LEY DE CARGAS ELÉCTRICAS.

La electricidad es una de las principales formas de energía usadas en el mundo actual. Sin ella no existiría la iluminación conveniente, ni comunicaciones de radio y televisión, ni servicios telefónicos, y las personas tendrían que prescindir de aparatos eléctricos que ya llegaron a constituir parte integral del hogar.
Además, sin la electricidad el transporte no sería lo que es en la actualidad. De hecho, puede decirse que la electricidad se usa en todas partes.
La electricidad es una manifestación de la materia, producida por el átomo y sus pequeñas partículas llamadas electrones y protones. Estas partículas son demasiado pequeñas para verlas, pero existen en todos los materiales.
El átomo está formado por tres tipos de partículas: electrones, protones y neutrones. Los protones y neutrones se localizan en el centro o núcleo del átomo y los electrones giran en órbita alrededor del núcleo.

El protón tiene carga positiva.

El electrón tiene carga negativa.
La carga de un electrón o un protón se llama electrostática. Las líneas de fuerza asociadas en cada partícula producen un campo electrostático. Debido a la forma en que interactúan estos campos, las partículas pueden atraerse o repelerse entre sí. La ley de las cargas eléctricas dice que las partículas que tienen cargas iguales se repelen y las que tienen cargas opuestas se atraen.

IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD EN LA VIDA DEL HOMBRE.

Electricidad en el hogar
El uso de la electricidad en la vida moderna es imprescindible. Difícilmente una sociedad puede concebirse sin el uso de la electricidad.
La industria eléctrica, a través de la tecnología, ha puesto a la disposición de la sociedad el uso de artefactos eléctricos que facilitan las labores del hogar, haciendo la vida más placentera.
Las máquinas o artefactos eléctricos que nos proporcionan comodidad en el hogar, ahorro de tiempo y disminución en la cantidad de quehaceres, se denominan electrodomésticos.
Entre los electrodomésticos más utilizados en el hogar citaremos: cocina eléctrica, refrigerador, tostadora, microonda, licuadora, lavaplatos, secador de pelo, etc.
Existe también otro tipo de artefactos que nos proporcionan entretenimiento, diversión, y que son también herramientas de trabajo y fuentes de información como: el televisor, el equipo de sonido, los video juegos, las computadoras, etc.

Electricidad en la comunidad
La electricidad en la comunidad se manifiesta, entre otros, a través de: alumbrado público en plazas, parques, autopistas, túneles, carreteras, etc., con el fin de proporcionar seguridad y visibilidad a los peatones y mejor desenvolvimiento del tráfico automotor en horas nocturnas; los semáforos en la vía pública permiten regular y controlar el flujo de vehículos.
También en los medios de comunicación apreciamos la importancia de la electricidad, ya que el funcionamiento de la radio, televisión, cine, la emisión de la prensa, etc. depende en gran parte de este tipo de energía.
Desde que la electricidad fue descubierta, siempre estuvo al servicio de la medicina a través de los distintos instrumentos y máquinas usadas en esta área (equipos para radiaciones de cobalto, equipos de rayos X, equipos para tomografías, equipos para electrocardiogramas, etc.), y ha contribuido a numerosos avances en la ciencia e investigación.
Diversas herramientas y maquinarias que funcionan con electricidad son empleadas en nuestra comunidad para reparar o acondicionar nuestras urbanizaciones.

Electricidad en la industria
La necesidad de aumentar la producción de bienes a un mínimo costo obligó a reemplazar la mano de obra por maquinarias eficientes. Esto pudo llevarse a cabo en forma masiva a raíz del desarrollo de los motores eléctricos.
En una empresa de bebidas gaseosas podemos observar como las correas transportadoras llevan las botellas a las máquinas llenadoras tapadoras para ser llenadas y luego son transportadas para ser empacadas, estas máquinas necesitan energía eléctrica para su operación.
 
