La electricidad está a nuestro alrededor — alimenta tecnologías como nuestros teléfonos móviles, computadoras, luces, soldadores y aires acondicionados. Es difícil escapar de él en nuestro mundo moderno. Incluso cuando intentas escapar de la electricidad, ésta sigue funcionando en toda la naturaleza, desde los relámpagos en una tormenta hasta las sinapsis dentro de nuestro cuerpo.
Pero ¿Qué es exactamente la electricidad? Esta es una pregunta muy complicada y, a medida que profundizas y haces más preguntas, realmente no hay una respuesta definitiva, sólo representaciones abstractas de cómo la electricidad interactúa con nuestro entorno.
La electricidad es un fenómeno natural que ocurre en toda la naturaleza y adopta muchas formas diferentes. En este tutorial nos centraremos en la corriente eléctrica: lo que alimenta nuestros aparatos electrónicos. Nuestro objetivo es comprender cómo la electricidad fluye desde una fuente de energía a través de cables, encendiendo LEDs, haciendo girar motores y alimentando nuestros dispositivos de comunicación.
¿Qué es la electricidad?
La electricidad se define brevemente como el flujo de carga eléctrica, pero hay mucho detrás de esa simple afirmación. ¿De dónde vienen las cargas? ¿Cómo las movemos? ¿Hacia dónde se mueven? ¿Cómo puede una carga eléctrica provocar un movimiento mecánico o hacer que las cosas se iluminen? ¡Cuántas preguntas!
La electricidad es una forma de energía. Sin embargo, se considera una fuente de energía secundaria ya que sólo puede obtenerse mediante la conversión de otras fuentes de energía. Estas otras fuentes pueden ser energías renovables como la energía solar o no renovables como el carbón.
Varios términos básicos están asociados con la electricidad. Incluyen corriente, voltaje, resistencia y potencia. Analizar estos cuatro términos es clave para entender la energía y cómo funciona.
- Corriente: La corriente se refiere a la tasa de flujo de carga eléctrica que son los electrones a través de un material determinado. La corriente se mide en amperios.
- Voltaje: El voltaje es la fuerza electromotriz que empuja o hace que las cargas fluyan a través de un conductor y se mide en voltios.
- Resistencia: La resistencia es la oposición al flujo de corriente causada por un material determinado medida en ohmios.
- Potencia: La potencia, que se mide en vatios, es la velocidad a la que se transfiere la energía eléctrica en un circuito eléctrico determinado.
¿Cómo se genera la electricidad?
Existen varios métodos para generar electricidad, lo que depende del tipo de fuente de energía que se utilice. Hay tres categorías de energía utilizadas para generar electricidad. Son los combustibles fósiles, la energía nuclear y las energías renovables.
Generación de electricidad utilizando combustibles fósiles
En las centrales eléctricas de combustibles fósiles, se queman combustibles como el carbón y el gas natural para producir calor que convierte el agua en vapor. Luego, el vapor se utiliza para mover turbinas, que están acopladas a generadores.
Las turbinas convierten la energía cinética del vapor en energía mecánica, que hace girar el eje del generador conectado. En respuesta, los generadores transforman la energía mecánica aplicada en energía eléctrica, que luego se envía a los transformadores. Los transformadores elevan la energía generada a alto voltaje, que puede transmitirse fácilmente a largas distancias.
La generación de electricidad mediante generadores es posible gracias a la relación entre la energía eléctrica y el magnetismo. Como descubrió Michael Faraday, cada vez que un imán se mueve dentro de un cable fluye una corriente eléctrica. Los generadores adoptan este principio pero utilizan un electroimán en lugar de un imán tradicional.
Dentro de cada generador hay bobinas de alambre que están aisladas y que forman el cilindro. También hay un eje electromagnético giratorio dentro del generador. Por lo tanto, cuando el eje gira después de que una turbina lo impulsa, induce una corriente dentro de los cables. El resultado es la producción de electricidad. La energía generada luego se envía a otros equipos o dispositivos eléctricos, como transformadores, para su mejora.
