Electricidad
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Electricidad (de Nueva electricus América, " semejante a ámbar ") es un término general que abarca una variedad de fenómenos resultantes de la presencia y el flujo de la carga eléctrica . Estos incluyen muchos fenómenos fácilmente reconocibles como rayo y electricidad estática, sino, además, conceptos menos conocidos, como el campo electromagnético y inducción electromagnética.
En el uso general, la palabra "electricidad" es adecuada para referirse a una serie de efectos físicos. Sin embargo, en el uso científico, el término es vago, y estén relacionados, pero distintos, conceptos están mejor identificado por términos más precisos:
- La carga eléctrica - una propiedad de algunos partículas subatómicas, que determina sus interacciones electromagnéticas . Eléctricamente cargado cuestión está influenciado por, y produce, los campos electromagnéticos.
- La corriente eléctrica - un movimiento o flujo de partículas cargadas eléctricamente, típicamente medido en amperios.
- Campo eléctrico - una influencia producida por una carga eléctrica en otros cargos en sus proximidades.
- El potencial eléctrico - la capacidad de un campo eléctrico para hacer el trabajo , mide en voltios .
- Electromagnetismo - un interacción fundamental entre el campo eléctrico y la presencia y el movimiento de la carga eléctrica.
La electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, aunque los avances científicos no llegaban hasta los siglos XVII y XVIII. Quedaría sin embargo, hasta finales del siglo XIX que los ingenieros fueron capaces de poner electricidad para uso industrial y residencial, una vez que fue testigo de una rápida expansión en el desarrollo de la tecnología eléctrica. Extraordinaria versatilidad de electricidad como fuente de energía significa que se puede poner a un conjunto casi ilimitado de aplicaciones que incluyen transporte, calefacción, iluminación, comunicaciones , y cálculo. La columna vertebral de la sociedad industrial moderna es, y en el futuro inmediato se puede esperar que permanecer, el uso de energía eléctrica.
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Historia
Que ciertos objetos tales como varillas de ámbar podrían ser frotadas con pieles de gato y atraer objetos ligeros como plumas era conocido por las culturas antiguas en todo el Mediterráneo. Tales de Mileto realizaron una serie de experimentos en electricidad estática alrededor del 600 antes de Cristo, de la que él creía que la fricción hacía ámbar magnético , a diferencia de los minerales tales como magnetita, que necesitaba sin frotar. Thales era incorrecto creer en la atracción se debe a un efecto magnético, pero la ciencia más tarde probaría un vínculo entre el magnetismo y la electricidad.
Una afirmación controvertida se hace que el Partos y mesopotámicos tenían algún conocimiento de galvanoplastia, basado en el descubrimiento de 1936 de la Bagdad batería, que se asemeja a un célula galvánica, aunque esto reivindicaciones carece de evidencia que apoya la naturaleza exacta del artefacto, y si era de naturaleza eléctrica.
Varios escritores antiguos, como Plinio el Viejo y Escribonio Largo, atestigua al efecto calmante de descargas eléctricas entregadas por bagre y torpedear los rayos, y sabían que esas perturbaciones podrían viajar a lo largo de la realización de objetos. Los pacientes que sufren de enfermedades como la gota o el dolor de cabeza se dirigieron a tocar peces eléctricos en la esperanza de que la sacudida poderosa podría curarlos.
Electricidad permanecería poco más que una curiosidad intelectual por más de dos milenios, hasta 1600, cuando el médico Inglés William Gilbert hizo un estudio cuidadoso de la electricidad y el magnetismo, distinguiendo la efecto imán de la electricidad estática producida por el roce de color ámbar. Acuñó el Nueva palabra electricus América ("ámbar" o "como el ámbar", desde ηλεκτρον [elektron], la palabra griega que significa "ámbar") para referirse a la propiedad de atraer pequeños objetos después de ser frotado. Esta asociación dio lugar al Inglés palabras "eléctrico" y "electricidad", que hizo su primera aparición en la impresión en Sir Thomas Browne Pseudodoxia Epidemica de 1646.
