Fundamentos

DEFINICIÓN DE ELECTRICIDAD.
Electricidad
Forma de energía basada en que la materia posee cargas positivas (protones) y cargas negativas (electrones), que puede manifestarse en reposo, como electricidad estática, o en movimiento, como corriente eléctrica, y que da lugar a la luz, el calor, los campos magnéticos, los movimientos y aplicaciones químicas.

¿Qué es la Corriente Eléctrica?
La corriente eléctrica es un flujo ordenado de electrones que atraviesa un material. Llamamos flujo, al movimiento de un lado a otro, ósea, al sentido de circulación de un objeto. Algunos materiales como los "conductores" tienen electrones libres que pasancon facilidad de un átomo a otro. Estos electrones libres, si se mueven en una mismadirección conforme saltando de un átomo a otro átomo, esta acción repetitiva se vuelveen su conjunto, una corriente eléctrica. Pero a que llamamos “electrones libres”? Bien,hagamos tan solo unos pasos para atrás, y veamos con más detalles el tema...estudiemos la estructura de la materia....

La estructura de la materia:
La materia se divide en moléculas, las cuales a su vez se dividen en átomos. Estosátomos se componen de dos partes: el núcleo y la periferia.

En el núcleo del átomo se encuentran:
- Los protones con carga eléctrica positiva
- Los neutrones que como su nombre insinúa, no tienen carga eléctrica ósea, sonneutros.

En la periferia se encuentran:
- Los electrones con carga eléctrica negativa.

Esta imagen les muestra como seria la estructura del átomo:





En el átomo el número de electrones es igual al número de protones, por lo que se diceque el átomo es eléctricamente neutro.

# De protones = # de electrones
Hay algunos electrones que se encuentran en las órbitas más alejadas del núcleo, por loque podrían liberarse fácilmente. Estos electrones son los llamados electrones devalencia y como mencionamos al principio del tema, estos son los famosos escurridizosque suelen saltar de átomo en átomo cambiando su carga.
Si un material tiene muchos electrones libres en su estructura se le llama conductor y sitiene pocos electrones libres se le llama aisladores o aislantes

Algunos ejemplos:
Conductores: Oro, plata, aluminio, cobre, etc.
Aisladores o aislantes: cerámica, vidrio, madera, papel, etc.

La Tensión eléctrica.
La tensión eléctrica es la diferencia de potencial eléctrico provocado por la acumulación de cargas en un punto o en un material. Si a un material se le quitan electrones, su carga eléctrica total será positiva (recordar que se le está quitando a un átomo neutro (no tiene carga) electrones de carga negativa. Esto causa que el átomo ya no sea neutro sino que tenga carga positiva).

Ver que en este caso hay un el átomo que supuestamente en su núcleo tiene 6 protones (carga positiva) y 8 electrones (carga negativa) en su estado originario. Como se aprecia en la imagen, al perder dos electrones, este átomo quedaría en conclusión con una carga total que es positiva
Al material se le quitan electrones y su carga total será positiva

Si ahora al material se aumentan electrones (tiene ahora más de los que tiene cuando elátomo es neutro), su carga total será negativa…
Ver que en este caso hay en el átomo 6 protones (carga positiva) y 8 electrones (carga negativa). En conclusión la carga total es negativa
Al material se le agregan electrones y su carga total será negativa

Si se tienen dos materiales con diferentes niveles o tipos de carga, se dice entonces que hay una diferencia de potencia entre ellos. Para poder lograr cargar de alguna manera los materiales, es necesario aplicar energía al átomo. Hay varios métodos para lograrlo:
- por frotamiento
- por presión
- por calor
- por magnetismo
- por una acción química

“La unidad en que se mide la diferencia de potencial son los voltios (V)”