Generación mediante centrales nucleares
Las centrales nucleares aplican el mismo principio que el utilizado durante la generación con combustibles fósiles. La única diferencia es que, en lugar de quemar combustibles fósiles, las centrales nucleares se basan en el calor liberado durante una reacción de fisión.
El calor se utiliza entonces para convertir el agua en vapor, que contiene energía cinética que las turbinas transforman en energía mecánica. Los generadores del sistema acaban convirtiendo esta energía en energía eléctrica.
Generación de electricidad a partir de fuentes renovables
Existen muchos tipos de fuentes de energía renovables. La mayoría de ellos se diferencian en cómo generan electricidad.
En la energía solar, es generada por paneles solares una vez que entran en contacto con partículas de energía provenientes del sol. El proceso inicia el efecto fotovoltaico, que provoca el aflojamiento y el movimiento de los electrones dentro de las celdas.
La electricidad de CC producida luego se utiliza directamente, se lleva a un banco de baterías o se dirige a un inversor donde se convierte en electricidad de CA.
En la energía eólica, la energía cinética de las palas se convierte en energía mecánica gracias a la turbina eólica. Luego, un generador dentro de la turbina utiliza la energía mecánica para generar electricidad.
En una central geotérmica, el vapor caliente del suelo a alta presión se utiliza para hacer girar turbinas. Luego, estas turbinas impulsan los generadores de la misma manera que las plantas de energía nuclear, un proceso que resulta en la generación de electricidad.
Las centrales hidroeléctricas también utilizan turbinas. La única diferencia es que funcionan con agua y no con vapor, como es el caso de las centrales eléctricas de combustibles fósiles. A alta presión, el agua de una presa hace girar las turbinas, que luego hacen girar el eje de un generador. Todo el proceso da como resultado la conversión de energía cinética en energía mecánica y luego en energía eléctrica.
Tipos de electricidad
Hay dos tipos de electricidad: electricidad estática y corriente.
¿Qué es la electricidad estática?
Es un tipo de energía que surge cuando se frotan dos o más objetos. Ocurre cuando hay un desequilibrio en las cargas positivas y negativas en la superficie de un material determinado. Como resultado, las partículas cargadas se acumulan en la superficie donde permanecen hasta que se descargan.
La electricidad estática hace que dos objetos con cargas opuestas, positiva y negativa, se atraigan entre sí. En algunos casos, este tipo de energía puede provocar que salte una chispa. Un ejemplo de electricidad estática es cuando frotas un globo contra tu ropa y luego lo colocas en la pared. Notarás que se adherirá a la pared. ¿Pero por qué sucede esto?
Frotar un globo aumenta la cantidad de cargas negativas o electrones en su superficie. Así, si la pared tiene más cargas positivas, atraerá al globo porque las cargas opuestas tienden a atraerse entre sí. Los dos objetos permanecerán pegados entre sí hasta que se liberen las cargas positivas y negativas.
La electricidad estática puede ser peligrosa. Por ejemplo, podría provocar una descarga eléctrica, que en ocasiones puede resultar mortal. También puede producir una chispa que podría encender materiales inflamables y provocar un incendio o una explosión. Este tipo de accidentes se producen cuando fluidos inflamables como la gasolina pasan por una tubería, algo que puede provocar la producción de electricidad estática.
¿Qué es la corriente eléctrica?
La corriente eléctrica se refiere al flujo de carga eléctrica o electrones en un material determinado. A diferencia de la energía estática, en la que las cargas positivas y negativas permanecen en la superficie de un objeto, la corriente eléctrica debe fluir a través de un objeto.
Por este motivo, los materiales se consideran excelentes o malos conductores de la electricidad. Los buenos conductores son los que permiten que la corriente eléctrica fluya a través de ellos e incluyen el cobre y el aluminio. Los malos conductores son los que se resisten al flujo de electrones. Algunos ejemplos son el caucho y la madera.