Además el trabajo se llevó a cabo por Otto von Guericke, Robert Boyle , Stephen Gray y CF du Fay. En el siglo 18, Benjamin Franklin llevó a cabo una amplia investigación en energía eléctrica, la venta de sus posesiones para financiar su trabajo. En junio de 1752 se le atribuye haber adjuntado una llave de metal en el fondo de una cuerda de la cometa humedecido y volado la cometa en un cielo de tormenta amenazado. Observó una sucesión de chispas que saltan de la clave del dorso de la mano, demostrando que rayo era de hecho de naturaleza eléctrica.
En 1791 Luigi Galvani publicó su descubrimiento de bioelectricidad, lo que demuestra que la electricidad era el medio por el cual células nerviosas transmiten señales a los músculos. Batería de Alessandro Volta, o voltaica pila, de 1800, a partir de capas de zinc y cobre alterna, siempre y científicos con una fuente más confiable de energía eléctrica de la máquinas electrostáticas utilizado anteriormente. André-Marie Ampère descubrió la relación entre la electricidad y el magnetismo en 1820, Michael Faraday inventó el motor eléctrico en 1821, y Georg Ohm analizó matemáticamente el circuito eléctrico en 1827.
A pesar de que había sido a principios del siglo XIX que se había visto un rápido progreso en la ciencia eléctrica, finales del siglo XIX sería ver los mayores avances en la ingeniería eléctrica . A través de personas como Nikola Tesla, Thomas Edison , George Westinghouse, Werner von Siemens, Alexander Graham Bell y Lord Kelvin , la electricidad se convirtieron de una curiosidad científica en una herramienta esencial para la vida moderna, convirtiéndose en una fuerza impulsora para la Segunda Revolución Industrial.
Conceptos
Carga eléctrica
La carga eléctrica es una propiedad de ciertos partículas subatómicas, lo que da lugar a, e interactúa con la fuerza electromagnética , uno de los cuatro las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Cargue su origen en el átomo , en el que sus portadores más familiares son los electrones y protones . Es un cantidad conservada, es decir, la carga neta dentro de una aislado sistema siempre se mantendrá constante independientemente de los cambios que tienen lugar dentro de ese sistema. Dentro del sistema, la carga puede ser transferida entre los organismos, ya sea por contacto directo, o pasando a lo largo de un material conductor, tal como un alambre. El término informal electricidad estática se refiere a la presencia neto (o 'desequilibrio') de carga de un cuerpo, generalmente causada cuando materiales diferentes se frotan entre sí, la transferencia de carga de una a la otra.
La presencia de carga da lugar a la fuerza electromagnética: cargas ejercen una fuerza sobre la otra, un efecto que se conoce, aunque no se entiende, en la antigüedad. Una bola ligera suspendida de una cadena se puede cargar cuando lo toca con una varilla de vidrio que ha sido a su vez cargado frotando con un paño. Si una bola similar se pagan directamente en el mismo varilla de vidrio, que se encuentra para repeler el primero: la carga actúa para forzar las dos bolas de diferencia. Dos bolas que se cargan con una varilla de ámbar frotado también se repelen entre sí. Sin embargo, si una bola es cargada por la varilla de vidrio, y el otro por una varilla de ámbar, las dos bolas se encuentran para atraerse entre sí. Estos fenómenos fueron investigados por Charles-Augustin de Coulomb a finales del siglo XVIII, que se deduce que la carga se manifiesta de dos formas opuestas, lo que lleva al axioma bien conocido: los objetos parecidos cargada repelen y objetos opuestos cargada atraen.
La fuerza actúa sobre las propias partículas cargadas, por lo tanto, la carga tiene una tendencia a propagarse lo más uniformemente posible sobre una superficie conductora. La magnitud de la fuerza electromagnética, ya sea atractiva o repulsiva, está dada por la ley de Coulomb , que relaciona la fuerza al producto de las cargas y tiene una relación del cuadrado inverso de la distancia entre ellos. La fuerza electromagnética es muy fuerte, en segundo lugar solamente en fuerza a la fuerte interacción, pero a diferencia de que la fuerza que actúa sobre todas las distancias. En comparación con el mucho más débil fuerza de la gravedad, la fuerza electromagnética empujando dos electrones aparte es 10 42 veces la de la gravitación atracción tirando de ellos juntos.
