Pero más allá de estas obviedades, saber exactamente qué es la electricidad, cómo se desarrollan los fenómenos físicos que posibilitan su manifestación y quién la descubrió o cómo ha sido su desarrollo a lo largo de la historia de la humanidad, posiblemente sean aspectos que quizá no nos resulten tan evidentes.
A continuación te invitamos a realizar un pequeño repaso sobre algunos de los conceptos básicos en torno a qué es la electricidad y la historia de su desarrollo desde la antigüedad al presente.
Qué es la electricidad
La electricidad es la forma de energía que surge a partir de los fenómenos físicos asociados a las cargas eléctricas estacionarias o en movimiento. Más precisamente, al movimiento de los electrones en la capa exterior de los átomos de un material conductor.
Una carga eléctrica, en tanto, es una de las propiedades fundamentales de la materia. Como sabemos, toda la materia está compuesta por átomos. Y dentro de un átomo, hay tres tipos de partículas más pequeñas, las denominadas partículas elementales: protones, neutrones y electrones.
Los protones y los electrones son partículas cargadas eléctricamente. Mientras que los protones tienen carga eléctrica positiva (+), los electrones tienen carga eléctrica negativa (-). Los neutrones, en tanto, no tienen carga eléctrica, por lo que son neutros.
Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo, en el centro de los átomos, pero en la manifestación de la electricidad como fenómeno físico, la principal partícula involucrada es el electrón, que se encuentra fuera del núcleo.
En un átomo, la cantidad de protones en el núcleo es igual a la cantidad de electrones alrededor y fuera de este, por lo que la cantidad de cargas positivas y negativas es igual, y el átomo se encuentra eléctricamente equilibrado. Esto hace que un átomo sea neutro.
Sin embargo, determinados fenómenos logran movilizar a los electrones de las órbitas más externas del átomo, provocando un déficit de cargas negativas y convirtiendo al átomo en un ion positivo.
Al producirse este movimiento y al trasladar un electrón de su órbita, se genera un espacio que atrae a un electrón de un átomo contiguo, desencadenando así un flujo de electrones en movimiento desde otros átomos contiguos.
La electricidad es la presencia o el flujo de estas partículas con carga y las diversas manifestaciones de la electricidad son el resultado de la acumulación o el movimiento de los diferentes números de electrones.
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Tipos de electricidad
En función de la forma en la que se genera esta energía, se considera que existen dos grandes tipos de electricidad: la electricidad estática y la electricidad dinámica. La primera se produce por fricción, cuando se frotan dos o más objetos, mientras que la segunda se genera a partir del flujo de una carga eléctrica a través de un campo eléctrico.
Electricidad estática
La electricidad estática se manifiesta cuando las cargas eléctricas se acumulan en la superficie de un material conductor. Esto, por lo general, es causado por la fricción o el movimiento de determinados materiales entre sí.
El resultado de una acumulación de electricidad estática hace que los objetos puedan atraerse entre sí o incluso provocar que una chispa salte de un objeto a otro. El ejemplo más popular es el del globo sobre un tejido de lana, en el que, mediante una experiencia muy simple, se puede observar los efectos de la electricidad estática.
Al frotar un globo sobre un tejido de lana y colocarlo, por ejemplo, contra una pared, este se sostiene debido a la transferencia de electrones negativos de un átomo a otro. Antes de generar la fricción, el globo y el tejido de lana tienen una carga neutra. Esto se debe a que cada uno posee el mismo número de partículas subatómicas cargadas positivamente (protones) y partículas subatómicas cargadas negativamente (electrones).
Cuando se frota el globo con el tejido de lana, provocando fricción, los electrones se transfieren de la lana al látex del globo debido a las diferencias en la atracción de ambos materiales en función de sus electrones. El globo se carga negativamente, en tanto gana electrones del tejido de lana, y este se carga positivamente al perder electrones, dando lugar a la atracción.
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Electricidad dinámica
Por otra parte, la electricidad dinámica es aquella generada en torno a una carga en movimiento, es decir, al flujo de una carga eléctrica, también referida como corriente eléctrica. A partir de una fuente de electricidad permanente, se genera un flujo de electrones que se traslada a través de un material conductor.
En tal sentido, a diferencia de la electricidad estática, la electricidad de una corriente eléctrica debe fluir a través de un conductor, como, por ejemplo, un cable de cobre. De cierto modo, guarda un paralelismo con el comportamiento de un río, que fluye desde un punto a otro, y la velocidad a la que se mueve es menor a 1 milímetro por segundo. Esa energía se llama flujo de electrones o flujo de partículas cargadas.
