La electricitat és una propietat física de la matèria. Consisteix en aquella interacció negativa o positiva existent entre els protons i els electrons de la matèria. El terme fa esment a la color ambre, pel color tan versàtil i lluminós que presentava. No obstant això, el terme va ser introduït en la societat científica per primera vegada pel científic anglès William Gilbert (1544-1603) al Segle XVI per descriure el fenomen d'interacció d'energia entre partícules.
Què és l'electricitat
Taula de Continguts
S'entén per electricitat física als fenòmens que es manifesten per la presència de les càrregues elèctriques presents en els cossos, ja que aquests estan conformats per molècules i àtoms, la interacció dels seus sub partícules genera impulsos elèctrics. Les càrregues positives i negatives en els àtoms, és electricitat estàtica, mentre que el moviment d'electrons i el seu alliberament dels àtoms, produeixen els corrents elèctrics.
Aquesta forma part de l'electromagnetisme, que conforma, amb la gravetat i la força nuclear feble i força nuclear forta, les interaccions fonamentals de la natura.
La seva etimologia prové de el llatí electrum, igualment de el grec élektron, que significa "ambre". El filòsof grec Tales de Milet (624-546 aC) va observar com la fricció magnetizaba a l'ambre amb electricitat estàtica, i segles més tard, el científic Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739), va notar com les càrregues positives de l'electricitat es revelaven quan es fregava vidre, i, al seu torn, les negatives es mostraven quan es fregaven resines, com ara l'ambre.
El flux d'energia de les càrregues en moviment o estàtiques és al que s'anomena electricitat, o la transferència d'electrons d'un àtom a un altre, i la força elèctrica resultant es mesura en volts o watts, terme utilitzat en electricitat en anglès, i se li va donar aquest nom en homenatge a l'inventor de la màquina de vapor James Watt (1736-1819).
No obstant això, és possible trobar electricitat a la natura, com el cas dels esdeveniments atmosfèrics, la bioelectricitat (electricitat present en alguns animals) i la magnetosfera.
Un dels casos més coneguts d'animals que produeixen electricitat, és el de la anguila elèctrica, que posseeix en el seu organisme electrocitos (òrgan propi d'aquest animal que generen camps elèctrics), que es troben en tot el seu cos, funcionant de manera similar les neurones i podent generar fins a descàrregues de 500 volts.
A l'existir diversitat d'elements, els seus àtoms són diferents; és per això que alguns materials són transportadors d'electricitat i altres aïllants. Els millors conductors són els metalls, ja que posseeixen pocs electrons en els seus àtoms, per la qual cosa no és necessària major quantitat d'energia perquè aquestes molècules sub atòmiques saltin d'un àtom a un altre.
Característiques de l'electricitat
Aquesta d'acord a la seva dinàmica, origen, actuació i fenòmens que produeix, presenta característiques que la fan ressaltar. Entre les principals es tenen:
- Acumulable. Existeixen dispositius amb la capacitat d'emmagatzemar electricitat en substàncies químiques dins dels acumuladors, que permeten retenir per posteriorment ser aprofitada (bateries).
- La seva forma d'obtenció. En el cas de les bateries o les piles, s'obté de forma química; també per inducció electromagnètica a l'moure un conductor en un camp magnètic, com els alternadors; ia partir de llum, quan determinats tipus de metalls deixen anar electrons quan la llum de el sol incideix sobre ells (panells solars).
- Els seus efectes. Aquests poden ser físics, mecànics o cinètics, tèrmics, químics, magnètics i lluminosos.
- Les seves manifestacions. Poden ser en forma de raigs, electricitat estàtica, fluxos de corrent, entre d'altres.
- Perillositat. A l'generar calor, pot provocar cremades greus i en casos d'exposició més forta, la mort.
- Resistivitat i conductivitat. És l'oposició d'alguns tipus de matèria enfront del seu pas i el fàcil flux de la mateixa, respectivament.
Tipus d'electricitat
Hi ha diversos tipus d'electricitat, els mes importants són:
estàtica
La estatica sorgeix pel excés de càrrega elèctrica, la qual es va acumulant en un material conductor o aïllant.
Es coneix que els àtoms estan compostos per una determinada quantitat de protons (càrrega positiva) en el seu nucli i el mateix nombre d'electrons (càrrega negativa) orbitant al voltant de la mateixa, el que fa que aquest àtom sigui elèctricament neutre o en equilibri; però a l'generar-se una fricció entre dos cossos o substàncies, podran generar càrregues en aquests objectes.