La carga de los electrones y los protones es de signo opuesto, por lo tanto, una cantidad de carga puede ser expresada como negativo o positivo. Por convención, la carga transportada por los electrones es negativo, y que por protones positivos, una costumbre que se originó con la obra de Benjamin Franklin . La cantidad de carga se da generalmente el símbolo Q y se expresa en culombios; cada electrón lleva la misma carga de aproximadamente -1,6022 × 10 -19 Coulomb. El protón tiene una carga que es igual y opuesta, y así + 1,6022 × 10 -19 coulomb. La carga se poseía no sólo por la materia , sino también por antimateria, cada antipartícula que lleve una carga igual y opuesta a su partícula correspondiente.
Charge se puede medir por un número de medios, un instrumento temprana siendo el electroscopio de pan de oro, que aunque todavía en uso para demostraciones en clase, ha sido sustituida por la electrónica electrómetro.
Corriente eléctrica
El movimiento de la carga eléctrica se conoce como una corriente eléctrica, cuya intensidad se mide generalmente en amperios. Actual puede constar de cualquier partículas cargadas en movimiento; más comúnmente son los electrones, pero cualquier carga en movimiento constituye una corriente.
Por convención histórico, una corriente positiva se define como tener la misma dirección de flujo como cualquier carga positiva que contiene, o fluya desde la parte más positiva de un circuito a la parte más negativa. Actual definido de esta manera se llama corriente convencional. El movimiento de los electrones cargados negativamente alrededor de una circuito eléctrico, una de las formas más familiares de corriente, por lo tanto se considera positivo en la dirección opuesta a la de los electrones. Sin embargo, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir en un flujo de las partículas cargadas en cualquier dirección, o incluso en ambas direcciones a la vez. La convención de positivo a negativo es ampliamente utilizado para simplificar esta situación. Si se utiliza, por otra definición ejemplo, "corriente de electrones" -se necesita de manera explícita.
El proceso por el cual la corriente eléctrica pasa a través de un material se denomina conducción eléctrica, y su naturaleza varía con la de las partículas cargadas y el material a través del cual están viajando. Ejemplos de corrientes eléctricas incluyen conducción metálica, donde los electrones fluyen a través de una conductor tal como metal, y la electrólisis , donde los iones (cargadas átomos ) fluyen a través de los líquidos. Mientras que las propias partículas pueden moverse muy lentamente, a veces con un promedio velocidad de deriva sólo fracciones de un milímetro por segundo, el campo eléctrico que les conduce en sí se propaga a cerca de la velocidad de la luz , lo que permite señales eléctricas para pasar rápidamente a lo largo de los cables.
Actual provoca varios efectos observables, que históricamente eran los medios de reconocer su presencia. Que el agua podría ser descompuesto por la corriente de una pila voltaica fue descubierto por Nicholson y Carlisle en 1800, un proceso que ahora se conoce como electrólisis . Su trabajo se ha ampliado en gran medida por Michael Faraday en 1833. actual a través de una resistencia provoca un calentamiento localizado, un efecto James Joule estudió matemática en 1840. Uno de los descubrimientos más importantes en relación a la corriente se hizo accidentalmente por Hans Christian Oersted en 1820, cuando, mientras se prepara una conferencia, fue testigo de la corriente en un alambre de molestar a la aguja de una brújula magnética. Había descubierto el electromagnetismo , la interacción fundamental entre la electricidad y el magnetismo.
En aplicaciones de ingeniería o de la casa, la corriente es a menudo descrito como siendo corriente continua (DC) o corriente alterna (AC). Estos términos se refieren a cómo la corriente varía en el tiempo. La corriente directa, tal como se produce por ejemplo a partir de una batería y requerida por la mayoría de los electrónicos dispositivos, es un flujo unidireccional desde la parte positiva de un circuito a la negativa. Si, como es más común, este flujo se realiza por los electrones, que estarán viajando en la dirección opuesta. La corriente alterna es cualquier corriente que invierte la dirección en varias ocasiones; casi siempre esto toma la forma de una de onda sinusoidal. La corriente alterna así pulsos de ida y vuelta dentro de un conductor sin la carga que se mueve cualquier distancia neta en el tiempo. El valor promediado en el tiempo de una corriente alterna es igual a cero, pero ofrece energía en primero una dirección, y luego a la inversa. Corriente alterna se ve afectada por las propiedades eléctricas que no se observan bajo el estado estable de corriente continua, tales como la inductancia y capacitancia . Estas propiedades sin embargo pueden llegar a ser importante cuando se somete a circuitos transitorios, como al ser conectado.
