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1 – ¿Que es el fenómeno de la electricidad?
Para describir el fenomeno de la electricidad empezaremos por describir que son y como se comportan los electrones, puesto que se llama electricidad al movimiento de cargas electricas constituidas por electrones.
Un electrón es una particula elemental de un átomo el cual esta compuesto por protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones forman el núcleo del átomo, mientras que los electrones se mueven alrededor del nucleo del átomo.
Los electrones se mueven alrededor del núcleo del átomo porque son atraídos hacia el centro, esto sucede debido al poder de atracción que existe entre los protones y los electrones puesto que el electrón posee una carga negativa y el protón una carga positiva, y entre dos cargas de diferente signo se genera una fuerza de atracción. El protón se encuentra en el núcleo del átomo mientras que el electrón se mueve entorno al núcleo del átomo.
| Es importante conocer algunos datos básicos de un electrón:
Masa de un electrón= Carga eléctrica = Momento magnético=µe= Espin= |
Para demostrar la fuerza con la que un electrón es atraído al centro del átomo tenemos la ley de Coulomb:
Donde:
F: Fuerza expresada en Newtons[N]
q1 y q2: Cargas expresadas en Culombios[C]
d: Distancia de separación entre las cargas expresada en metros[m]
k: Constante: 9·10E9 Nm2/C2 para el aire o vacío.
Ley electrostática (electricidad estatica), ley de coulomb:
“La intensidad de la fuerza (F) con la cual dos cargas eléctricas puntuales se atraen o se repelen, es directamente proporcional al producto de sus cargas(q1 y q2) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (d) que las separan.”
Hemos definido los conceptos básicos de un electrón porque es el principal causante de la energía eléctrica. Para producir energía eléctrica debe de haber un movimiento de electrones o flujo de electrones.
2 – ¿Como se aprovecha el movimiento del flujo de electrones?
¿Como puedes aprovechar el flujo de electrones en movimiento?. Voy a ponerte un ejemplo de lo que sucede si hacemos pasar una cantidad de electrones por los siguientes materiales:
- Bombilla o lámpara incandescente: la lámpara incandescente utiliza un filamento para que circule la corriente eléctrica o flujo de electrones, el material del filamento puede ser el tungsteno, este material tiene la característica de que cuando circulan una cantidad de electrones por él, el material reacciona y produce energía en forma de calor (efecto joule) y fotones (efecto fotoeléctrico), la parte de la bombilla que aprovechamos son los fotones que nos proporcionan luz.
- Motor eléctrico: el motor eléctrico utiliza el flujo eléctrico para crear campos magnéticos. Por ejemplo un motor eléctrico asíncrono esta constituido por una parte fija (estator) y una parte que se mueve o da vueltas sobre su eje (rotor). El estator tiene enrollado un hilo de cobre (bobinado), cuando por el bobinado circulan una cantidad de electrones a cierta velocidad se produce un campo magnético, el campo magnético produce corriente inducida en las barras de aluminio del rotor y el rotor se mueve en concordancia con las bobinas inducidas del estator.
3 – Distribución y transporte de la electricidad
Ahora puedes hacerte la siguiente pregunta, ¿Como llega la electricidad hasta un enchufe cualquiera, con las caracteristicas adecuadas para conectar una bombilla y que la bombilla proporcione la luz que esperamos?
Dicho a grandes rasgos, la electricidad se genera en la central eléctrica, una vez generada una corriente eléctrica en un cable conductor es transportada hasta subestaciones eléctricas, de las subestaciones eléctricas pasamos a centros de transformación y de aqui la conducimos hasta los hogares, pequeños comercios o centros industriales.
En todas las centrales se trata de transformar algún tipo de energía primaria, dependiendo de que tipo de central sea, en energía eléctrica.
Todas las centrales eléctricas están constituidas por 5 pasos principales, desde la materia prima, como por ejemplo el aire en el caso de las centrales eólicas o el agua en las centrales hidroeléctricas, hasta el consumo de electricidad en los hogares o cualquier otro consumidor.