Ahora, tratemos de verlo de otra manera, que quizá les sea más práctico entenderlo…
Pues bien, algunos tipos de materiales están compuestos por átomos que pierden fácilmente sus electrones, y éstos pueden pasar de un átomo a otro. Cuando estos electrones se mueven entre los átomos de la materia, se crea una corriente de electricidad. Es lo que sucede en los cables que llevan la electricidad a su hogar: a través de ellos van pasando los electrones, y lo hacen casi a la velocidad de la luz.
Sin embargo, es conveniente saber que la electricidad fluye mejor en algunos materiales que en otros, pues hay buenos o malos conductores de la energía. Por ejemplo, la resistencia que un cable ofrece al paso de la corriente eléctrica depende y se mide por su grosor, longitud y el metal de que está hecho. A menor resistencia del cable, mejor será la conducción de la electricidad en el mismo.
El oro, la plata, el cobre y el aluminio son excelentes conductores de electricidad. Los dos primeros resultarían demasiado caros para ser utilizados en los millones de kilómetros de líneas eléctricas que existen en el planeta; de ahí que el cobre sea utilizado más que cualquier otro metal en las instalaciones eléctricas. La fuerza eléctrica que “empuja” los electrones es medida en Voltios.

Corriente continua (CC)
 Cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, del polo negativo al positivo. Las pilas, las baterías de teléfonos móviles y de los coches producen CC, y también la utilizan pero transformada de CA a CC, los televisores, ordenadores, aparatos electrónicos, etc.
La Corriente Alterna (AC)
La corriente alterna se puede obtener por métodos mecánicos como lo hace un alternador, o por conversión de la corriente continua en alterna, el aparato que hace esto se llama inversor.
En sí, la corriente alterna se trata de un valor de tensión que varía constantemente en el tiempo, tomando valores positivos, cero y negativos, y así sucesivamente volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.
El siguiente gráfico aclara el concepto:
En este caso el gráfico muestra el voltaje (que es también alterno) y tenemos que la magnitud de éste varía primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal.
El voltaje varía continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico, utilizamos la fórmula;
V = Vp x Seno (Θ)
Donde Vp = voltaje pico (ver gráfico) es el valor máximo que obtiene la onda y Θ es una distancia angular y se mide en grados. Aclarando un poco esta última parte y analizando el gráfico anterior, se ve que la onda senoidal es periódica (se repite la misma forma de onda continuamente). Si se toma un período de ésta (un ciclo completo), se dice que tiene una distancia angular de 360º; Y con ayuda de la fórmula que ya dimos, e incluyendo Θ (distancia angular para la cual queremos saber el voltaje) obtenemos el voltaje instantáneo de nuestro interés.
Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos casos positivos y en otros negativos (cuando se invierte su polaridad.)
FRECUENCIA (f): Si se pudiera contar cuantos ciclos de esta señal de voltaje suceden en un segundo tendríamos: la frecuencia de esta señal, con unidad de ciclos / segundo, que es lo mismo que Hertz o Hertzios.
PERIODO(T): El tiempo necesario para que un ciclo de la señal anterior se produzca, se llama período (T) y tiene la fórmula: T = 1 / f, o sea el período (T) es el inverso de la frecuencia. (f)
VOLTAJE PICO-PICO(Vpp): Analizando el gráfico se ve que hay un voltaje máximo y un voltaje mínimo. La diferencia entre estos dos voltajes es el llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble del Voltaje Pico (Vp) (ver gráfico).
VOLTAJE RMS (Vrms): Se puede obtener el voltaje equivalente en corriente continua (Vrms) de este voltaje alterno con ayuda de la fórmula Vrms = 0.707 x Vp. Ver más Este valor de voltaje es el que obtenemos cuando utilizamos un voltímetro.

Magnetismo
Se entiende por magnetismo la propiedad que poseen determinados materiales de atraer a otros materiales, tales como el hierro, el níquel y el cobalto, aunque este último la tiene en menor proporción; En la siguiente sección de nuestro curso, veremos un breve paso por los fundamentos del magnetismo, para luego poder comprender con mayor precisión, temas tales como los inductores y el trabajo y empleo que les damos a estas propiedades de algunos elementos.