Campo eléctrico
El concepto de la eléctrica campo fue introducido por Michael Faraday . Un campo eléctrico es creado por un cuerpo cargado en el espacio que lo rodea, y resulta en una fuerza ejercida sobre cualesquiera otras cargas colocadas dentro del campo. El campo eléctrico actúa entre dos cargas de una manera similar a la forma en que los actos de campo gravitacional entre dos masas , y como él, se extiende hacia el infinito y muestra una relación inversa del cuadrado de la distancia. Sin embargo, hay una diferencia importante. La gravedad actúa siempre en la atracción, dibujo dos masas juntos, mientras que el campo eléctrico puede resultar en cualquiera de atracción o repulsión. Dado que los organismos grandes como planetas generalmente no tienen ninguna carga neta, el campo eléctrico a una distancia suele ser cero. Por lo tanto la gravedad es la fuerza dominante en la distancia en el universo, a pesar de ser mucho más débil.
Un campo eléctrico varía generalmente en el espacio, y su fuerza en cualquier punto se define como la fuerza (por unidad de carga) que se sintió por una carga insignificante estacionaria si se colocan en ese punto. La carga conceptual, denominado una carga de prueba, debe ser extremadamente pequeña para evitar su propio campo eléctrico perturbar el campo principal y también debe estar parado para evitar el efecto de campos magnéticos. Como el campo eléctrico se define en términos de la fuerza , y la fuerza es una vector, por lo que se deduce que un campo eléctrico es también un vector, que tiene tanto magnitud y dirección. Específicamente, es una campo vectorial.
El estudio de los campos eléctricos creados por cargas estacionarias se llama electrostática. El campo puede ser visualizado por un conjunto de líneas imaginarias cuya dirección en cualquier punto es el mismo que el del campo. Este concepto fue introducido por Faraday, cuyo plazo ' líneas de fuerza 'todavía a veces ve a utilizar. Las líneas de campo son los caminos que una carga positiva punto trataría de hacer, ya que se vio obligado a desplazarse dentro del campo; sin embargo, son un concepto imaginario sin existencia física, y el campo impregna todo el espacio intermedio entre las líneas. Las líneas de campo que emanan de cargas estacionarias tienen varias propiedades fundamentales: primero, que se originan en cargas positivas y terminan en cargas negativas; segundo, que deben entrar en cualquier buen conductor en ángulo recto, y en tercer lugar, que nunca pueden cruzar ni encerrarse en sí mismos.
Los directores de la electrostática son importantes en el diseño de elementos de equipos de alta tensión. Hay un límite finito a la intensidad de campo eléctrico que pueden resistido por cualquier medio. Más allá de este punto, avería eléctrica se produce y una arco eléctrico provoca descargas eléctricas entre las partes cargadas. Aire, por ejemplo, tiende a arco en intensidades de campo eléctrico que excedan de 30 kV por centímetro través de pequeños espacios. Durante las brechas más grandes, su rigidez dieléctrica es más débil, tal vez 1 kV por centímetro. La presencia natural más visible de esto es relámpago, causado cuando la carga se separa en las nubes por el aumento de columnas de aire, y eleva el campo eléctrico en el aire para mayor de lo que puede soportar. El voltaje de una gran nube rayo puede ser tan alta como 100 MV y tienen energías de descarga tan grandes como 250 kWh.
La intensidad de campo se ve muy afectada por objetos cercanos que llevan a cabo, y es especialmente intensa cuando se ve obligado a curva alrededor de objetos punzantes. Este principio se explota en el pararrayos , la fuerte pico de los cuales actúa para fomentar el rayo para desarrollar allí, en lugar de a la construcción que sirve para proteger.