Uno de los resultados de este flujo es el calentamiento del conductor. Cuando una estufa eléctrica se calienta, por ejemplo, se debe al flujo de partículas cargadas. En la actualidad existen diferentes fuentes de electricidad dinámica, desde las reacciones químicas que tienen lugar en una batería a los procesos de un generador.
En tal sentido, un generador simple produce electricidad cuando una bobina de cobre gira dentro de un campo magnético. Mientras tanto, en una central eléctrica, por ejemplo, los electroimanes que giran dentro de múltiples bobinas de alambre de cobre generan grandes cantidades de corriente eléctrica.
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Corriente contínua y corriente alterna
A su vez, dentro de la electricidad dinámica, existen dos tipos de corriente eléctrica. Dependiendo del tipo de movimiento ordenado de las cargas libres —comúnmente electrones— a través de un material conductor en un circuito eléctrico, es posible distinguir entre corriente continua (CC) y corriente alterna (CA).
Cuando el movimiento de electrones se produce en un mismo sentido, recibe el nombre de corriente continua. En este caso, la corriente eléctrica siempre circula en un mismo sentido.
Cuando el movimiento de los electrones cambia su sentido cada determinado tiempo hablamos de corriente alterna. En términos genéricos, los dispositivos y aparatos que se enchufan directamente a la red eléctrica utilizan corriente alterna, y las señales de audio y de radio que se transmiten por cables eléctricos también son ejemplos de corriente alterna.
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¿Cuáles son las principales características de la electricidad?
Las principales características de la electricidad se manifiestan a través de diferentes propiedades y fenómenos físicos, tales como:
Carga eléctrica
La carga eléctrica es la propiedad física de la materia que hace que esta experimente una fuerza cuando entra en un campo electromagnético. La carga eléctrica, como hemos visto, puede ser positiva o negativa (transportada por protones y electrones, respectivamente). Mientras que las cargas iguales se repelen, las cargas distintas se atraen. Y un objeto con sin carga eléctrica es neutral.
Corriente eléctrica
Una corriente eléctrica es un flujo de partículas cargadas, como electrones o iones, que se mueven a través de un conductor eléctrico o espacio y que se mide en amperios. Las partículas en movimiento se denominan portadores de carga.
Campo eléctrico
Un campo eléctrico es el campo físico que rodea a las partículas cargadas eléctricamente y ejerce fuerza sobre todas las demás partículas cargadas en el campo, ya sea atrayéndolas o repeliéndolas. También se refiere al campo físico de un sistema de partículas cargadas. Los campos eléctricos se originan a partir de cargas eléctricas o de campos magnéticos variables en el tiempo.
Potencial eléctrico
El potencial eléctrico se define como la cantidad de energía de trabajo necesaria para mover una unidad de carga eléctrica desde un punto de referencia hasta el punto específico en un campo eléctrico. Es el trabajo necesario para que una fuerza externa atraiga una carga positiva unitaria que, desde su punto de referencia hasta su punto considerado, va en contra de la fuerza eléctrica y a velocidad constante.
Magnetismo
El magnetismo es el grupo de fenómenos físicos mediados por campos magnéticos, los cuales pueden generarse por corrientes eléctricas o por los momentos magnéticos de las partículas constituyentes de los materiales. La corriente eléctrica genera campos magnéticos, y los campos magnéticos variables, en el tiempo, producen corriente eléctrica.
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Quién descubrió la electricidad, breve repaso histórico
Como hemos visto, la electricidad es una forma de energía y un fenómeno físico que ocurre en la naturaleza, por lo cual no es invento humano. A lo largo de la historia, la humanidad ha comprendido cómo generarla, manipularla y distribuirla, pero aún no termina de comprender por completo su verdadera naturaleza.
En cuanto a quién descubrió la electricidad como fenómeno físico, tampoco hay consenso y existen muchos conceptos erróneos. Aunque se suele acreditar el descubrimiento a Benjamin Franklin, sus conocidos experimentos únicamente ayudaron a comprender la relación entre los rayos y la electricidad.
No obstante, el descubrimiento de la electricidad es bastante más complejo de rastrear que referir un único nombre y se remonta incluso a más de dos mil años.
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La electricidad en la antigüedad
En la Antigua Grecia, ya se había descubierto que frotar pieles sobre ámbar —resina de árbol fosilizada— era capaz de provocar una atracción entre ambos materiales. Es decir que ya eran conscientes de la electricidad estática.
De hecho, Tales de Mileto describió este fenómeno aproximadamente en el año 600 a.C. y la propia etimología de la palabra “electricidad” deriva del latín electrum, que a su vez procede del griego élektron, que significa “ámbar”.