Introducción al Electromagnetismo
El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta de que en la naturaleza existen materiales que eran capaces de atraer al hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son:

1.- Atraen al hierro, y otros metales como cobalto, níquel y sus aleaciones.
Imanes unidos a un hierro

2.- Orientan sus moléculas en la misma dirección
Moléculas orientadas
3.- Crean dos polos opuestos en sus extremos, y de ellos salen líneas de fuerza que van de uno al otro.
Polos y líneas de fuerza de un imán

4.- Cuando enfrentamos dos polos de distinto tipo se atraen.
5.- Cuando enfrentamos dos polos del mismo tipo se repelen.
6.- Los polos norte y sur no se pueden separar. Si se parte un trozo del material, cada trozo vuelve a ser un imán con polo norte y sur.
Atraccion y repulsion de imanes.
7.- Sus propiedades atraviesan objetos como papel, madera, plásticos, etc.
8.- Si frotamos un objeto de acero con un imán, el objeto adquiere las propiedades magnéticas del imán y se comporta como tal.
De manera que es muy fácil transmitir el magnetismo a un destornillador, una aguja de coser y otros objetos.
Los imanes tienen un campo magnético que los rodea, es muy fácil observarlo si dejamos limaduras de hierro cerca del imán que se sitúan sobre las líneas de fuerza del mismo.
Líneas de fuerza de un imán con limaduras de hierro

Hace más de dos mil quinientos años, los chinos ya conocían estas propiedades y crearon la primera brújula al concebir la tierra como un enorme imán.
Con ella podían conocer la orientación del norte y del sur en cualquier lugar. El polo norte magnético corresponde con el sur geográfico, y el polo sur magnético corresponde con el polo norte geográfico.
Norte magnético y sur terrestre

También se observó que el paso de la corriente eléctrica por un conductor creaba un campo magnético alrededor del conductor siguiendo la regla de la mano derecha. A este campo magnético generado eléctricamente se le llama electromagnetismo.


Campo magnético generado por el paso de corriente

Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnéticos de todas las espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magnético mayor.
Campo magnético generado en una bobina
Este proceso es reversible, es decir, si en el interior de una bobina hacemos que varíe un campo magnético, conseguiremos que circule corriente por la bobina. El comportamiento de la bobina es como el de un imán eléctrico.

El campo magnético genera corriente alterna


Campo Eléctrico – Campo Magnético
Si tenemos una carga eléctrica, alrededor de esta carga existe un campo eléctrico cuyas líneas de fuerza se orientan como se muestra en la siguiente figura.
Una carga eléctrica en reposo (detenida) posee sólo campo eléctrico. Sin embargo, si se pone en movimiento una carga eléctrica, lo que tendremos será una manifestación de fuerzas de naturaleza diferente: tendremos la aparición de un campo magnético.
Este campo tendrá líneas de fuerza que envuelven la trayectoria de la carga, como se las puede notar en las siguientes figuras.
El campo eléctrico puede actuar sobre cualquier tipo de objeto, provocará atracción o repulsión según su naturaleza.
El campo magnético sólo actúa atrayendo o repeliendo, sobre materiales de determinada naturaleza de forma más eminente.
Campo magnético alrededor de un conductor 

Teniendo en cuenta el origen del campo magnético podemos explicar y o comprender fácilmente por qué ciertos cuerpos son imanes y por qué una corriente puede actuar sobre una aguja magnetizada.
En un cuerpo común los electrones que se mueven alrededor de los átomos lo hacen de manera desordenada, de modo que el campo producido no aparece. Sin embargo, podemos orientar estos movimientos de modo de concentrar el efecto de una manera determinada; Obteniendo así, "imanes elementales", cuyos efectos sumados dotan al material de propiedades magnéticas. Tenemos así, cuerpos denominados imanes permanentes.
Un imán permanente tiene dos polos, denominados NORTE (N) y SUR (S), cuyas propiedades son semejantes a las de las cargas eléctricas.
Podemos decir que polos de nombres diferentes se atraen (Norte atrae a Sur y viceversa).
Polos del mismo nombre se repelen (Norte repele a Norte y Sur repele a Sur).
Los imanes permanentes pueden ser naturales o artificiales.

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