1.    LECTRICIDAD Y ELECTROMAGNETISMO

1.1 LA ELECTRICIDAD

 Es una propiedad física manifestada a través de la atracción o del rechazo que ejercen entre sí las distintas partes de la materia. El origen de esta propiedad se encuentra en la presencia de componentes con carga negativa (denominados protones) y otros con carga positiva (los electrones).

La electricidad, por otra parte, es el nombre que recibe una clase de energía que se basa en dicha propiedad física y que se manifiesta tanto en movimiento (la corriente) como en estado de reposo (la estática). Como fuente energética, la electricidad puede usarse para la iluminación o para producir calor, por ejemplo.

No sólo el hombre genera electricidad manipulando distintos factores: la naturaleza produce esta energía en las tormentas, cuando la transferencia energética que se produce entre una parte de la atmósfera y la superficie del planeta provoca una descarga de electricidad en forma de rayo. La electricidad natural también se halla en el funcionamiento biológico y permite el desarrollo y la actividad del sistema nervioso.

1.1.1 CARGA ELÉCTRICA

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión. La carga se origina en el átomo, el cual está compuesto de partículas subatómicas como el electrón y el protón.  La carga puede transferirse entre los cuerpos por contacto directo, o al pasar por un material conductor, como un cable. El término electricidad estática hace referencia a la presencia de carga en un cuerpo, por lo general causado por dos materiales distintos que se frotan entre sí, transfiriéndose carga uno al otro.

La presencia de carga da lugar a la fuerza electromagnética: una carga ejerce una fuerza sobre las otras, un efecto que era conocido en la antigüedad, pero no comprendido. Una bola liviana, suspendida de un hilo, podía cargarse al contacto con una barra de vidrio cargada previamente por fricción con un tejido. Se encontró que si una bola similar se cargaba con la misma barra de vidrio, se repelían entre sí. Este fenómeno fue investigado a finales del siglo XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que dedujo que la carga se manifiesta de dos formas opuestas. Este descubrimiento trajo el conocido axioma "objetos con la misma polaridad se repelen y con diferente polaridad se atraen".

1.1.2 CORRIENTE ELÉCTRICA

Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de cargas eléctricas. La corriente puede estar producida por cualquier partícula cargada eléctricamente en movimiento; lo más frecuente es que sean electrones, pero cualquier otra carga en movimiento se puede definir como corriente.48 Según el Sistema Internacional, la intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo símbolo es A.

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó como sentido convencional de circulación de la corriente el flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Más adelante se observó, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y que se desplazan en sentido contrario al convencional. Lo cierto es que, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir de un flujo de partículas cargadas en una dirección, o incluso en ambas direcciones al mismo tiempo. La convención positivo-negativa es ampliamente usada para simplificar esta situación.

El proceso por el cual la corriente eléctrica circula por un material se llama conducción eléctrica, y su naturaleza varía dependiendo de las partículas cargadas y el material por el cual están circulando. Son ejemplos de corrientes eléctricas la conducción metálica, donde los electrones recorren un conductor eléctrico, como el metal, y la electrólisis, donde los iones (átomos cargados) fluyen a través de líquidos. Mientras que las partículas pueden moverse muy despacio, algunas veces con una velocidad media de deriva de sólo fracciones de milímetro por segundo, el campo eléctrico que las controla se propaga cerca a la velocidad de la luz, permitiendo que las señales eléctricas se transmitan rápidamente por los cables.

La corriente produce muchos efectos visibles, que han hecho que se reconozca su presencia a lo largo de la historia. En 1800, Nicho son y Carlisle descubrieron que el agua podía descomponerse por la corriente de una pila voltaica en un proceso que se conoce como electrólisis; trabajo que posteriormente fue ampliado por Michael Faraday en 1833.52 La corriente a través de una resistencia eléctrica produce un aumento de la temperatura, un efecto que James Prescott Joule estudió matemáticamente en 1840 (ver efecto Joule).

1.1.3 GENERADORES

Hay distintos tipos, que se diferencian entre otras características en el valor de la tensión que son capaces de proporcionar. Dicho valor se llama voltaje o tensión y se mide en voltios.