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Dentro de estos 5 pasos encontramos:
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a) El generador.
Generalmente la función de un generador eléctrico es transformar la energía mecánica en energía eléctrica.
La energía mecánica puede obtenerse por ejemplo por el movimiento de una turbina movida por la fuerza del agua. La turbina moverá a su vez un eje, el cual moverá el rotor en el interior del generador eléctrico. Normalmente el rotor actuará como inductor, esto quiere decir que por medio de un electro-imán o un imán permanente, será el responsable de generar el campo magnético. Mientras tanto el estátor actuará como parte inducida, esto quiere decir que el hilo o cable del bobinado del estátor al verse expuesto a un campo magnético en movimiento generará una corriente eléctrica en el interior del conductor de la bobina, produciendo la electricidad que llegará al consumidor final.
b) Transformador elevador de tensión.
Los transformadores están constituidos por un devanado primario (por el cual generaremos una corriente eléctrica), un núcleo (el núcleo generará un campo magnético debido a la corriente eléctrica del devanado primario) y un devanado secundario (por el cual deberemos obtener la tensión o intensidad deseada).
El devanado primario tendrá un numero de espiras menor que el devanado secundario.
¿Porque utilizamos un transformador elevador de tensión?, el motivo es reducir la intensidad en las lineas de trasporte de alta tensión, precisamente aumentando la tensión a la salida del transformador (por ejemplo 220000, 280000 voltios), también reduciremos la intensidad. Reduciendo la intensidad evitamos perdida de energía en el transporte de la electricidad por las lineas de alta tensión.
c) Lineas de transporte.
Las lineas de transporte están diseñadas para transportar la corriente eléctrica con una tensión elevada y una intensidad menor.
El material de las lineas de transporte es de acero, cobre o aluminio, dependiendo de las características de la corriente eléctrica y del medio.
Las torres de alta tensión están pensadas para servir de soporte a los cables de alta tensión, cuanto mayor es la tensión que circula por el conductor, mayor es la altura de las torres eléctricas de alta tensión.
d) Transformador reductor de tensión.
El transformador reductor de tensión básicamente tiene las mismas características que el transformador elevador de tensión, sin embargo la función principal es la de reducir la tensión de entrada al transformador por medio del devanado primario y secundario, en el transformador reductor de tensión el numero de espiras del devanado primario es mayor que en el devanado secundario.
Las lineas de distribución para el consumo empezarán en el transformador que reduce la tensión hasta obtener la tensión de suministro, como por ejemplo 230 voltios, 400 voltios, etc.
El material mas utilizado para transportar la electricidad en este punto es el cobre y el aluminio, se utilizan estos dos materiales debido a la poca resistencia que oponen al paso de corriente eléctrica, a las caracteristicas físicas con respecto a la fuerza, la flexibilidad o elasticidad, y también por su coste con respecto a otros materiales conductores.
Ejemplo del paso de corriente desde la central hasta el consumidor final.
Por ejemplo las centrales hidráulicas tratan de aprovechar la corriente del agua para hacer mover una turbina, la turbina moverá un rotor, y el rotor un eje bobinado con un devanado inductor, creando un campo magnético en el interior de un estátor con un devanado inducido.
Del devanado inducido obtenemos 3 fases o líneas eléctricas con una diferencia de potencial entre ellas, eso quiere decir que si unimos una fase cualquiera con otra de las tres fases entonces los electrones circularan de una fase a la otra (se producirá un cortocircuito).
A los hogares nos llega una de estas fases junto con el neutro. El cable neutro se obtiene de la tierra física, es decir la diferencia de potencial entre una de las fases y el cable neutro es porque entre cualquiera de fases y tierra existe una diferencia de potencial.
El material del cableado que se utiliza para transportar los electrones normalmente es el cobre, el cobre tiene la particularidad de que es económico comparado con otros materiales que pueden transportar la electricidad, y tiene cierta facilidad para desprenderse de electrones, eso quiere decir que es un buen conductor de la electricidad.
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