Potencial eléctrico
El concepto de potencial eléctrico está estrechamente vinculada a la del campo eléctrico. Una pequeña carga colocada dentro de un campo eléctrico experimenta una fuerza, y haber traído ese cargo a ese punto en contra de la fuerza requiere el trabajo . El potencial eléctrico en cualquier punto se define como la energía necesaria para llevar una carga de prueba unidad desde una distancia infinita lentamente a ese punto. Normalmente se mide en voltios , y un voltio es el potencial de que uno joule de trabajo debe ser gastado para traer una carga de un coulomb desde el infinito. Esta definición de potencial, mientras que formal, tiene poca aplicación práctica, y un concepto más útil es el de la electricidad diferencia de potencial, y es la energía requerida para mover una unidad de carga entre dos puntos especificados. Un campo eléctrico tiene la característica especial de que es conservadora, lo que significa que el camino tomado por la carga de prueba es irrelevante: todas las rutas entre dos puntos especificados gastan la misma energía, y por lo tanto un valor único para la diferencia de potencial puede afirmar. La voltios está tan identificado fuertemente como la unidad de elección para la medición y la descripción de la diferencia de potencial eléctrico que el término tensión ve mayor uso cotidiano.
Para propósitos prácticos, es útil para definir un punto de referencia común a la que los potenciales se pueden expresar y se comparan. Si bien esto podría ser en el infinito, una referencia mucho más útil es la Tierra en sí, que se supone que es en el mismo potencial en todas partes. Este punto de referencia, naturalmente, tiene el nombre tierra o suelo. Tierra se supone que es una fuente infinita de cantidades iguales de carga positiva y negativa, y por lo tanto es eléctricamente no cargado - y cargarse más.
El potencial eléctrico es un cantidad escalar, es decir, que sólo tiene magnitud y dirección no. Puede ser visto como análoga a la temperatura : ya que hay una cierta temperatura en cada punto en el espacio, y el gradiente de temperatura indica la dirección y la magnitud de la fuerza impulsora detrás de el flujo de calor, de manera similar, hay un potencial eléctrico en cada punto en el espacio, y su degradado o intensidad de campo, indica la dirección y la magnitud de la fuerza impulsora detrás de movimiento de carga. Igualmente, el potencial eléctrico puede ser visto como análogo a altura: sólo como un objeto lanzado caerá a través de una diferencia de alturas causadas por un campo gravitatorio, por lo que un cargo se 'caída' a través de la tensión causada por un campo eléctrico.
El campo eléctrico se define formalmente como la fuerza ejercida por unidad de carga, pero el concepto de potencial permite una definición más útil y equivalentes: el campo eléctrico es el gradiente local de la potencial eléctrico. Generalmente se expresa en voltios por metro, la dirección del vector del campo es la línea de mayor gradiente de potencial.
Electromagnetismo
El descubrimiento de Oersted en 1821 que un campo magnético existía alrededor de todos los lados de un alambre que lleva una corriente eléctrica indicaron que existe una relación directa entre la electricidad y el magnetismo. Además, la interacción parecía diferente a las fuerzas gravitacionales y electrostáticas, las dos fuerzas de la naturaleza conocidos entonces. La fuerza sobre la aguja de la brújula no dirigió a o en alejamiento del cable portador de corriente, pero actuó en ángulos rectos a la misma. Palabras ligeramente oscuros de Ørsted fueron que "el conflicto eléctrico actúa de manera revolvente." La fuerza también dependía de la dirección de la corriente, porque si el flujo se invierte, entonces la fuerza también lo hizo.
Ørsted no entendía completamente su descubrimiento, pero se observó que el efecto era recíproco: una corriente ejerce una fuerza sobre un imán, y un campo magnético ejerce una fuerza sobre una corriente. El fenómeno se procedió a investigar por Ampère, que descubrió que dos cables portadores de corriente paralelos ejercen una fuerza sobre la otra: dos hilos conductores corrientes en la misma dirección se atraen entre sí, mientras que los cables que contiene la corriente que fluye en direcciones opuestas se ven obligados a pedazos. La interacción está mediada por el campo magnético de cada corriente produce y constituye la base para el internacional definición del amperio.
Esta relación entre los campos y corrientes magnéticas es extremadamente importante, ya que condujo a la invención de Michael Faraday de la motor eléctrico en 1821. Faraday motor homopolar consistía en un imán permanente que se sienta en una piscina de mercurio . Una corriente se dejó fluir a través de un cable suspendido de un pivote sobre el imán y se sumerge en el mercurio. El imán ejerce una fuerza tangencial sobre el cable, por lo que es círculo alrededor del imán durante el tiempo que se mantuvo la corriente.