Fuentes de energía en la naturaleza
En la naturaleza encontramos la electricidad atmosférica, manifestándose a través del rayo. Este fenómeno natural contiene gran carga eléctrica y al acercarse a la tierra se transforma en energía calórica y luminosa.

Energía hidroeléctrica.

Ya conocemos que las nubes están formadas por un número inmenso de pequeñas gotas de agua, que forman grandes masas suspendidas en el aire.
El roce de una nube con otra, o con los picos de las grandes montañas, puede hacer que éstas adquieran una carga eléctrica extraordinaria.
La nube cargada de electricidad puede ejercer sobre otras nubes, o sobre las porciones más elevadas del suelo, fenómenos de influencia, haciendo que la atracción entre cargas opuestas produzca una descarga violenta.
De este modo se produce el rayo, con la consiguiente manifestación de luminosidad, que es el relámpago, y el ruido producido por la rotura de las capas de aire que constituye el trueno.
En la naturaleza existen diversas fuentes de energía y para convertirlas en electricidad es necesario crear el sistema apropiado para cada fuente. Estas fuentes de energía son de dos tipos: No Renovables (petróleo, gas, carbón, uranio, plutonio, etc.) y Renovables (agua, luz solar, calor, viento, etc.)



Electroscopio
Es un aparato utilizado en los laboratorios de Física, que sirve para poner de manifiesto la presencia de cargas eléctricas, y determinar si su naturaleza es de carga negativa o positiva. Para medir cargas eléctricas muy pequeñas, se utiliza el llamado electroscopio de Volta.

ACTIVIDAD:

Elabora un cuadro sinóptico y plasma el uso de la energia en la vida del hombre.

CRONOLOGÍA DE LA ELECTRICIDAD.

Cronología: Historia de la electricidad

600 antes de Cristo - Electricidad estática Alrededor de esta fecha Tales de Mileto (630-550 antes de Cristo) descubre la electricidad estática, al darse cuenta de que al frotar el ámbar éste posee la propiedad de atraer algunos objetos. 310 antes de Cristo - Primer tratado de electricidad El filósofo griego Theophrastus (374-287 antes de Cristo) escribe el primer tratado donde se estable que existen varias sustancias, aparte del ámbar, que poseen la propiedad de atraer objetos al ser frotadas. Así deja constancia en lo que sería el primer estudio científico sobre la electricidad.

1600 - Estudios sobre electrostática y magnetismo La Reina Elizabeth I ordena al Físico Real Willian Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las brújulas usadas en la navegación, siendo este trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y el Magnetismo. Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar. El Gilbert es la unidad de medida de la fuerza magnetomotriz.

1670 - Teoría ondulatoria de la luz
El científico alemán Huygens describe la teoría de ondas de la luz.
Demostró que las leyes de la reflexión y de la refracción podían explicarse perfectamente según la teoría ondulatoria, pero el predicamento del cual gozaba la teoría corpuscular (apoyada por Newton) impide su aceptación.

1672 - Máquina electrostática El Físico Alemán Otto von Guericke (1602-1686) desarrolló la primera máquina electrostática para producir cargas eléctricas. Máquina que consiste de una esfera de azufre torneada, con una manija a través de la cual, la carga es inducida al posar la mano sobre la esfera.

1673 - Polaridad de las cargas eléctricas
El francés Francois de Cisternay Du Fay fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas: Negativa (-) y Positiva (+)

1745 - Nacimiento de Alessandro Volta (1745 - 1827) Físico italiano, descubrió accidentalmente el Efecto Volta, que lleva en su honor dicho nombre, que le permitió construir una pila eléctrica. La Tensión de Volta es la diferencia de potencial existente en la superficie de contacto de dos metales distintos. Este fenómeno (efecto Volta) se aprovecha para producir corriente eléctrica por medio de una pila construida de placas de cinc y cobre intercaladas con tela empapada en salmuera.

