INTRODUCCIÓN

            La electricidad (cuyo significado es ámbar) 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 (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte). 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 de todos los dispositivos electrónicos.

            También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas  se ha convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación y distribución y a su gran número de aplicaciones.

            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. Se conocen tres tipos de cargas eléctricas: positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones).

I) ELECTROSTÁTICA

               LA ELECTROSTÁTICA es la rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

1.1.- LA CARGA ELÉCTRICA:

              La carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que se manifiesta mediante las fuerzas observadas entre ellas.  Las dos partículas elementales cargadas que existen en la materia son el electrón y el protón.

              La carga eléctrica es una magnitud física que puede medirse. Su unidad  natural es el electrón, pero al ser una cantidad muy pequeña, el SI utiliza como unidad de carga eléctrica al Coulomb (C).

1.2.-AISLANTES  o  DIELÉCTRICOS Y CONDUCTORES:

              En ciertos materiales, como  los metales, los electrones más alejados de los núcleos respectivos adquieren fácilmente libertad de movimiento en el interior del sólido. Estos electrones libres son las partículas que transportarán la carga eléctrica. Al depositar electrones en ellos, se distribuyen por todo el cuerpo, y viceversa, al perder electrones, los electrones libres se redistribuyen por todo el cuerpo para compensar la pérdida de carga. Estas sustancias se denominan conductores.

              En contrapartida de los conductores eléctricos, existen materiales en los que los electrones están firmemente unidos a sus respectivos átomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no será posible el desplazamiento de carga a través de ellos. Al depositar una carga eléctrica en ellos, la electrización se mantiene localmente. Estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos; ejemplo las resinas, el vidrio, los plásticos, las fibras sintéticas o naturales, el papel,  etc.

              Entre los buenos conductores y los dieléctricos existen  situaciones intermedias. Entre ellas destacan los materiales semiconductores por su importancia en la fabricación de dispositivos electrónicos que son la base de la actual revolución tecnológica

1.3.-MÉTODOS PARA CARGAR ELÉCTRICAMENTE LA MATERIA:

A.    POR CONTACTO

Este es un buen método para cargar eléctricamente cuerpos conductores (metales).  Se pone en contacto el metal inicialmente neutro y aislado con un cuerpo previamente cargado.  El conductor queda cargado eléctricamente con el mismo signo del cuerpo cargado que lo tocó.

B.     CARGA POR FRICCIÓN

O  Ocurre cuando dos cuerpos se frotan mutuamente. En la carga por fricción o frotación se transfiere gran cantidad de electrones porque la fricción aumenta el contacto de un material con el otro. Por consiguiente  un cuerpo  queda con un exceso de electrones y se carga negativamente y el otro queda con una deficiencia de electrones y adquiere una carga positiva
                                                     

                                                                   
                                                                                         

       

C.    CARGA POR INDUCCIÓN

En este método un cuerpo previamente cargado (inductor) se aproxima a un objeto de metal (inducido), en éste se acumulará una cantidad de electrones hacia un lado, dando lugar a un fenómeno conocido como POLARIZACIÓN ELÉCTRICA

                                                       

1.4.- EL ELECTROSCOPIO 

              Es un aparato que permite detectar la presencia de campos eléctricos en un cuerpo e identificar el signo de la misma. El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior  y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.

              Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.

  

1.5.- LA FUERZA ELÉCTRICA: LEY DE CHARLES COULOMB

            La ley de Coulomb puede expresarse como:

La fuerza eléctrica con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

 Dadas dos cargas puntuales q₁ y q₂ separadas una distancia d en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada por:

La constante de proporcionalidad (K) depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas. Su valor es: 9.10⁹ Nm²/C², en el vacío.

            La fuerza eléctrica es de repulsión si las cargas tienen el mismo signo y de atracción si las cargas son de signos diferentes.

PROBLEMAS PARA RESOLVER:

1.      Se tienen dos cargas positivas de 3µC y 15 µC separadas medio metro. ¿Qué tipo de fuerza habrá entre ellas? ¿Cuál será el valor de dicha fuerza?

2.      La fuerza eléctrica de repulsión entre dos cargas eléctricas iguales, separadas por una distancia de 10m entre sus centros, es de 9x10^-3N ¿Cuál es la carga eléctrica de cada una?

1.6.-EL CAMPO ELÉCTRICO:

              La fuerza eléctrica, al igual que la fuerza gravitacional, es una fuerza a distancia.  Una carga eléctrica puede ejercer una fuerza eléctrica sobre otra carga a través del medio que la rodea, sin la necesidad del contacto directo.  Por lo tanto el campo eléctrico es el medio que le permite a un cuerpo cargado eléctricamente ejercer una fuerza eléctrica sobre otro cuerpo cargado o polarizado.

