Historia de la Electricidad

Desde la aparición del hombre, este se ha preocupado por tratar de entender los fenómenos de la naturaleza y, en algunos casos, reproducirlos.
El estudio de la electricidad comenzó tras observar que diferentes objetos eran atraídos al acercar un trozo de un material fósil llamado ámbar.
Se puede decir que muchos experimentaron con la electricidad, entre los que destacan:

Electrostática

La electrostática es la rama de la electricidad que se encarga de estudiar las cargas electrostáticas en reposo.

La ley cualitativa de la electrostática dice que “cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen”.
En un átomo se tienen las siguientes subpartículas:

• Protón: Carga positiva.
• Neutrón: No tiene carga.
• Electrón: Carga negativa.

Formas de electrizar un cuerpo:

Frotamiento: Se presenta cuando 2 cuerpos se frotan entre sí o por la fricción que existe entre ellos. Ejemplo: Flotar un globo con el cabello.

Contacto: Consiste en simplemente tocar los 2 cuerpos entre sí. Ejemplo: Cuando chocas con una persona.

Inducción: Ocurre cuando un cuerpo extendido en carga eléctrica se acerca a otro sin tener contacto directo entre ellos. Ejemplo: Cuando pasas a lado de una televisión.

La unidad que se utiliza para medir las cargas eléctricas en el sistema internacional (SI) se llama coulomb ( C ) y se define como la cantidad de electrones que posee en exceso un cuerpo con respecto a lo que posee en su estado neutro. La equivalencia en electrones es la siguiente:

1C = 6.25x1018 electrones.

De acuerdo con esto podemos proporcionar las cargas eléctricas del electrón y el protón en coulomb.

• Protón: 1.6 x1019 electrones.
• Electrón: -1.6x10-19 electrones.

Tipos de materiales.

Cuando varios átomos se reúnen para formar ciertos solidos como en los metales, los electrones de las orbitas más lejanas no permanecen unido a sus respectivos átomos y adquieren libertad de movimiento en el interior del sólido.
Estas partículas se denominan electrones libres, por lo tanto los electrones libres, es posible que la carga eléctrica sea transportada por medio de ellos y decimos que estas sustancias son conductores eléctricos:

Conductor: Material por el cual, transfieren la carga fácilmente. Ejemplo: Cobre.

Aislante: Material que resiste al flujo de la carga. Ejemplo: Cinta negra.

Semiconductor: Material intermedio, en su capacidad para llevar o transportar carga. Ejemplo: Silicio.



Ley de Coulomb

En el año 1785, Charles Coulomb estableció la ley fundamental de la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas, lo cual afirma lo siguiente:
“La fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales q1 y q2, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”, matemáticamente se expresa:

F = k q1q2 /r2 donde:
F = Fuerza eléctrica en Newtons (N)
K = Constante de proporcionalidad = 9x109 Nm2/C2
q1 y q2 = Cargas eléctricas en Coulomb ( C )
r = Distancia entre las cargas en metros (m)

Ejemplo con dos cargas:

Termodinámica

La termodinámica se encarga de estudiar la transformación de la energía térmica en trabajo y el trabajo en energía.

La termodinámica puede ser explicada con cuatro leyes fundamentales, entre las principales se encuentran 3:

Ley cero de la termodinámica:

También conocida como ley de equilibrio. Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico y se presenta un tercero, éste estará en equilibrio con las anteriores.

Primera ley de la termodinámica

Esta ley nos demuestra el principio de la conservación de la temperatura “la masa no se crea, ni se destruye, se transforma”

En cualquier proceso termodinámico, el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del equivalente térmico del trabajo realizado por él y el cambio en su energía interna, matemáticamente se expresa:

∆Q = ∆U + ∆W

La cantidad de calor absorbido se manifiesta en trabajo mecánico, algo parecido ocurre con los motores de combustión interna para generar movimiento.

Segunda ley de la termodinámica:

No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y a la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a una temperatura mas elevada.    

Resistencia eléctrica

Es la oposición que se presenta cuando un conductor al pasar corriente o flujo de electrones por él.
Factores que influyen en la resistencia de los conductores:

1. Longitud del conductor: A mayor longitud mayor resistencia. 
2. Sección o área transversal: A mayor área menor resistencia. 
3. La naturaleza del conductor: La plata tiene menor resistencia que el hierro para que circule la corriente. 
4. La temperatura: En los metales su resistencia aumenta proporcionalmente a su temperatura. 

La unidad de resistencia eléctrica en el SI es el Ohm (Ʊ)

Ley de Ohm

El físico y profesor alemán George Simón Ohm enuncio la siguiente ley en 1817 “ La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor”.

Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:

I = V / R

Dónde:

I = intensidad de la corriente eléctrica que pasa por el conductor.

V = Diferencia de potencial de voltaje aplicado a los extremos del conductor.

R = Resistencia del conductor. 

Mecanismos de transferencia de calor

Durante varios siglos se consideró al calor como un fluido invisible que se movía de un cuerpo a otro, recibiendo el nombre de calórico. El calor es una forma de energía que fluye del cuerpo más caliente a otro con menor temperatura.

Estos conocimientos los sabemos gracias james Prescott joule (1818-1889). Demostró que el calor se debe a una transferencia de la energía cinética que poseen los cuerpos.
Como el calor es una forma en la que se manifiesta la energía, entonces se relaciona con las unidades del trabajo mecánico.
Joule para el sistema internacional de unidades j-(N)(m)
Ergio para el CGS ergio-(dina) (cm)

Las relaciones entre las unidades son:

• 1 cal = 4.187 joule
• 1 joule = 0.24 cal
• 1 joule =1x10 ergios
• 1 BTU = 252 cal
• 1 BTU = 1.055 kJ

También podemos utilizar la kilocaloría, que equivale a mil calorías.      

Existen tres tipos por las cuales el calor se propaga, las cuales son:

Conducción

La conducción es el fenómeno consistente en la propagación de calor entre dos cuerpos o partes de un mismo cuerpo a diferente temperatura debido a la agitación térmica de las moléculas, no existiendo un desplazamiento real de estas.
Ejemplo: el calor de la estufa se trasmite al comal y de esta a la olla, debido a el choque entre sus moléculas.

Conveccion

La convección es una de las tres formas de transferencia de calor. Se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido.
Ejemplo: el calor en los fluidos como el agua, se trasmite por convección.

Radiación

La radiación es una emisión de energía generada o emitida por un cuerpo, que viaja por algún medio o el vacío hasta ser absorbida por otro cuerpo. Se puede propagar en forma de onda (radiación electromagnética) o de partículas (radiación corpuscular). La radiación siempre ha estado presente en la Tierra, que ha sido bombardeada por diversos tipos de radiación que proceden del cosmos, como el calor, la luz y otras partículas.
Ejemplo: el calor emitido por el sol hacia la tierra durante el día y de la tierra a la atmosfera, es por radiación.