Los generadores también se diferencian en el tipo de energía que utilizan para generar la corriente (es decir, mantener la diferencia de potencial). Así por ejemplo, mientras que las pilas y baterías emplean energía química, los alternadores y dinamos utilizan energía mecánica.

Pilas, generan corrientes eléctricas a partir de las reacciones químicas que se producen entre sus elementos básicos: cátodo (electrodo negativo) y ánodo (electrodo positivo) y electrolito.

Baterías, son asociaciones de dos o más pilas en serie.

Acumuladores, pilas o baterías en las que, al agotarse las sustancias activas que producen energía eléctrica, pueden recuperarse de nuevo al pasar una corriente eléctrica de sentido contrario, proporcionada por un generador exterior.

1.1.4 PRECACUCIONES

La mayoría de las pilas están fabricadas con metales pesados y son, por tanto, muy contaminantes. Las pilas de botón son las más contaminantes de todas, ya que utilizan mercurio en su fabricación. Todas las pilas en general, no deben nunca echarse a la basura, sino devolverlas una vez gastadas a los mismos establecimientos o depositarlas en recipientes especiales. Las pilas cilíndricas y de petaca no son tan contaminantes. No obstante, siempre es conveniente leer el etiquetado de las mismas en cada caso.

1.1.5 CONDUCTORES Y ASILANTES

Los conductores, son aquellos materiales que dejan pasar la corriente eléctrica con facilidad o que pueden ofrecer poca resistencia a su paso. Ejemplos: cobre, plata, aluminio… Se pueden presentar en forma de hilos (Ǿ< 4mm), varillas (Ǿ> 4mm), cables (formados por hilos de poca sección) y pletinas.

Los aislantes, son materiales que no dejan pasar o que permiten el paso de muy poca cantidad de corriente eléctrica. Ejemplo: mica, porcelana, vidrio…

1.1.6 RECEPTORES

Lámparas de incandescencia, consisten en una ampolla de vidrio rellena de gas (argón, nitrógeno) y un filamento de tungsteno, que se pone incandescente con el paso de corriente. Aproximadamente el 90% de la energía consumida se transforma 4en energía calorífica.

Lámparas fluorescentes, contiene un gas encerrado en un tubo, que tiene sus paredes interiores recubiertas de fósforo. Cuando se conecta la corriente, el gas se ioniza; es decir, desprende electrones que chocan contra las paredes de fósforo haciendo que se iluminen.

Timbre, es un elemento acústico que emite un sonido cuando se le aplica una tensión. Está formado por un electroimán que atrae una barra metálica, en uno de cuyos extremos se encuentra un martillo que golpea una campana. El otro extremo de la barra funciona como interruptor, cerrando el circuito cuando el timbre se encuentra en reposo y abriéndolo cuando es atraído por el electroimán.

1.1.7 ELEMENTOS DE MANIOBRA Y CONTROL

 Interruptores, dispositivo que sirve para permitir o cortar el paso de corriente eléctrica a través de un circuito son modificarla. Está constituido por dos láminas metálicas sujetas a una base aislante, que mediante presión o deslizamiento, se unen o separan. Se recubren con material aislante.

Pulsadores, dispositivo que cuando se oprime permite el paso de corriente, y cuando se deja de oprimir, la interrumpe (puede ser al revés). Están constituidos por un soporte aislante, donde se encuentran los bornes de conexión y una parte móvil, en la que se sitúa una lámina metálica y un muelle que permite el retorno a la posición de reposo del pulsador.

Conmutador, es un interruptor doble que actúa sobre dos circuitos, encendiendo uno y apagando el otro, o viceversa.

Llave de cruce, interruptor de cuatro contactos, conectados dos a dos, de manera que al cambiar las conexiones cambia el sentido de la corriente.

1.1.8 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

Fusibles, conectados en serie en la instalación eléctrica. Están formados por un hilo de cobre, normalmente de sección menor que el resto de conductores. Si la corriente es excesiva, el hilo se funde.

Automáticos, elementos que limitan el paso de corriente.

Diferenciales, elementos que actúan desactivando el circuito cuando se produce una derivación de corriente eléctrica a través de una persona a tierra.