Experimentación por Faraday en 1831 reveló que un alambre en movimiento perpendicular a un campo magnético desarrollado una diferencia de potencial entre sus extremos. Un análisis más detallado de este proceso, conocido como inducción electromagnética, le permitió afirmar el director, ahora conocido como La ley de inducción de Faraday, que la diferencia de potencial inducida en un circuito cerrado es proporcional a la velocidad de cambio de flujo magnético a través del bucle. La explotación de este descubrimiento le permitió inventar el primero generador eléctrico en 1831, en la que se convierte la energía mecánica de un disco de cobre de rotación en energía eléctrica. Disco de Faraday era ineficiente y no sirve como generador práctico, pero mostró la posibilidad de generar energía eléctrica utilizando el magnetismo, la posibilidad de que sería absorbido por los que siguieron el de su trabajo.
Faraday y el trabajo de Ampère mostraron que un campo magnético variable en el tiempo actuó como una fuente de un campo eléctrico y un campo eléctrico variable en el tiempo era una fuente de un campo magnético. Así, cuando cualquiera de los campos está cambiando en el tiempo, entonces un campo del otro es necesariamente inducido. Tal fenómeno tiene las propiedades de una onda , y se refiere naturalmente a como una onda electromagnética . Las ondas electromagnéticas se analizaron teóricamente por James Clerk Maxwell en 1864. Maxwell descubrió un conjunto de ecuaciones que podrían describir sin ambigüedad la interrelación entre el campo eléctrico, campo magnético, carga eléctrica y la corriente eléctrica. Podía además demostrar que dicha onda necesariamente viajar a la velocidad de la luz , y por lo tanto la luz en sí era una forma de radiación electromagnética. Leyes de Maxwell , que unifican la luz, los campos, y la carga son uno de los grandes hitos de la física teórica.
Circuitos eléctricos
Un circuito eléctrico es una interconexión de componentes eléctricos, por lo general para realizar alguna tarea útil, con una trayectoria de retorno para permitir la carga de volver a su fuente.
Los componentes de un circuito eléctrico pueden tomar muchas formas, que pueden incluir elementos tales como resistencias, condensadores, interruptores, transformadores y la electrónica . Circuitos electrónicos contienen componentes activos, por lo general los semiconductores , y normalmente exhibición comportamiento no lineal, que requiere un análisis complejo. Los componentes eléctricos más simples son los que se denominan pasiva y lineal: si bien pueden almacenar temporalmente la energía, no contienen fuentes de la misma, y exhiben respuestas lineales a los estímulos.
La resistencia es tal vez el más simple de los elementos de circuito pasivos: como su nombre indica, se resiste el flujo de corriente a través de él, disipando su energía en forma de calor. La ley de Ohm es una ley básica de la teoría de circuitos, que indica que la corriente que pasa a través de una resistencia es directamente proporcional a la diferencia de potencial a través de ella. El ohmios , la unidad de la resistencia, fue nombrado en honor de Georg Ohm, y está simbolizado por la letra griega Ω. 1 Ω es la resistencia que producirá una diferencia de potencial de un voltio en respuesta a una corriente de un amplificador.
La condensador es un dispositivo capaz de almacenar carga, y por lo tanto el almacenamiento de energía eléctrica en el campo resultante. Conceptualmente, se compone de dos placas conductoras separadas por una capa aislante delgada; en la práctica, láminas metálicas delgadas se enrollan juntos, aumentando el área superficial por unidad de volumen y por lo tanto la capacitancia . La unidad de capacitancia es la faradio, nombrado después de Faraday, y dado el símbolo F: un faradio es la capacidad que se desarrolla una diferencia de potencial de un voltio cuando almacena una carga de un culombio. Un condensador conectado a un suministro de voltaje inicialmente causa una corriente fluya a medida que se acumula carga; esta corriente sin embargo la decadencia en el tiempo como el condensador llena, aunque finalmente cayó a cero. Un condensador, por tanto, no permitirá una corriente de régimen permanente fluya, pero en lugar lo bloquea.