              Para determinar la INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO en una región determinada del espacio se utiliza una carga de prueba positiva (por convención) q₀.  La intensidad del campo eléctrico E es el cociente entre la fuerza eléctrica (F) que experimenta una carga de prueba positiva (q₀) y el valor de la carga de prueba

                                                            

                En el SI el campo eléctrico se mide en N/C

              El campo eléctrico es una magnitud vectorial, su dirección y sentido en un punto del espacio es igual que la dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba positiva colocada en dicho punto.

PROBLEMAS PARA RESOLVER:

1.      Calcula la fuerza que experimenta una carga eléctrica positiva de 10 µC cuando se coloca dentro de un campo eléctrico de valor 800N/C, dirigido hacia la derecha.

2.      Una carga q de 70g de masa y 35 µC de carga se desprende de una placa positiva. Despreciando la fuerza de la gravedad, calcula el campo eléctrico entre las placas, separadas 20cm, si la carga llega a la placa negativa al cabo de 2s y el campo es uniforme

1.7.-EL POTENCIAL ELÉCTRICO:

              Los campos eléctricos tienen la propiedad de proporcionar energía potencial eléctrica a cualquier carga que se coloque en el interior del campo.  Tal propiedad se mide con una magnitud escalar llamada Potencial eléctrico.

              El Potencial eléctrico (V) en un punto  del campo eléctrico se mide por el trabajo eléctrico (W) efectuado al transportarse la carga eléctrica positiva (q), desde ese punto hasta el infinito.

              El trabajo realizado (W) equivale a la energía eléctrica (U) ganada o perdida.

                                                                   

              En el SI el potencial eléctrico se expresa en voltios (V)    (V= J/C)

PROBLEMAS PARA RESOLVER:

1.      Al arrancar un auto se hacen pasar 600C por el motor.  Si se efectúa un trabajo de 3 600 J, calcular la diferencia de potencial presentada.

2.      Calcular la energía que posee un núcleo de Litio (Z=3) al ser acelerado por un campo eléctrico, bajo una diferencia de potencial de 6x10⁵ Voltios.  Considerar que Z= n^o atómico=n^o electrones. (Carga del electrón= 1,6x10^-19C)

II) ELECTRODINÁMICA

         La ELECTRODINÁMICA es la parte de la física que estudia los fenómenos eléctricos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento.

2.1.- LA CORRIENTE ELÉCTRICA:

              Cuando encendemos la luz, el televisor, el microondas, la plancha, etc., estamos poniendo en movimiento a las cargas eléctricas, es decir, estableciendo una corriente eléctrica, a través de los conductores del aparato eléctrico.

              La corriente eléctrica es el movimiento neto de cargas eléctricas de un punto a otro.  LA INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA (I)   mide la cantidad de carga eléctrica (q) que fluye a través de un conductor en un tiempo (t)

                                                 

                                     

                         En el SI la Intensidad de corriente eléctrica se expresa en Amperio (A)

   PROBLEMAS PARA RESOLVER:

1.      Calcular la intensidad de  corriente  si por un punto de un conductor pasan 320C en 2minutos.

2.      ¿Qué tiempo tardan en pasar  360C a través  de un conductor, cuando la intensidad de corriente es de 2 Amperios?

3.      ¿De cuántos Coulomb es la carga  que pasa cuando circula una corriente de 0,5 Amperios en 2h?

2.2.- GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA:

              La generación  corriente eléctrica, en términos generales, consiste en transformar alguna clase de energía no eléctrica, sea esta química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.

              Las centrales generadoras se pueden clasificar en termoeléctricas (de combustibles fósiles, biomasa, nucleares o solares), hidroeléctricas, eólicas, solares fotovoltaicas o mareomotrices. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los tres primeros tipos de centrales reseñados: termoeléctricas, hidroeléctricas y eólicas. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en común el elemento generador, constituido por un alternador, movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada.

A.    CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

           Una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas.

           En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad.

                                           

B.  CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

            Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua fluye por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores.

            Las centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.

 

C.  CENTRALES EÓLICAS

           La energía eólica se obtiene del viento, es decir, de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren energía. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas.

           La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.

D.  CENTRALES FOTOVOLTAICAS

           Se denomina energía solar fotovoltaica a la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial entre sus extremos.

2.3.-INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE ELECTRICIDAD:

            Se denominan instrumentos de medidas de electricidad a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes eléctricas y asegurar así el buen funcionamiento de las instalaciones y máquinas eléctricas. La mayoría son aparatos portátiles de mano.