1.2 TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA

1.2.1 CORRIENTE CONTINUA

Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada por una pila o batería.

Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.

1.2.2 CORRIENTE ALTERNA

La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en eléctrica.

El mecanismo que lo constituye es un elemento giratorio llamado rotor, accionado por una turbina el cual al girar en el interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminales de salida un determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente alterna (a).

1.3 CAMPO ELÉCTRICO

El concepto de campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday. Un campo eléctrico se crea por un cuerpo cargado en el espacio que lo rodea, y produce una fuerza que ejerce sobre otras cargas que están ubicadas en el campo. Un campo eléctrico actúa entre dos cargas de modo muy parecido al campo gravitacional que actúa sobre dos masas, y como tal, se extiende hasta el infinito y su valor es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.42 Sin embargo, hay una diferencia importante: Mientras la gravedad siempre actúa como atracción, el campo eléctrico puede producir atracción o repulsión. Si un cuerpo grande como un planeta no tiene carga neta, el campo eléctrico a una distancia determinada es cero. Por ello la gravedad es la fuerza dominante en el universo, a pesar de ser mucho más débil.

Un campo eléctrico varía en el espacio, y su fuerza en cualquier punto se define como la fuerza (por unidad de carga) que se necesita para que una carga esté inmóvil en ese punto. La carga de prueba debe de ser insignificante para evitar que su propio campo afecte el campo principal y también debe ser estacionaria para evitar el efecto de los campos magnéticos. Como el campo eléctrico se define en términos de fuerza, y una fuerza es un vector, entonces el campo eléctrico también es un vector, con magnitud y dirección. Específicamente, es un campo vectorial.

El motor eléctrico aprovecha un efecto importante del electromagnetismo: una corriente a través de un campo magnético experimenta una fuerza en el mismo ángulo del campo y la corriente.

1.4 POTENCIAL ELÉCTRICO

El concepto de potencial eléctrico tiene mucha relación con el campo eléctrico. Una carga pequeña ubicada en un campo eléctrico experimenta una fuerza, y para haber llevado esa carga a ese punto en contra de la fuerza se necesitó trabajo. El potencial eléctrico en cualquier punto se define como la energía requerida para mover una carga de prueba ubicada en el infinito a ese punto.54 Por lo general se mide en voltios, donde un voltio es el potencial en el que un julio (unidad) de trabajo debe gastarse para traer una carga de un culombio del infinito. Esta definición formal de potencial tiene una aplicación práctica, aunque un concepto más útil es el de diferencia de potencial, y es la energía requerida para mover una carga entre dos puntos específicos. El campo eléctrico tiene la propiedad especial de ser conservativo, es decir que no importa la trayectoria realizada por la carga de prueba; todas las trayectorias de dos puntos específicos consumen la misma energía, y además con un único valor de diferencia de potencial.

1.5 EL CIRCUITO ELÉCTRICO ELEMENTAL.

El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas.

1.6 CIRCUITO ELEMENTAL

Las cargas eléctricas que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje o tensión entre los extremos de un conductor, se necesita un dispositivo llamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica.

1.7 TIPOS DE ELECTRICIDAD

1.7.1  ELECTRICIDAD ESTÁTICA

 Palabra "estático" significa falto de movimiento. Por lo tanto, la electricidad estática es una carga eléctrica sin movimiento. Todos los materiales están hechos de átomos. Un átomo es la partícula más pequeña de un material que todavía conserva las propiedades de dicho material. Cada átomo está formado por un núcleo con carga positiva alrededor del cual se mueven uno o más electrones negativos. En reposo, la carga positiva del núcleo es igual a la suma de las cargas negativas de todos los electrones que giran a su alrededor. Esto significa que la carga es. Si el núcleo gana o pierde electrones, se produce un desequilibrio. Un átomo que pierde uno o más electrones pasa a tener carga positiva, mientras que un átomo que gana uno o más electrones pasa a tener carga negativa, y se conoce como ión (véase la figura 2). Solo existen dos tipos de carga: positiva y negativa. Los átomos que tienen el mismo tipo de carga se repelen, mientras que los que tienen cargas opuestas se atraen.