Por otra parte, también se han encontrado dispositivos similares en excavaciones arqueológicas cerca de Bagdad (Irak), lo que sugiere que en el Imperio Persa también es posible que hayan utilizado alguna forma primitiva de baterías eléctricas.
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El desarrollo de la electricidad y su estudio en los siglos XVII y XVIII
En tanto, durante el siglo XVII se desarrollaron numerosos descubrimientos relacionados con la electricidad, tales como la invención de un generador electrostático temprano, la diferenciación entre corrientes positivas y negativas, y la clasificación de materiales como conductores y aislantes.
En el 1600, el médico inglés William Gilbert utilizó el término electricus, del latín, para describir la fuerza que ejercen determinadas sustancias cuando se frotan entre sí. Posteriormente, otro científico inglés, Thomas Browne, basándose en el trabajo de Gilbert, escribió varios textos en los que también utilizó la palabra electricity.
El popular experimento de la llave y la cometa de Benjamin Franklin fue en 1752, con el que evidenció que los relámpagos y las pequeñas chispas eléctricas eran, en esencia, parte del mismo fenómeno.
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La electricidad en la Edad Contemporánea
En el 1800, ya en la Edad Contemporánea, uno de los avances más significativos en el estudio de la electricidad fue protagonizado por el físico italiano Alessandro Volta, quien descubrió que determinadas reacciones químicas podían producir electricidad y que construyó la pila voltaica (una de las primeras baterías eléctricas modernas).
Esta producía una corriente eléctrica constante, por lo que fue la primera persona en crear un flujo constante de carga eléctrica. Volta también creó la primera transmisión de electricidad al vincular conectores con carga positiva y carga negativa e impulsar una carga eléctrica (o voltaje) a través de estos.
Pero fue en 1831 cuando la electricidad se volvió más segura y viable para su uso en tecnología, cuando el científico británico Michael Faraday desarrolló el dínamo eléctrico, un generador de energía eléctrica a partir de movimiento que resolvió el problema de generar corriente eléctrica de una manera continua y práctica. El invento de Faraday empleaba un imán que se movía dentro de una bobina de alambre de cobre, creando una pequeña corriente eléctrica que fluía a través de este.
La invención de Faraday abrió el camino al científico estadounidense Thomas Edison y al científico británico Joseph Swan, quienes, en sus respectivos países y alrededor del 1878, desarrollaron la bombilla de luz de filamento incandescente. Si bien las bombillas eléctricas ya existían, la bombilla incandescente fue la primera bombilla práctica capaz de encenderse durante horas.
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Posteriormente, Swan y Edison comenzaron una empresa conjunta para producir lámparas de filamento, y Edison utilizó su sistema de corriente continua (CC) para proporcionar energía eléctrica e iluminar las primeras calles en 1882.
Bien conocida es la posterior polémica, cuando poco después, a principios del 1900, el ingeniero e inventor serbio Nikola Tesla, uno de los nombres más destacados en la historia de las ciencias, realizó destacados aportes, no solo al estudio y la comprensión del fenómeno, sino también al surgimiento de la electricidad comercial.
Tesla trabajó con Edison y, además de ser alma mater de muchos de los desarrollos más revolucionarios en campos como los del electromagnetismo, tuvo múltiples patentes en disputa con el ingeniero italiano Guglielmo Marconi en relación con la invención de la radio.
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El multifacético científico serbio es bien conocido por su trabajo con la corriente alterna (CA), los motores de CA y el sistema de distribución polifásico (entre tantos otros ámbitos en los que su trabajo fue crucial), así como por protagonizar la denominada “Guerra de las corrientes” con Edison.
Otros nombres destacados en el descubrimiento, la historia y el desarrollo de la electricidad incluyen, por ejemplo, al inventor escocés James Watt, al matemático francés André-Marie Ampère y al matemático y físico alemán George Ohm.
Como vemos, determinar quién descubrió la electricidad es bastante más complejo que referir a un único nombre. El concepto de electricidad se fue desarollando a lo largo de la historia y cuando las condiciones para su desarrollo científico y comercial fueron dadas, varias fueron las mentes brillantes trabajando al mismo tiempo sobre el problema.
En la actualidad, la electricidad es una parte esencial de la vida moderna, así como un aspecto elemental para la economía del mundo. La humanidad utiliza la electricidad para la iluminación, la calefacción y la refrigeración, así como para operar electrodomésticos, computadoras, maquinaria y dispositivos de todo tipo alrededor del mundo, siendo un pilar fundamental para la sociedad contemporánea.
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