La inductor es un conductor, por lo general una bobina de alambre, que almacena energía en un campo magnético en respuesta a la corriente que fluye a través de él. Cuando los cambios de corriente, el campo magnético también lo hace, inducir un voltaje entre los extremos del conductor. El voltaje inducido es proporcional a la tasa de tiempo de cambio de la corriente. La constante de proporcionalidad se denomina inductancia . La unidad de la inductancia es la henry, el nombre de Joseph Henry, un contemporáneo de Faraday. Una Henry es la inductancia que inducirá una diferencia de potencial de un voltio si la corriente a través de él cambia a un ritmo de un amperio por segundo. El comportamiento del inductor es en algunos aspectos converse a la del condensador: permitirá libremente una corriente inmutable fluya, pero se opone al flujo de cambiar un rápidamente en uno.
Producción y usos
Generación
Experimentos de Thales con varillas de ámbar fueron los primeros estudios sobre la producción de energía eléctrica. Si bien este método, ahora conocido como el efecto triboeléctrico, es capaz de levantar objetos ligeros e incluso la producción de chispas, es extremadamente ineficiente. No fue hasta la invención de la pila voltaica en el siglo XVIII que una fuente viable de energía eléctrica llegó a estar disponible. La pila voltaica, y su descendiente moderno, el batería eléctrica, acumulador de energía química y hacer que esté disponible en la demanda en forma de energía eléctrica. La batería es una fuente de energía versátil y muy común que es ideal para muchas aplicaciones, pero su almacenamiento de energía es finita, y una vez dado de alta, debe ser eliminado o recargada. Para grandes demandas eléctricas de energía eléctrica debe ser generado y transmitido a granel.
La energía eléctrica se genera por lo general por electro-mecánico impulsado por generadores vapor produce a partir de combustibles fósiles de combustión, o el calor liberado de reacciones nucleares; o de otras fuentes tales como la energía cinética extraído de viento o el agua que fluye. Dichos generadores no tienen ninguna semejanza con generador homopolar disco de Faraday de 1831, pero todavía dependen de su principio electromagnético que un conductor que une un campo magnético variable induce una diferencia de potencial en sus extremos. La invención de finales del siglo XIX de la transformador significaba que la electricidad podría ser generado en centralizado centrales eléctricas, que se benefician de economías de escala, y ser transmitida a través de los países con el aumento de la eficiencia. Dado que la energía eléctrica no puede ser fácilmente almacenado en cantidades lo suficientemente grandes como para satisfacer la demanda a escala nacional, en todo momento exactamente tanto deberá presentarse como se requiere. Esto requiere servicios de electricidad para hacer predicciones cuidadosas de sus cargas eléctricas, y mantener constante coordinación con sus centrales eléctricas. Una cierta cantidad de generación siempre debe mantenerse en reserva para amortiguar una red eléctrica contra las perturbaciones y pérdidas inevitables.
La demanda de electricidad crece con gran rapidez, como nación, moderniza y su economía se desarrolla. Los Estados Unidos mostró un aumento del 12% en la demanda durante cada año de las tres primeras décadas del siglo XX, una tasa de crecimiento que ahora está siendo experimentado por las economías emergentes, como las de la India o China. Históricamente, la tasa de crecimiento de la demanda de electricidad ha superado a la de otras formas de energía, como el carbón .
Las preocupaciones medioambientales con la generación de electricidad ha llevado a un mayor enfoque en la generación de fuentes renovables , en particular de viento y energía hidroeléctrica. Mientras que el debate se puede esperar que continúe durante el impacto ambiental de los diferentes medios de producción de electricidad, su forma final es relativamente limpio.
Usos
La electricidad es una forma extremadamente flexible de la energía, y puede ser adaptado a un gran y creciente número de usos. La invención de un práctico bombilla incandescente en la década de 1870 llevó a iluminación de convertirse en una de las primeras aplicaciones de acceso público de energía eléctrica. Aunque la electrificación trajo consigo sus propios peligros, en sustitución de las llamas de la iluminación de gas reducido enormemente los riesgos de incendio dentro de las casas y fábricas. Los servicios públicos se establecieron en muchas ciudades dirigidas a la floreciente mercado de la iluminación eléctrica.