Això es deu al fet que els electrons de les dues matèries entraran en contacte, produint desequilibri en les càrregues dels àtoms, donant lloc a l'estàtica. Es diu així perquè es genera en els àtoms que es troben en repòs i la seva càrrega no es desplaça sinó que queda estacionària. Un exemple d'això, és quan vam passar un raspall pel cabell i alguns s'aixequen per l'estàtica de la fricció entre el material de la mateixa i el cabell. Artefactes com les impressores, usen l'estàtica per revelar el tòner o tinta sobre el paper.
dinàmica
Aquest tipus és produït per una càrrega que es troba en moviment, o a el flux de la mateixa. Per a això, es necessita una font elèctrica (podent ser química, com una bateria, o electromecànica, com un dinamo) que faci fluir els electrons a través d'un material conductor pel qual aquestes càrregues elèctriques puguin circular.
En ella, els electrons es desplacen d'un àtom a el següent i així successivament. A aquesta circulació se li coneix com corrent elèctric. Un exemple d'aquest tipus d'electricitat són els preses de corrent, que són una font d'electricitat dinàmica per als electrodomèstics i altres aparells que requereixen d'electricitat.
És important ressaltar l'existència d'altres tipus d'electricitat, entre els quals es troben:
- Bàsica: Aquest tipus és el que es refereix a la atracció de càrregues positives i negatives, on els objectes es carregaran. Es genera a partir de dos pols, que no necessàriament han de tocar-se sinó atreure. Aquest tipus d'electricitat es troba en objectes quotidians.
- Conductual: És considerada com a part de la dinàmica, ja que és la que es transporta per mitjà de conductors, per la qual cosa es manté en moviment pels circuits. Hi ha diversos conductors, com els metalls (especialment el coure), alumini, or, carbó, entre altres.
- Electromagnètica: Es genera mitjançant un camp magnètic, la qual pot ser emmagatzemada i emesa com radiacions, per la qual cosa es recomana no exposar molt de temps a aquest tipus de camps. El físic Hans Christian Ørsted (1777-1851) va descobrir la relació entre el magnetisme i l'electricitat, observant que el corrent elèctric crea un camp magnètic.
Entre les aplicacions d'aquest tipus d'electricitat es destaca en la medicina, com per exemple, per als aparells de raigs X o per fer ressonàncies magnètiques.
- Industrial: Aquesta és la que ha de ser generada per les grans maquinàries utilitzades en la producció massiva de productes, les quals requereixen grans quantitats d'energia ja que són d'alta potència.
Va ser desenvolupada després que la ciència comprovés que recursos naturals d'energia com els llamps, podien ser canalitzats i aprofitats per l'home, convertint-se en una font poderosa d'energia elèctrica, que permetia cobrir les necessitats de la indústria.
manifestacions elèctriques
càrrega elèctrica
És una propietat que tenen algunes partícules subatòmiques (electrons, neutrons i protons) d'atreure i repel·lir-, així com defineix la seva interacció electromagnètica. Aquesta es produeix en els àtoms, que la transferiran a les molècules d'un cos diferent, oa través d'un material conductor. També es refereix a la capacitat d'una partícula per a l'intercanvi de fotons (partícules d'energia lluminosa o electromagnètica).
Aquesta es troba present, per exemple, en l'electricitat estàtica, que és una càrrega estacionada en un cos. També, una càrrega dóna lloc a la força electromagnètica, ja que la mateixa produeix força sobre unes altres. Les càrregues poden ser negatives i altres positives, i les de el mateix tipus seran repel·lides, mentre que les oposades, s'atrauran.
Les càrregues es mesuren a través de la unitat coulombs o coulomb i es representa amb la lletra C, i significa la quantitat de càrrega que travessa per una secció d'algun conductor en un període d'un segon. Tant la matèria com l'antimatèria presenten càrregues iguals i oposades a la seva partícula corresponent.
corrent elèctric
Aquesta és l' flux de càrrega elèctrica recorregut en un material, produït pel moviment d'electrons o algun altre tipus de càrrega. Produirà un camp magnètic, un dels fenòmens elèctrics que poden ser aprofitats, en aquest cas per un electroimant.
Els materials pels quals aquest flux circularà, poden ser sòlids, líquids o gasosos. En els materials sòlids, es mouen els electrons; en els líquids es mouen els ions (àtoms o molècules que no són neutres elèctricament); i els gasosos, poden ser tant electrons com ions.