             Se denominan instrumentos de medidas de electricidad a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes eléctricas y asegurar así el buen funcionamiento de las instalaciones y máquinas eléctricas. La mayoría son aparatos portátiles de mano

A.  GALVANÓMETRO

         Los galvanómetros son aparatos que se emplean para indicar el paso de corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Suelen estar basados en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la corriente.

       B.  AMPERÍMETROS:

                Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. En su diseño original los amperímetros están constituidos, en esencia, por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios.

C.  VOLTÍMETRO:

                Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado, se conecta en paralelo entre los puntos donde queremos leer esa diferencia.

D.  ÓHMETRO:

                   Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un óhmetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia. La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios

                                                       

E.  MULTÍMETRO:

                   Un multímetro, llamado también polímetro o tester, es un instrumento que ofrece la posibilidad de medir distintas magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por el personal técnico en toda la gama de electrónica y electricidad.

                                                                     

III) SALUD Y ELECTRICIDAD

     Se denomina riesgo eléctrico al riesgo originado por la energía eléctrica. Dentro de este tipo de riesgo se      incluyen los siguientes:

Ø  Choque eléctrico por contacto con elementos en tensión (contacto eléctrico directo), o con masas puestas accidentalmente en tensión (contacto eléctrico indirecto).

Ø  Quemaduras por choque eléctrico, o por arco eléctrico.

Ø  Caídas o golpes como consecuencia de choque o arco eléctrico.

Ø  Incendios o explosiones originados por la electricidad.

señal de peligro eléctrico

FUENTES Y FACTORES DE RIESGO

Las causas más comunes de accidente por electrización son:

§  Aparatos eléctricos o conductores defectuosos y falla humana en el manejo de ellos (por ejemplo falta de atención o negligencia).

§  Daños en las líneas eléctricas aéreas o al aire libre causadas por mal tiempo o tormentas.

§  Contacto con el tendido de las líneas eléctricas 

§  Impacto de rayos.

§  Intervención inexperta en las instalaciones eléctricas existentes.

§  Incendios en instalaciones de alta tensión (también de trenes eléctricos), que se combaten con medios inadecuados.

§  Accidentes en las instalaciones o aparatos que funcionan con electricidad

Aparatos eléctricos defectuosos

DAÑOS ORGÁNICOS ESPECÍFICOS

            Las consecuencias de un accidente por electrización son dependientes de la sensibilidad específica de cada tejido particular.

            La corriente eléctrica sigue preferentemente la trayectoria de la menor resistencia. De acuerdo con ello, desempeñan un rol decisivo las diferentes resistencias que ofrecen los tejidos del cuerpo humano. Los tejidos nerviosos presentan la resistencia menor. En secuencia ascendente, le siguen las arterias, músculos, piel, tendones, tejido adiposo y los huesos. En consecuencia, para el caso de la corriente continua y las corrientes de baja frecuencia, la probabilidad de daño del tejido nervioso es la mayor, seguida de arterias, músculos, etc.

    LOS SÍNTOMAS SON:

§  Quemaduras en los lugares de entrada y salida de la corriente.

§  Parálisis de la musculatura de las extremidades y del corazón por el flujo de corriente.

§  Fracturas de huesos debido a repentinas y bruscas contracciones musculares.

§  Lesiones por accidentes secundarios (por ejemplo por una caída ocasionada por el golpe de corriente).

Quemadura por accidente eléctrico

                                                   

MEDIDAS

            En general, debe atenderse al esquema de la cadena de intervenciones de primeros auxilios y al prestar ayuda tener en cuenta incondicionalmente la autoprotección. Entre otros, aquí es importante lo siguiente:

§  Para salvar al lesionado, primero asegurar  que la instalación esté libre de tensión eléctrica. Las instalaciones y aparatos deben separase de la red eléctrica mediante su interruptor de emergencia o el fusible de seguridad. El simple apagado del aparato o del conductor no asegura que esté libre de tensión.

§  Los cables que conduzcan corriente y que estén libres, deben retirarse de la cercanía del lesionado ayudándose de un objeto no conductor (por ejemplo un palo de escoba de madera).

§  En caso de pacientes inconscientes, una vez cortado el flujo de corriente, es de primera prioridad asegurar la respiración y la función cardíaca y circulatoria.

§  En el caso de los pacientes conscientes, hay que enfriar las quemaduras y cubrirlas con una venda limpia, que no desprenda pelusas y en lo posible esterilizada. También en el caso de que el paciente se sienta completamente bien, debería mantenerse en observación hasta que quede descartado un posible daño cardíaco.

§  El resto de las medidas se orientan según la gravedad de las quemaduras. Debido a la acción térmica de la corriente eléctrica se produce una pérdida de líquido en el cuerpo. Igualmente, el calcinamiento de los tejidos afectados (necrosis) puede producir el surgimiento de sustancias venenosas.