La Efecto de calentamiento Joule empleado en la bombilla también ve un uso más directo en calefacción eléctrica. Si bien esto es versátil y controlable, puede ser visto como un desperdicio, ya que la mayoría de generación eléctrica ya ha requerido la producción de calor en una central eléctrica. Varios países, como Dinamarca, han emitido legislación que restringe o prohíbe el uso de calefacción eléctrica en edificios nuevos. Sin embargo electricidad es una fuente de energía altamente práctico para refrigeración, con aire acondicionado en representación de un sector creciente de la demanda de electricidad, los efectos de los cuales las empresas de electricidad son cada vez más obligados a llevar.
La electricidad se usa dentro de las telecomunicaciones , y de hecho el telégrafo eléctrico, demostrado comercialmente en 1837 por Cooke y Wheatstone, fue una de sus primeras aplicaciones. Con la construcción de la primera intercontinental, y luego sistemas transatlánticos, telégrafo en la década de 1860, la electricidad habían permitido las comunicaciones en cuestión de minutos todo el mundo. La fibra óptica y tecnología de comunicación por satélite han tomado una participación en el mercado de los sistemas de comunicación, pero la electricidad se puede esperar que siendo una parte esencial del proceso.
Los efectos del electromagnetismo se emplean más visible en el motor eléctrico, que proporciona un medio limpia y eficiente de energía motriz. Un motor estacionario tal como una cabrestante está fácilmente provisto de un suministro de energía, pero un motor que se mueve con su aplicación, tal como una vehículo eléctrico, está obligado a llevar a lo largo ya sea una fuente de energía tal como una batería, o mediante la recopilación actual de un contacto deslizante tal como una pantógrafo, poniendo restricciones a su rango o el rendimiento.
Los aparatos electrónicos hacen uso del transistor, tal vez uno de los inventos más importantes del siglo XX, y un bloque fundamental de todos los circuitos moderno edificio. Un moderno circuito integrado puede contener varios miles de millones de transistores miniaturizados en una región sólo unos pocos centímetros cuadrados.
La electricidad y el mundo natural
Efectos fisiológicos
Un voltaje aplicado a un cuerpo humano hace que una corriente eléctrica fluya a través de los tejidos, y aunque la relación no es lineal, mayor es la tensión, mayor es la actual. El umbral para la percepción varía con la frecuencia de suministro y con la trayectoria de la corriente, pero es de aproximadamente 1 mA para la red eléctrica de frecuencia. Si la corriente es suficientemente alta, hará que la contracción muscular, la fibrilación del corazón, y quemaduras de tejidos. La falta de cualquier signo visible de que un conductor está electrificada produce electricidad un peligro particular. El dolor causado por una descarga eléctrica puede ser intenso, que conduce la electricidad a veces para ser empleado como un método de tortura. muerte causada por una descarga eléctrica que se conoce como la electrocución. Electrocución sigue siendo el medio de ejecución judicial en algunas jurisdicciones, aunque su uso se ha vuelto más raro en los últimos tiempos.
Fenómenos de naturaleza eléctrica
La electricidad es de ninguna manera una invención puramente humana, y puede ser observado en varias formas en la naturaleza, una manifestación importante de los cuales es rayo. La el campo magnético de la Tierra se cree que deriva de una dínamo natural de las corrientes circulantes en el núcleo del planeta. Ciertos cristales, tales como cuarzo , o incluso el azúcar de caña , generan una diferencia de potencial a través de sus caras cuando se somete a presión externa. Este fenómeno es conocido como piezoelectricidad, del griego piezein , significando a la prensa, y fue descubierto en 1880 por Pierre y Jacques Curie. el efecto es recíproco, y cuando un material piezoeléctrico es sometido a un campo eléctrico, un pequeño cambio en las dimensiones físicas tienen lugar.
Algunos organismos, como los tiburones , son capaces de detectar y responder a los cambios en los campos eléctricos, una habilidad conocida como electrorrecepción, mientras que otros, denominados electrogénico, son capaces de generar tensiones de sí mismos para servir como arma abusivas o defensiva. El orden Gymnotiformes, de los cuales el ejemplo más conocido es la anguila eléctrica, detectar o aturdir a sus presas a través de altas tensiones generadas a partir de células musculares modificadas llamadas electrocitos. Todos los animales transmiten la información a lo largo de sus membranas celulares con impulsos de tensión llamados potenciales de acción , cuyas funciones incluyen la comunicación por el sistema nervioso entre las neuronas y los músculos. Ellos también son responsables de la coordinación de las actividades en ciertas plantas.
