Que es la Electricidad?

El concepto más básico que se requiere tener claro cuando inciamos a aprender electrónica es el concepto de la electricidad, este concepto implica conocer el funcionamiento de los atomos, pero solo con saber el funcionamiento de un atomo es suficiente para entender como funciona la electricidad.

Un atomo esta conformado por Neutronoes, Protones y Electrones, estos ultimos, los electrones, flotan al rededor del núcleo del atomo de igual forma como los planetas giran al rededor del sol.

Los Protones y Neutrones conforman el núcleo y los electrones, que son las partículas mas pequeñas, son los que giran al rededor de este.

Los electrones son particular con carga negativa y estas partículas son atraidas por cargas positivas de otros atomos, por lo que tienden a saltar un atomo a otro por el efecto de esta atracción.

Un atomo con exceso de electrones se considera un atomo con carga negativa, y por el contrario, un atomo con menos electrones se considera un atomo de carga positiva

El movimiento de los electrones es el causante de que exista el flujo de la electricidad, y esta es una pregunta muy común de nuestros estudiantes en el curso de robotica, como fluye la corriente?.

En realidad los electrones no desaparecen, solo pasan de un átomo a otro, y esto se da como resultado de aplicar una fuerza externa que hace que los electrones salten, un ejemplo puede ser lo que sucede con un circuito al que se adiciona una batería externa, en donde el lado positivo de la batería atrae los electrones y esta es la fuerza externa que se requiere para moverlos y el lado negativo de la batería provee de mas electrones al circuito.

Un circuito complejo es el que transporta la energía eléctrica desde la estación de energía viajando por muchos circuitos interconectados hasta llegar a nuestras casas, donde alimentará a cada uno de los aparatos electrónicos que tengamos allí.

Si hablamos de la energía eléctrica que viene de las plantas de generación de energía, esta electricidad es un poco particular, podemos decir que esta electricidad viaja para adelante y para atrás, y como es esto? pues la corriente cambia de dirección muchas veces por segundo, y esto se le conoce como ciclos, y a este concepto es lo que se refiere cuando nos dicen que la corriente es de 50 o 60 hercios, los hercios es la unidad de medida que nos indica la cantidad de veces por segundo que se repite una onda, en este caso, la onda de la señal de corriente se repite 50 o 60 veces por segundo, es decir, es una onda que “alterna” su valor, y de allí viene un nuevo concepto, el concepto de la CORRIENTE ALTERNA, que por sus siglas en ingles es corriente AC (altern current).

Debemos recordar que la energía eléctrica también cumple con las leyes de la física, y en este caso, según las leyes de Newton, todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo hasta que sobre este cuerpo actue una energía externa que haga que el cuerpo se mueva, esto mismo sucede con los electrones, los cuales necesitan de una fuerza externa para que se genere el movimiento.  

Otro concepto teórico de las leyes de la física es el de la conservación de la energía, en donde la energía no se puede fabricar ni tampoco se puede destruir, el concepto de la conservación de la energía indica que la energía se transforma. Esta ley se aplica a la electricidad de la misma forma, si vemos el funcionamiento de una batería, allí la energía esta almacenada de forma química como energía química potencial, por otro lado, la generación de energía de las plantas eléctricas almacena energía kinética (movimiento) producido por el giro de las turbinas generadoras, entonces, en estos dos ejemplos, esta energía es transferida a los electrones y hacen que inicie el movimiento de estos por el circuito.

Una gran parte de la energía que lleva los electrones es transformada en calor, y esto aún respeta el principio de la conservación de la energía, en este caso, la energía del movimiento de los electrones es transformada en calor.

Como se genera la electricidad?

La energía eléctrica se genera en las plantas eléctricas, y existen varias tipos de plantas eléctricas dependiendo de como se TRANSFORMA la energía.

Plantas Termoeléctricas

Las plantas termoeléctricas transforman la energía producida por la combustión de elementos como el carbón produciendo así calor. 

En estas plantas se transforma la energía química que se encuentra en el carbón, y al quemar el carbón este calienta el agua produciendo vapor que será el encargado de mover las turbinas generadoras, en este punto la energía del vapor se convierte en energía kinética (movimiento), y el generador o alternador convertirá el movimiento en energía potencial eléctrica.