1745 - Condensador eléctrico Se desarrolla lo que daría paso al Condensador Eléctrico, la botella de Leyden por E. G. Von Kleist y Pieter Van Musschenbroeck (1692-1761) en la Universidad de Leyden, con esta botella se almacenó por primera vez electricidad estática. La botella de Leyden es un condensador eléctrico de capacidad fija constituido por una botella de vidrio en la que dicho material desempeña el papel de dieléctrico y los electrodos, de papel de estaño, están colocados dentro y fuera de la botella.

1800 - Pila eléctrica de Volta Alessandro Volta inventa la primer pila gracias a los estudios realizados sobre la diferencia de potencial existente en la superficie de contacto de dos metales distintos. Este fenómeno (efecto Volta) se aprovecha para producir corriente eléctrica por medio de una pila construida de placas de cinc y cobre intercaladas con tela empapada en salmuera. Al abrir unas ranas muertas durante una clase de anatomía, un alumno vio como se movían. Volta demostró que el bisturí de acero y la bancada de zinc donde estaban apoyadas las ranas, formaban una pila rudimentaria cuya corriente causaba la contracción de los músculos de las ranas.

1821 - Motor eléctrico rudimentario de Faraday (1745 - 1827) Michael Faraday, científico inglés, ideó un ingenio en el cual un alambre con corriente giraba alrededor de un imán; transformaba pues la electricidad en movimiento mecánico.

1831 - Motor eléctrico funcional
El científico norteamericano, Joshep Henry fabricó el primer motor eléctrico funcional que utilizaba la corriente de una pila.

1831 - Dinamo de Faraday En este año, el científico inglés Michael Faraday llevo a cabo experimentos que demostraron que un imán en movimiento inducía una corriente en un alambre. Había demostrado que se podía producir electricidad sin sustancias químicas. Anteriormente a esta fecha, la única fuente de donde se podía obtener energía eléctrica era de una pila. Los principios esbozados por Faraday, llevaron a la invención de la dinamo.

1831 - Transformador de Faraday Siguiendo en sus experimentos con electricidad, Michael Faraday enrolló dos bobinas de alambre en un anillo de hierro. Cuando conectaba una bobina a una pila, pasaba una corriente por la otra (no conectada). Al desconectarla, se generaba otro impulso en la segunda bobina. Había inventado el transformador.

1831 - Nacimiento de Maxwell
El físico James Clark Maxwell nace en escocia.

Fue el primero en exponer la teoría electromagnética de la luz.
1873 - Velocidad de las ondas electromagnéticas
En esta fecha, el físico escocés Maxwell (1831-1879) demuestra que un circuito eléctrico oscilante irradia ondas electromagnéticas cuya velocidad es muy próxima a la velocidad de la luz; con lo cual vuelve a tomar fuerza la teoría de la forma ondulatoria de la misma.

Este resultado indujo a creer que la luz consistía en una radiación de ondas electromagnéticas.

Sin embargo, la teoría ondulatoria no puede explicar la emisión de fotones que, en cambio, era explicable mediante la teoría corpuscular.

La unidad del flujo magnético en el sistema CGS (Maxwell) lleva ese nombre en honor a este científico.

1876 - Teléfono de Bell Alexander Graham Bell inventó el teléfono mientras buscaba la manera de enviar diversos mensajes telegráficos simultáneos a través de un mismo cable. Las primeras palabras que se oyeron a través del mismo, fueron las que exclamó al verter ácido de batería sobre sus pantalones; reclamó la ayuda de su asistente: "... ven, te necesito!"

1878 - Micrófono El norteamericano David Hughes fue el primero en acuñar la palabra micrófono, aunque el teléfono de Bell empleara un dispositivo similar. Hughes descubrió que los contactos eléctricos sueltos eran sensibles a vibraciones como las del sonido. Construyó un rudimentario micrófono para demostrar cómo era posible transformar el sonido en corriente eléctrica.