La quantitat de càrrega de corrent per una unitat de temps, és coneguda com intensitat de corrent elèctric, la qual és simbolitzada amb la lletra I i s'enuncia com coulombs per segon o ampere.
El corrent elèctrica pot ser:
- Contínua o directa, que són aquells fluxos de càrregues que circulen en un recorregut constant, no és interrompuda per cap lapse de buit, pel fet que és en un sol sentit.
- Alterna, que és la que es mou en dues direccions, modifica el seu recorregut i la seva intensitat.
- Trifàsica, que és l'agrupació de tres corrents alterns amb la mateixa amplitud, freqüència i valor eficaç (concepte utilitzat per estudiar les ones periòdiques), presentant una diferència de 120 º entre fase i fase.
camp elèctric
És un camp electromagnètic que ha estat generat per una càrrega elèctrica (tot i que no s'estigui movent) i que afecta a les càrregues que l'envolta o es trobi en ell. Els camps no són mesurables, però poden ser observades les càrregues que siguin col·locades en els mateixos.
Un camp elèctric és un espai físic on les càrregues elèctriques dels diferents cossos interactuen, i es defineix la concentració de la intensitat d'una força elèctrica. En aquesta regió les propietats han estat modificades per la presència d'una càrrega.
potencial elèctric
Es refereix a la capacitat que té un cos elèctric, o l'energia que aquest requereix per moure una càrrega o realitzar un treball i es mesura en volts. Aquest concepte està relacionat amb el de diferència de potencial, que es defineix com l'energia que es necessita per moure una càrrega d'un punt a un altre.
Aquest només es pot definir en una regió limitada d'espai per a un camp estàtic, ja que per les càrregues en moviment, s'utilitzen els potencials de Liénard-Wiechert (descriuen els camps electromagnètics d'una distribució de càrregues en moviment).
electromagnetisme
Això es refereix als camps magnètics que es generen a causa de les càrregues elèctriques que es troben en moviment, i que produeixen l'atracció o repulsió cap als materials que es troben dins d'aquests camps, la qual cosa podrà generar corrent elèctric.
circuits elèctrics
Es refereix a la connexió de al menys dos components elèctrics, de manera que la càrrega elèctrica pugui fluir en una trajectòria tancada amb algun fi específica. Aquests es componen d'elements com components, nodes, branques, malles, fonts i conductors.
Existeixen els circuits amb un receptor, com el cas dels bombins o timbres; els circuits en sèrie, com els llums de Nadal; circuits en paral·lel, com el cas de les llums que s'encenen amb un mateix interruptor de manera simultània; circuits mixtes (combinen sèrie i paral·lel); i commutades, que són els que permeten, per exemple, encendre una o més llums des de més d'un punt diferent.
Història de l'electricitat
Els antecedents de l'electricitat es remunten a l'antiguitat, fins i tot a gairebé tres mil anys abans de Crist, on l'ésser humà observava certs fenòmens elèctrics en la naturalesa, tot i desconèixer com es produïen o la dinàmica dels mateixos. Igualment, eren testimonis de certs fenòmens magnètics produïts per alguns tipus de materials aconseguits en la naturalesa, com la magnetita, o la presència de la mateixa en animals.
Aproximadament a l'any 2.750 aC, la civilització egípcia va escriure sobre els peixos elèctrics que es trobaven al riu Nil, referint-se a ells com els protectors de la resta fauna en el mateix. Al voltant de l'any 600 aC, Thales de Milet va ser la primera persona que va descobrir que l'ambre adquiria propietats elèctriques i magnètiques a l'fregar-lo amb algun material específic. Però l'electricitat com a ciència data dels segles XVII i XVIII, en plena revolució científica, quan l'aparició d'aquest camp d'estudi va ser el context perfecte per a l'inici de la revolució industrial, i la seva expansió pel món modern que s'estava aixecant, va ser crucial per al desenvolupament de la humanitat.
Previ a això, al segle XVI, el filòsof i metge William Gilbert (1544-1603) va realitzar importants aportacions a l'estudi de l'fenomen elèctric, prestant especial atenció a l'electricitat i el magnetisme. Els termes "electricitat" i "elèctric" apareixen per primera vegada en 1646 en l'obra de l'anglès Thomas Browne (1605-1682). Les unitats de mesura per als diferents fenòmens elèctrics van sorgir més endavant gràcies a múltiples aportacions d'intel·lectuals en física.
