Los científicos de hoy entienden que la electricidad es uno de los fenómenos más fundamentales de la naturaleza. Los impulsos eléctricos fluyen constantemente por nuestros cuerpos, e incluso la materia misma de nuestro mundo se mantiene unida por cargas eléctricas. A pesar de esto, aún quedaba por descubrir la electricidad y existe cierta controversia sobre quién fue el primero en hacerlo.
El descubridor pudo haber sido el médico inglés William Gilbert, quien fue el primero en usar la palabra "electricus" en el año 1600. También pudo haber sido el científico inglés Thomas Browne, quien acuñó la palabra "electricidad" unos años más tarde.
A los estadounidenses les gusta creer que fue el inventor Benjamin Franklin, quien demostró que los rayos eran electricidad en 1752. Incluso hay pruebas que demuestran que los antiguos griegos y persas conocían la electricidad. Quien se lleve el premio, seguro que descubrió la electricidad CC (corriente continua). La electricidad CA (corriente alterna) no apareció hasta el siglo XIX.
¿Qué es la electricidad de CC?
Los científicos visualizan la electricidad como el flujo de partículas cargadas negativamente llamadas electrones. Son las mismas partículas que orbitan los núcleos de todos los átomos que constituyen la materia.
Las dos leyes fundamentales de la electricidad son que los opuestos se atraen y lo similar repele lo similar. En consecuencia, los electrones fluirán hacia un terminal positivo y se alejarán de uno negativo. El flujo ocurre solo en una dirección y la fuerza del flujo, o corriente, depende de la diferencia de carga entre los dos terminales. Esta diferencia es el voltaje entre los terminales.
En ausencia de una entrada externa, los electrones se acumularán en el terminal positivo y reducirán la diferencia de potencial entre los dos terminales y, finalmente, el flujo se detendrá.
Ejemplos de corriente continua
Quizás el ejemplo más conocido de flujo de corriente continua es un rayo. Probar que los rayos son un fenómeno eléctrico fue el verdadero logro de Benjamin Franklin. Franklin voló una cometa en una tormenta y colocó una llave en la cuerda de la cometa. Cuando la llave se cargó eléctricamente y le dio una leve descarga, se sintió eufórico. Había demostrado que la carga eléctrica se acumula en las nubes y que los rayos son una descarga de esta energía eléctrica en un destello momentáneo de corriente continua.
Una batería es otra fuente común de electricidad de CC. Consiste en un par de terminales con carga opuesta, y cuando conecta los terminales con un conductor, la electricidad fluye desde el terminal negativo (el cátodo) al positivo (el ánodo).
La diferencia de carga en una batería generalmente se obtiene mediante un proceso químico en su núcleo, y este proceso solo puede continuar durante un tiempo limitado. Si sigue extrayendo energía de una batería, eventualmente deja de producir carga y se agota.
¿Qué es la electricidad de CA?
El físico inglés Michael Faraday descubrió la inducción electromagnética en 1831 cuando descubrió que podría generar una corriente eléctrica en una bobina de alambre conductor moviendo un imán hacia adelante y hacia atrás dentro del bobina.
Fundamentalmente, Faraday notó que la corriente cambiaba de dirección cada vez que cambiaba la dirección del imán. El fabricante de instrumentos francés Hippolyte Pixii utilizó este descubrimiento para construir el primer generador de corriente alterna en 1832.
La electricidad de CA siempre se produce mediante un generador de inducción del tipo construido por Pixii, aunque los generadores modernos son mucho más sofisticados que la máquina de Pixii. El generador puede emplear imanes giratorios o puede tener una bobina giratoria, pero siempre hay algo tipo de rotación involucrada, y el período de la rotación define con qué frecuencia cambia la corriente dirección.
Debido a que cambia de dirección, la electricidad de CA tiene una frecuencia asociada, que es la cantidad de veces por segundo que se invierte.
Ejemplos de corriente alterna
No tiene que buscar muy lejos para encontrar ejemplos de electricidad CA. Las luces de la habitación en la que está sentado, así como el aire acondicionado, el calentador eléctrico y todos los electrodomésticos, funcionan con corriente alterna, que se genera en su central eléctrica local.
La mayoría de las centrales eléctricas utilizan vapor generado por combustibles fósiles, fisión nuclear o procesos geotérmicos para hacer girar una turbina. La turbina genera electricidad por inducción electromagnética y la velocidad de rotación se regula cuidadosamente para producir electricidad con una frecuencia fija. En América del Norte, la frecuencia es de 60 Hz (ciclos por segundo), pero en la mayor parte del resto del mundo, es de 50 Hz.
Los molinos de viento son fuentes de energía renovable que también generan electricidad de CA, pero dependen del viento para hacer girar sus turbinas en lugar de los combustibles fósiles o el combustible nuclear. Algunos generadores de olas también tienen turbinas que producen energía CA. Cuando las olas comprimen un sistema hidráulico o una bolsa de aire encerrada, la energía almacenada se utiliza para hacer girar una turbina.
Diferencias entre CA y CC
En el mundo electrificado del siglo XXI, es difícil imaginar una época en la que no hubiera electricidad, pero esa época no fue hace mucho. A fines del siglo XIX, se inventó la bombilla, pero no había forma de generar energía y llevarla a los hogares para que la gente pudiera usar el nuevo invento.
Thomas Edison, quien ayudó a desarrollar y comercializar bombillas, estaba a favor de una red de CC que generaran estaciones, mientras que Nikola Tesla, un inventor serbio y ex empleado de Edison, favoreció a AC generadores. Tesla ganó, y estas son algunas de las razones:
- A los voltajes necesarios para el uso de electricidad a gran escala, la electricidad de CA se puede transmitir más a lo largo de las líneas eléctricas con menos caída de voltaje. Si Edison hubiera prevalecido y la electricidad de CC se hubiera convertido en el estándar, habría tenido que haber centrales eléctricas a una milla una de la otra. Tesla, por otro lado, pudo alimentar toda la ciudad de Buffalo, Nueva York, con un solo generador de inducción colocado debajo de las Cataratas del Niágara.
- La generación de energía CA es más barata. Un generador hidroeléctrico como el de las Cataratas del Niágara puede generar electricidad a partir de un proceso natural. No se necesita ninguna otra entrada.
- El voltaje de la alimentación de CA se puede modificar con un transformador. En el momento de Tesla y Edison, esto no era posible con corriente continua. Hoy, sin embargo, hay transformadores disponibles que emplean circuitos internos o inversores para alterar el voltaje de la corriente continua.
Cambio de CA a CC y viceversa
Aunque la electricidad que llega a través de las líneas eléctricas es de CA, los equipos electrónicos a menudo requieren electricidad de CC. En un diagrama de circuito, el símbolo de corriente continua es una línea recta con tres puntos o líneas debajo, mientras que el de la corriente alterna es una sola línea ondulada. Para convertir la corriente CA en CC, los especialistas en electrónica suelen utilizar un componente de circuito llamado diodo o rectificador. Pasa corriente en una sola dirección, creando así una señal de CC pulsante desde una fuente de corriente de CA.
La herramienta para convertir corriente CC en CA se llama inversor. Utiliza transistores, que son componentes de circuito que pueden encenderse y apagarse muy rápidamente, para dirigir la corriente a lo largo de una serie de circuitos. caminos que efectivamente cambia su dirección a través de un par de terminales centrales, que es la parte del circuito al que se conecta la CA carga. Los inversores se utilizan en vehículos eléctricos. También se utilizan en sistemas fotovoltaicos para convertir la electricidad de CC generada por paneles solares en corriente CA para su uso en el hogar.