1879 - Lámpara eléctrica incandescente de Edison El principio del funcionamiento de la lámpara eléctrica se conocía mucho antes de que se crease una lámpara realmente operativa. El vacío imperfecto de las primeras bombillas hacía que los filamentos se quemasen rápidamente debido al aire. Edison, utilizando una nueva bomba de vacío neumática, produjo una lámpara resistente y comercialmente viable provista de un filamento de carbono.

1905 - Naturaleza de la luz
Albert Einstein postula que la energía de un haz luminoso está concentrada en pequeños paquetes o fotones (en lugar de estar distribuida por el espacio en los campos eléctricos y magnéticos de una onda electromagnética).

Con este postulado se logra explicar el efecto fotoeléctrico; el descubrimiento del efecto Compton confirma la hipótesis.
 

1.1.- ANTECEDENTES DE LA ELECTRICIDAD.

Historia de la electricidad y sus personajes.

ORIGEN DE LA ELECTRICIDAD La electricidad es una forma de energía que sólo se puede apreciar por los efectos que produce. La electricidad existe en todo: en nuestro cuerpo, en el aire que respiramos, en el libro que leemos, en los objetos, etc. El estudio de la electricidad en reposo recibe el nombre de electrostática y el estudio de la electricidad en movimiento se llama electrodinámica. CONCEPTO Esta palabra deriva de la voz griega elektron, que significa ámbar. Toda sustancia se compone de pequeñísimas partículas denominadas átomos. HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD Thales de Miletus (630−550 AC) fue el primero, que cerca del 600 AC, conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos. Sin embargo fue el filósofo Griego Theophrastus (374−287 AC) el primero, que en un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad. En 1600, la Reina Elizabeth I ordena al Físico Real Willian Gilbert (1544−1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las Brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo. Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar. Gilbert es la unidad de medida de la fuerza magnetomotriz. En 1752, Benjamín Franklin (1706−1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos. Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. Invento el pararrayos. En 1780 inventa los lentes Bifocales. En 1776, Charles Agustín de Coulomb (1736−1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Coulomb es la unidad de medida de Carga eléctrica. En 1800, Alejandro Volta (1745−1827) construye la primera celda Electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Físico Italiano Luigi Galvani 1737−1798) sobre las corrientes nerviosas−eléctricas en las ancas de ranas.   Galvani propuso la teoría de la Electricidad Animal, lo cual contrarió a Volta, quien creía que las contracciones musculares eran el resultado del contacto de los dos metales con el músculo. Sus investigaciones posteriores le permitieron elaborar una celda química capaz de producir corriente continua, fue así como desarrollo la Pila. Volt es la unidad de medida del potencial eléctrico (Tensión). Desde 1801 a 1815, Sir Humphry Davy (1778−1829) desarrolla la electroquímica (nombre asignado por él mismo), explorando el uso de la pila de Volta o batería, y tratando de entender como ésta funciona. En 1801 observa el arco eléctrico y la incandescencia en un conductor energizado con una batería. Entre 1806 y 1808 publica el resultado de sus investigaciones sobre la electrólisis, donde logra la separación del Magnesio, Bario, Estroncio, Calcio, Sodio, Potasio y Boro. En 1807 fabrica una pila con más de 2000 placas doble, con la cual descubre el Cloro y demuestra que es un elemento, en vez de un ácido. En 1815 inventa la lámpara de seguridad para los mineros. Sin ningún lugar a duda, el descubrimiento más importante lo realiza ese mismo año, cuando descubre al joven Michael Faraday y lo toma como asistente. En 1819, El científico Danés Hans Christian Oersted (1777−1851) descubre el electromagnetismo, cuando en un experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltaica, se movió. Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la Electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la Reluctancia Magnética. En 1823, Andre−Marie Ampere (1775−1836) establece los principios de la electrodinámica, cuando llega a la conclusión de que la Fuerza Electromotriz es producto de dos efectos: La tensión eléctrica y la corriente eléctrica. Experimenta con conductores, determinando que estos se atraen si las corrientes fluyen en la misma dirección, y se repelen cuando fluyen en contra. Ampere produce un excelente resultado matemático de los fenómenos estudiados por Oersted. Ampere es la unidad de medida de la corriente eléctrica. En 1826, El físico Alemán Georg Simon Ohm (1789−1854) fue quien formuló con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm. Ohm es la unidad de medida de la Resistencia Eléctrica. R= V / I                     Ohm = Volt / Amper En 1831, Michael Faraday (1791−1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la Física y Química. A pesar de su baja preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento. Faradio es la unidad de medida de la Capacitancia Eléctrica. La tensión inducida en la bobina que se mueve en campo magnético no uniforme fue demostrada por Faraday. En 1835, Simule F.B. Morse (1791−1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información, El Telégrafo. En 1835 construye el primer telégrafo. En 1837 se asocia con Henry y Vail con el fin de obtener financiamiento del Congreso de USA para su desarrollo, fracasa el intento, prosigue solo, obteniendo el éxito en 1843, cuando el congreso le aprueba el desarrollo de una línea de 41 millas desde Baltimor hasta el Capitolio en Washington D.C. La cual construye en 1844. En 1840−42, James Prescott Joule (1818−1889) Físico Inglés, quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el científico Alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821−1894), quien definió la primera ley de la termodinámica demostraron que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que la Electricidad era una forma de Energía. Adicionalmente, Joule inventó la soldadura eléctrica de arco y demostró que el calor generado por la corriente eléctrica era proporcional al cuadrado de la corriente. Joule es la unidad de medida de Energía. En 1845, Gustav Robert Kirchhoff (1824−1887) Físico Alemán a los 21 años de edad, anunció las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes eléctricas. Conocidas como Leyes de Kirchhoff I y II. Estableció las técnicas para el análisis espectral, con la cual determinó la composición del sol. En 1854, El matemático Inglés William Thomson (Lord Kelvin) (1824−1907, con su trabajo sobre el análisis teórico sobre transmisión por cable, hizo posible el desarrollo del cable transatlántico. En 1851 definió la Segunda Ley de la Termodinámica. En 1858 Inventó el cable flexible. Kelvin es la unidad de medida de temperatura absoluta. En 1870, James Clerk Maxwell (1831−1879) Matemático Inglés formuló las cuatro ecuaciones que sirven de fundamento de la teoría Electromagnética. Dedujo que la Luz es una onda electromagnética, y que la energía se transmite por ondas electromagnéticas a la velocidad de la Luz Maxwell es la unidad del flujo Magnético. En 1879, el Físico Inglés Joseph John Thomson (1856−1940) demostró que los rayos catódicos estaban constituido de partículas atómicas de carga negativas la cual el llamó ¨Corpúsculos¨ y hoy en día los conocemos como Electrones. En 1881, Thomas Alva Edison (1847−1931) produce la primera Lámpara Incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas. En 1881 desarrolló el filamento de bambú con 1.7 lúmenes por vatios. En 1904 el filamento de tungsteno con una eficiencia de 7.9 lúmenes por vatios. En 1910 la lámpara de 100 w con rendimiento de 10 lúmenes por vatios. Hoy en día, las lámparas incandescentes de filamento de tungsteno de 100 w tienen un rendimiento del orden de 18 lúmenes por vatios. En 1882 Edison instaló el primer sistema eléctrico para vender energía para la iluminación incandescente, en los Estados Unidos para la estación Pearl Street de la ciudad de New York. El sistema fue en CD tres hilos, 220−110 v con una potencia total de 30 kw. En 1884, Heinrich Rudolf Hertz (1847−1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell y las reescribió, en la forma que hoy en día es conocida. En 1888 Hertz recibió el reconocimiento por sus trabajos sobre las Ondas Electromagnéticas: propagación, polarización y reflexión de ondas. Con Hertz se abre la puerta para el desarrollo de la radio. Hertz es la unidad de medida de la frecuencia. ACTIVIDAD: 1.- ELABORA UNA LINEA DE TIEMPO DE LA ELECTRICIDAD.