1.7.2 CÓMO SE GENERA LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA

La electricidad estática es un fenómeno de las superficies que se genera cuando dos o más cuerpos entran en contacto y se separan de nuevo. Esta acción da lugar a una separación o transferencia de electrones negativos de un átomo a otro. El nivel de carga (la fuerza del campo) depende de varios factores: el material y sus propiedades físicas y eléctricas, la temperatura, la humedad, la presión y la velocidad de separación. Cuanto mayor es la presión o la velocidad de separación, mayor es la carga (véase la figura 3).

La carga electrostática es mayor durante los meses de invierno debido a la baja humedad. Cuando la humedad relativa es alta, algunos materiales pueden absorberla y, como consecuencia, su superficie puede volverse semiconductora. Debido a la transformación de la superficie en (semi)conductiva, la carga electrostática permanece a niveles bajos o puede incluso llegar a desaparecer. La serie triboeléctrica contiene numerosos materiales (véase la figura 4). Cuando se produce fricción, esos materiales pasan a tener una carga positiva o negativa. La magnitud y la polaridad de la carga dependen de la posición del material en la serie.

1.7.3 MATERIALES CONDUCTIVOS Y NO CONDUCTIVOS (AISLANTES)

Los materiales pueden dividirse en dos grupos básicos: conductores y aislantes. En un conductor, los electrones pueden moverse libremente. En un principio, un conductor con aislamiento puede acumular carga electrostática. Esta carga puede eliminarse fácilmente conectando el conductor a tierra. El material no conductivo puede retener la carga electrostática durante mucho tiempo, incluso con polaridades opuestas en distintos puntos. Los electrones no pueden moverse libremente. Esto explica por qué los materiales se atraen en algunos puntos y se repelen en otros. En este caso, la conexión a tierra no funciona porque el material tiene propiedades no conductivas. Por ese motivo, la única solución es la ionización activa.

1.7.4 ¿QUÉ EFECTO TIENE?

En los procesos de producción, las cargas electrostáticas pueden ser un grave contratiempo, ya que provocan que los materiales se queden enganchados a la máquina o que se adhieran los unos con los otros. Además, existe el riesgo de descargas eléctricas para los empleados. La carga eléctrica atrae el polvo del entorno. En los emplazamientos con riesgo de explosión, la carga electrostática podría provocar una chispa y, en consecuencia, un incendio o incluso una explosión.

1.7.5 CÓMO SE PUEDE CONTROLAR LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA

La neutralización de la carga electrostática en los materiales no conductivos se realiza mediante ionización activa. Simco es un fabricante de equipos de ionización reconocido a nivel internacional. En los puntos de alta tensión de estos equipos, las moléculas de aire se dividen en iones positivos y negativos. La carga electrostática del producto atrae los iones de la polaridad opuesta, neutralizando el material. Simco dispone de una amplia gama de equipos para distintos procesos de producción y aplicaciones. Sin embargo, la electricidad estática también puede ser útil. Mediante el uso de alta tensión, los materiales se pueden cargar con electricidad estática para que se adhieran temporalmente entre sí, facilitando con ello los procesos de producción. En pocas palabras, Simco fabrica equipos para medir y controlar la electricidad estática.

1.7.6 CAUSAS DE LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA

Los materiales con los que tratamos en nuestra vida diaria están formados por átomos y moléculas que son eléctricamente neutros porque tienen el mismo número de cargas positivas (protones en el núcleo) que de cargas negativas (electrones alrededor del núcleo). El fenómeno de la electricidad estática requiere de una separación sostenida entre las cargas positivas y negativas, a continuación se muestran las principales causas para que esto sea posible

1.7.7 INDUCCIÓN DE LA SEPARACIÓN DE CARGAS POR CONTACTO

Los electrones pueden ser intercambiados entre dos materiales por contacto y, además, los materiales que tienen unos electrones débilmente ligados tienen tendencia a perderlos mientras que los materiales que no tienen llenas las capas externas de electrones tienen tendencia a ganarlos. Este fenómeno es conocido como triboelectricidad y da como resultado que uno de los objetos que se han puesto en contacto quede cargado positivamente mientras el otro se carga negativamente. La polaridad y la cantidad de la carga neta que queda a cada material cuando se separan dependerá de sus posiciones relativas en la serie triboeléctrica (una lista que clasifica los materiales en función de su polaridad y su capacidad de adquirir carga). El Efecto triboeléctrico es la causa principal de la electricidad estática que observamos en nuestra vida diaria e incluye la que se produce por rozamiento de diferentes materiales.

