Conceptos Esenciales de Electricidad: Átomos, Corriente y Generación

Fundamentos de la Electricidad: Átomos y Cargas

Las moléculas están formadas por átomos, y estos a su vez se componen de:

• Protones y neutrones: Forman el núcleo del átomo.
• Electrones: Se mueven alrededor del núcleo.

El protón tiene carga positiva (+) y el electrón tiene carga negativa (-). Las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las de distinto signo se atraen.

Cuando se suministra energía a un átomo, sus electrones pueden saltar y liberarse, moviéndose a lo largo de un cuerpo. Este fenómeno se denomina electricidad.

Un átomo con el mismo número de electrones y protones tiene una carga neutra. Todos los átomos tienden a alcanzar este estado de equilibrio. Según esta carga, los cuerpos pueden ser positivos (déficit de electrones), negativos (exceso de electrones) o neutros.

En función de su capacidad para permitir el movimiento de electrones en su interior, los materiales se clasifican como:

• Conductores: Facilitan el paso de electrones.
• Semiconductores: Tienen propiedades intermedias.
• Aislantes: Dificultan o impiden el paso de electrones.

Al poner en contacto un cuerpo negativo con uno positivo, se produce un movimiento de cargas eléctricas. Convencionalmente, se dice que la corriente va de positivo a negativo, aunque en la realidad el flujo de electrones es de negativo a positivo.

Corriente Eléctrica

Se define como la circulación de electrones entre dos puntos o cuerpos con distinta carga eléctrica.

Tipos de Corriente Eléctrica

• Corriente Continua (C.C.): Los electrones libres se mueven siempre en el mismo sentido dentro del conductor. Puede ser constante o pulsante. Fuentes comunes son baterías, pilas y dinamos.
• Corriente Alterna (C.A.): El flujo de electrones cambia periódicamente de sentido en el conductor. Es generada principalmente por alternadores en las centrales eléctricas.

Carga Eléctrica

Es la cantidad de electricidad presente en un cuerpo, determinada por el exceso o defecto de electrones.

• En el Sistema Internacional (S.I.), la unidad de medida es el Culombio (C).
• 1 Culombio (C) equivale aproximadamente a 6.3 x 10¹⁸ electrones.
• Para medir cargas muy elevadas, se utiliza el Amperio-hora (Ah).
• 1 Amperio-hora (Ah) = 3600 Culombios (C).

Generación de Energía Eléctrica

La energía eléctrica se puede obtener a partir de la transformación de otras formas de energía:

• Energía Mecánica:
  • Por frotamiento (electricidad estática).
  • Por presión (efecto piezoeléctrico en materiales como el cuarzo, usado en mecheros).
• Energía Química: Mediante reacciones químicas (pilas, baterías).
• Energía Magnética: A través de la inducción electromagnética (dinamos, alternadores en centrales que usan saltos de agua, biomasa, viento, etc.).
• Energía Luminosa: Utilizando el efecto fotovoltaico (placas solares).
• Energía Calorífica: Aprovechando el calor (efecto termoeléctrico y termoiónico).

Las formas más utilizadas para la generación a gran escala son la química (almacenamiento) y, sobre todo, la magnética (producción).

Principios de Generación Detallados

Acción Química

En dispositivos como pilas y baterías, las reacciones químicas provocan que las cargas de un signo se acumulen en un electrodo (polo) y las de signo contrario en el otro. Al conectar un conductor entre ambos electrodos, el electrodo negativo cede electrones al electrodo positivo a través del circuito externo.

Acción Magnética (Inducción Electromagnética)

Al mover un conductor eléctrico dentro de un campo magnético (o mover un imán cerca de un conductor), se induce una corriente eléctrica en el conductor. Este es el principio de funcionamiento de dinamos y alternadores.

Acción de la Luz (Efecto Fotovoltaico)

Se basa en la propiedad de ciertos materiales (semiconductores) de generar una diferencia de potencial (voltaje) y, por tanto, una corriente eléctrica, cuando la luz incide sobre ellos.

Electricidad por Presión (Efecto Piezoeléctrico)

Algunos materiales, como el cuarzo, generan cargas eléctricas en sus superficies cuando se someten a presión mecánica. Este fenómeno se utiliza en encendedores piezoeléctricos. El proceso es reversible: si se aplica un voltaje al cristal, este vibra.

Electricidad por Calor

• Efecto Termoiónico: Al calentar suficientemente un material, este puede desprender electrones de su superficie (utilizado en tubos de vacío y algunas lámparas).
• Efecto Termoeléctrico (Efecto Seebeck): Al unir dos metales distintos y calentar la unión, se genera una pequeña diferencia de potencial entre los extremos fríos, produciendo un flujo de electrones.

El Sistema Eléctrico Nacional

El sistema eléctrico de un país comprende el conjunto de instalaciones y empresas cuya finalidad es generar, transportar y distribuir la energía eléctrica a los consumidores.

Niveles de Tensión de Servicio (Voltaje - V)

La electricidad se transporta y distribuye a diferentes niveles de tensión para optimizar la eficiencia y seguridad:

• Muy Alta Tensión (MAT): 420.000 V, 220.000 V. Utilizada para el transporte a largas distancias desde las centrales generadoras.
• Alta Tensión (AT): 132.000 V, 45.000 V. Para transporte regional y alimentación de grandes industrias.
• Media Tensión (MT): 35.000 V, 15.000 V, 3.000 V. Para distribución en ciudades y alimentación de transformadores locales.
• Baja Tensión (BT): 380 V (trifásica), 220 V / 230 V (monofásica). Es la tensión que llega a los hogares y pequeños comercios.