OHM

En un diagrama se muestran las tres formas de relacionar las magnitudes físicas que intervienen en la ley de Ohm, V, R e I.

La elección de la fórmula a utilizar dependerá del contexto en el que se aplique. Por ejemplo, si se trata de la curva característica I-V de un dispositivo eléctrico como un calefactor, se escribiría como: I = V/R. Si se trata de calcular la tensión V en bornes de una resistencia R por la que circula una corriente I, la aplicación de la ley sería: V= RxI. También es posible calcular la resistencia R que ofrece un conductor que tiene una tensión V entre sus bornes y por el que circula una corriente I, aplicando la fórmula R = V/ I.

Ejercicio Nro. 1

Calcula la intensidad que circula por un conductor de 10 ohmios de resistencia si entre sus extremos existe una diferencia de potencial de 2 V.

Solución

Según la Ley de Ohm, la intensidad que circula a través de un conductor se calcula como el cociente entre la diferencia de potencial o voltaje entre sus extremos y la resistencia del conductor.

 I = V / R 

Según el enunciado del problema, los datos son los siguientes: 

V = 2 V 

R = 10 Ω 

Luego, la intensidad que circula a través del conductor, será igual a: 

I = V / R = 2 / 10 = 0,2 A 

ALGORITMO

EJECUCIÓN

DIAGRAMA DE FLUJO

EJECUCIÓN

Ejercicio Nro. 2

Calcula la intensidad que circula por un conductor de 20 ohmios de resistencia si entre sus extremos existe una diferencia de potencial de 9 V.

Solución 

Según el enunciado del problema, los datos son los siguientes: 

V = 9 V 

R = 20 Ω 

Luego, la intensidad que circula a través del conductor, será igual a: 

I = V / R = 9 / 20 = 0,45 A

EJECUCIÓN

EJECUCIÓN

Ejercicio Nro. 3

Calcula el valor de una resistencia por la que circula una intensidad de 2 A cuando entre sus entre sus extremos existe una diferencia de potencial de 220 V.

Solución 

En este ejercicio, según la Ley de Ohm, la intensidad que circula a través de un conductor se calcula como el cociente entre la diferencia de potencial o voltaje entre sus extremos y la resistencia del conductor. 

I = V / R 

Como en este caso se pide la resistencia del conductor, tendremos que: 

R = V / I 

Según el enunciado del problema, los datos son los siguientes: 

I = 2 A 

V = 220 V 

Luego, la intensidad que circula a través del conductor, será igual a: 

R = V / I = 220 / 2 = 110 Ω

ALGORITMO

EJECUCIÓN

DIAGRAMA DE FLUJO

EJECUCIÓN

Ejercicio Nro. 4

Calcula la diferencia de potencial en los extremos de una resistencia de 150 ohmios cuando por ella circula una intensidad de 30 mA. 

Solución 

En este ejercicio, según la Ley de Ohm, la intensidad que circula a través de un conductor se calcula como el cociente entre la diferencia de potencial o voltaje entre sus extremos y la resistencia del conductor. I = V / R 

Como en este caso se pide la diferencia de potencial en los extremos del conductor, tendremos que:

V = I · R 

Según el enunciado del problema, los datos son los siguientes: 

I = 30 mA = 0,030 A 

R = 150 Ω 

Luego, la intensidad que circula a través del conductor, será igual a: 

V = I · R = 0,030 · 150 = 4,5 V

ALGORITMO 

EJECUCIÓN

DIAGRAMA DE FLUJO

EJECUCIÓN