La electricidad actual se divide a su vez en corriente continua (CC) y corriente alterna (CA). La principal diferencia entre los dos es que en CC, los electrones fluyen en una dirección. Sin embargo, en CA, siguen cambiando y a veces se mueven hacia adelante y otras hacia atrás.
A finales del siglo XIX, cuando aún se estaba mejorando la energía eléctrica, hubo un debate sobre qué tipo de electricidad actual era la mejor. La disputa involucró a las mentes más brillantes de Europa y América, como Nikola Tesla y Thomas Edison. Discutieron sobre cuál de las dos corrientes eléctricas actuales, es decir, CC y CA, debía adoptarse como estándar.
Con el tiempo, la CA surgió como superior ya que, a diferencia de la CC, podía transmitirse a largas distancias sin una pérdida significativa de potencia. Lo que hizo esto posible es que la CA se puede aumentar a niveles de alto voltaje durante la transmisión. Posteriormente se puede reducir a niveles de voltaje apropiados durante la distribución.
Es por la misma razón que muchos hogares, industrias e instituciones del mundo moderno utilizan energía de CA. Sin embargo, cabe señalar que la CC también está ganando popularidad. Es un progreso que puede vincularse a los avances en la tecnología, que han mejorado la forma en que se genera, transmite y distribuye.
¿Cómo se mide la electricidad?
La cantidad de electricidad que se está utilizando en un momento determinado se mide en vatios (W) mediante un contador de energía. Watts es también la unidad que se utiliza para medir la potencia eléctrica.
La potencia se determina encontrando el producto de la corriente por el voltaje. Así, un vatio equivale a un amperio multiplicado por un voltio. La cantidad de electricidad utilizada o producida depende de la naturaleza del aparato o sistema.
Por ejemplo, la electricidad en las plantas generadoras se mide en Megavatios (MW), ya que es muy alta. Por el contrario, la energía consumida por aparatos más pequeños se puede medir en vatios o kilovatios.
Como se señaló, la electricidad utilizada o generada en un momento determinado se mide en vatios. Sin embargo, la energía que se utiliza o genera durante un período determinado se mide en vatios-hora. Por ejemplo, un panel de 300 vatios en un sistema de energía solar produciría 300 vatios-hora de electricidad si recibiera una hora de luz solar.
En el ámbito doméstico, comercial e industrial, las empresas de servicios públicos utilizan medidores de electricidad para medir la energía utilizada por un cliente. Luego, las lecturas se utilizan para generar facturas de electricidad, que muestran la energía consumida en kilovatios-hora (kWh).
Usos de la electricidad
La electricidad es un bien vital en el mundo moderno. Tiene muchas aplicaciones en los sectores doméstico, comercial, industrial y de transporte.
Usos Domésticos
La energía tiene una amplia gama de usos residenciales. Las aplicaciones más comunes incluyen el suministro de energía a aparatos utilizados para:
- Iluminación
- Cocina
- Calefacción
- Aire acondicionado
- Refrigeración
- Lavado
- Comunicación y entretenimiento, como teléfonos, portátiles, radios y televisores.
Usos comerciales
En oficinas, almacenes, hoteles, hospitales y escuelas, entre otras instituciones comerciales, la energía eléctrica se utiliza para:
- Iluminación
- Calefacción y agua caliente
- Refrigeración de locales
- Refrigeración
- Alimentación de dispositivos electrónicos como ordenadores, impresoras y máquinas de rayos X.
Usos industriales
La energía es clave para el funcionamiento exitoso de las industrias en todo el mundo. En este sector sus usos incluyen:
- Iluminación
- Máquinas motrices
- Procesos de calefacción y refrigeración
- Calderas de calefacción
- Refrigeración
- Aire acondicionado
- Calefacción de las instalaciones
Transporte
La demanda de electricidad en el sector del transporte ha crecido en las últimas décadas. Actualmente se considera una alternativa a los combustibles tradicionales, que se utilizan desde hace mucho tiempo para hacer funcionar trenes y vehículos.
Actualmente, impulsa trenes y automóviles eléctricos en todo el mundo.