El científic, polític i inventor Benjamin Franklin (1706-1790), en 1752 va aconseguir canalitzar el poder elèctric contingut en un raig mitjançant un estel, la qual cosa va propiciar la invenció de l'parallamps; un dispositiu que serveix per conduir l'electricitat dels llamps cap a terra. Després, el físic italià Alessandro Volta (1745-1827), va inventar la pila de voltatge en 1800 que permetia emmagatzemar l'energia, aprofitant l'ús de l'electricitat generada per les reaccions químiques; i en 1831 el físic Michael Faraday (1791-1867), va desenvolupar el primer generador elèctric, que permetia enviar corrent elèctric contínuament.
La primera etapa de la revolució industrial no va involucrar a l'electricitat per al seu desenvolupament, ja que va fer ús de la energia generada per vapor. Ja cap a la segona revolució industrial per al segle XIX, es va utilitzar l'electricitat i el petroli per generar energia, la qual cosa va permetre a l'científic Thomas Alva Edison (1847-1931) encendre la primera bombeta de filament en 1879.
A la fi de segle XIX i principis del segle XX, Edison, defensor del corrent continu, i l'inventor i enginyer Nikola Tesla (1856-1943), pare del corrent altern, es van disputar el futur de l'electricitat.
El corrent continu va ser popularitzada a Estats Units per a l'ús domèstic i industrial; no obstant això, aviat es va descobrir que la mateixa resultava ineficient per a grans distàncies i quan es requeria major voltatge, i emetia enormes quantitats de calor.
Tesla va desenvolupar experiments que van portar a descobrir formes alternatives de transportar energia elèctrica d'una manera més eficient, la qual cosa va resultar en el descobriment del corrent altern.
George Westinghouse (1846-1914), un empresari nord-americà, va donar suport i va comprar l'invent de Tesla, que eventualment va guanyar la batalla de l'electricitat per ser un tipus de corrent més econòmica i amb menor pèrdua d'energia.
Importància de l'electricitat
La seva importància és vital per a la vida moderna, sent un dels pilars fonamentals de la societat actual, ja que pràcticament qualsevol cosa que l'ésser humà utilitza, involucra l'electricitat per a funcionar: electrodomèstics, maquinàries, comunicacions, algunes formes de transport, producció de béns i serveis, per a l'àrea de medicina, ciència, entre altres àrees.
Pot ser creada per l'home o aprofitada directament de la natura. L'electricitat generada per l'home és creat per turbines, condensadors i maquinàries que es basen en la força de la natura per funcionar, com les preses, que utilitzen la força de grans quantitats d'aigua per generar el corrent que proveeix grans ciutats.
El planeta Terra és també capaç de generar electricitat, aquests raigs, espurnes i llampecs que veiem en el cel enmig d'una tempesta són descàrregues elèctriques generades pel xoc d'enormes cúmuls de matèria i energia. A això se li denomina corrent elèctric natural i pot ser aprofitada per l'home amb parallamps i conductors súper resistents capaços d'absorbir l'impacte d'una descàrrega de tal magnitud.
10 exemples de l'ús de l'electricitat
L'electricitat té múltiples usos en les activitats de l'home. Entre els exemples més destacats es tenen:
- En els vehicles amb l'electricitat automotriu, que circula a través de circuits que arriben parts de la mateixa i que requereixen d'electricitat per funcionar, com els llums, la botzina, el motor, entre d'altres, i es genera des d'una bateria.
- Per a la il·luminació, és a dir, per l'encesa de l'enllumenat domèstic, públic i industrial.
- Per l'encesa d'electrodomèstics i electrònics.
- Per generar calor en climes temperats, com per exemple, a través de la calefacció.
- Per al transport, com per exemple, els avions, ja que aquests necessiten de l'electricitat per a la seva enlairament.
- Per a l'àmbit mèdic, usada en aparells que serveixen per a realitzar anàlisis i estudis.
- En la indústria, la qual requereix grans quantitats de càrrega elèctrica per a l'elaboració de productes de consum.
- Per generar moviment a través de motors que impulsen la potència elèctrica, convertint l'energia elèctrica en mecànica.
- Per a les comunicacions, utilitzada en aparells com ara antenes repetidores, transmissors, entre d'altres.
- Per al transport i control de fluids, com ara l'aigua, a través d'electrovàlvules que ajuden a moderar el flux.