Plantas Hidroeléctricas

En las plantas hidroeléctricas, el agua se almacena en depósitos gigantes llamados represas, y esta agua que se almacena se canaliza hasta llegar a las turbinas generadoras, esta agua que entra hace que se genere movimiento de las turbinas.

En este ejemplo, el agua almacenada contendrá energía potencial gravitacional y la cual se transforma en energia kinética (movimiento) con el giro de las turbinas

Materiales conductores y no-conductores

Algunos materiales permiten el flujo de electrones más fácilmente que otros, elementos como el cobre y el aluminio son los elementos en los que más fácilmente se transportan electrónes, sin embargo otros elementos como la plata son mucho mas eficientes pero son demasiado costosos. Todos los metales pueden considerarse materiales que facilitan el flujo de electrónes, y estos elementos son llamados CONDUCTORES. 

El elemento más usado es el cobre, y de este material están elaborados todos los cables que empleamos en proyectos de electrónica y robótica, este material es el más usado porque es flexible y fácil de manipular.

Materiales como la sal (agua con sal) y el carbón son también conductores, pero no conducen la corriente tan fácilmente como los metales, sin embargo estos elementos son usados en electrodos, escobillas de motores y en otras aplicaciones eléctricas.

Por otro lado, hay elementos llamados AISLADORES, estos materiales no conducen electricidad por lo tanto los electrones no se mueven en ellos, la mayoría de los elmentos plásticos son aisladores, la madera es también un elemento aislante, el concreto, las rocas, en pocas palabras, la mayoría de elementos que no son metálicos son elementos aisladores, por esta razón cuando vemos un cable por lo general están rodeados de cubiertas plásticas.

Semiconductores

También hay otro tipo de elementos que dependiendo de las circustancias pueden trabajar como conductores o como no conductores, estos elementos son llamados elementos SEMICONDUCTORES, estos elementos son la base de la electrónica moderna y la mayoría de los chips, microprocesadores, diodos, transistores estan elaborados con semiconductores.

El elemento más usado como semiconductor es el Silicio, también encontramos materiales como Gallium y el Selenium, aunque en muchas ocaciones estos materiales son unidos con otros para transformar su característica, a esta combinación se le llama DOPAJE, elementos como el Boro, Arcénico o Fosforo son usados para este fin.

Electricidad Estática

 No toda la electriciad proviene de las baterías o de los generadores, un átomo que ha ganado o perdido uno de sus electrones es considerado un ION, y se dice que el elemento esta IONIZADO, todos los átomos siempre buscan completar sus electrones perdidos, o también los átomos pueden entregar los electrones de sobra si hay una fuerza que desequilibra la fuerza entre el núcleo y el electrón.

En una tormenta eléctrica, la energía térmica produce una fuerza que hace que se separen los electrones y esto provoca una polarización de las nubes (división entre cargas positivas y negativas), haciendo que la parte superior de las nubes sea más positiva que la parte inferior, provocando que la nube se convierta en una gran batería.

La energía almacenada puede ser transmitida entre nubes, y tambien entre las nubes y la tierra, y este último fenómeno es el que llamamos rayos eléctricos o torméntas eléctricas.

Que es la corriente?

La corriente es el flujo de electrones por un conductor, podemos imaginar a la corriente fluyendo por un conductor como cuando agua fluye por una tubería, es la misma analogía.

Los electrones son muy pequeños y la forma de medirlos es agruparlos, se determinó una unidad llamada Coulombs la cual es el grupo de 6,240,000,000,000,000,000 de electrones, pero esta unidad aún seguía siendo demasiado grande para realizar medciones,  entonces se determinó la media de Amperios, la cual es la medida del flujo de un Coulomb en un punto determinado en un segundo y es la medida universal que describe la corriente eléctrica.

Con este pequeño artículo pretendía aclarar las dudas que muchos alumnos tienen en los conceptos básicos al iniciar con los cursos de robótica, en futuros artículos veremos más conceptos básicos con el fin de comprender de una manera más fácil todo lo relacionado con la electrónica.

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