1.7.8 SEPARACIÓN DE CARGAS INDUCIDA POR LA PRESIÓN

Algunos tipos de cristales y cerámica tienen la propiedad de generar una separación de cargas en respuesta a la aplicación de un esfuerzo mecánico, es lo que se denomina piezoelectricidad, esta es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa.

1.7.9SEPARACIÓN DE CARGAS INDUCIDA POR LA TEMPERATURA

Algunos minerales, como la turmalina, presentan la capacidad de ser polarizados por efecto del calor, es lo que se conoce como piroelectricidad o efecto piro eléctrico. Todos los materiales piro eléctricos son también piezoeléctricos, las dos propiedades están estrechamente relacionadas entre sí. La piroelectricidad es la capacidad de cambiar la polarización de algunos materiales sometidos a cambios de temperatura generando un potencial eléctrico producido por el movimiento de las cargas positivas y negativas a los extremos opuestos de la superficie a través de la migración.

1.8 SEPARACIÓN DE CARGAS INDUCIDA POR LA PRESENCIA DE UN OBJETO CARGADO

Un objeto cargado, puesto cerca de otro eléctricamente neutro, causará la separación de las cargas del otro, dado que las cargas de la misma polaridad se repelen mientras que las de diferente polaridad se atraen. Como la fuerza debida a la interacción entre las cargas eléctricas disminuye rápidamente con el aumento de la distancia, el efecto será mayor si están muy cerca. Este efecto es mayor cuando el objeto inicialmente neutro es un conductor eléctrico porque las cargas tienen más facilidad para moverse.

Es posible inducir una separación de cargas y si el objeto está convenientemente conectado a tierra dejarlo cargado permanentemente. Este es el sistema que utiliza el Generador de Van de Graaff, un aparato habitualmente utilizado para demostrar los efectos de la electricidad estática.

1.9 PROBLEMAS QUE PROVOCAN LAS CARGAS ELECTROSTÁTICAS EN LOS PROCESOS DE    PRODUCCIÓN 

1.9.1 CONVERSIÓN:

La acumulación de cargas electrostáticas provoca que la bobina atraiga el polvo y la suciedad. El material debe desecharse.

1.9.2 EMBALAJE:

La acumulación de cargas electrostáticas atrae la contaminación y las etiquetas no se pegan. La producción se ralentiza.

plástico: las piezas moldeadas por inyección atraen la contaminación y provocan descargas electrostáticas al personal durante el procesamiento. La eficiencia disminuye.

Textil: Las cargas electrostáticas provocan que los hilos se enganchen y se rompan en los porta bobinas y las urdidoras. Es necesario parar la máquina.

Materiales no tejidos: Los sistemas de recogida de retales se atascan debido a la acumulación de carga electrostática en los materiales de los transportadores neumáticos. Aumenta la necesidad de mantenimiento.

 Impresión: La electricidad estática provoca problemas en la carga y descarga de hojas en la imprenta. Se producen retrasos en la entrega.

Artes gráficas: La acumulación de electricidad estática durante el procesamiento de la película provoca costosos retoques o incluso refabricaciones. Clientes insatisfechos.

Fabricación de equipos médicos: la carga electrostática atrae la contaminación hacia las piezas de plástico pequeñas antes de realizar el embalaje. Pérdida de calidad.

Electrónica: las descargas electrostáticas destructivas (ESD) provocan daños latentes en las placas de circuitos. Fallos de funcionamiento.

1.9.2 CÓMO MEJORAR LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON EL EQUIPO DE CONTROL DE ELECTRICIDAD ESTÁTICA DE SIMCO

Conversión: el material neutralizado no atrae el polvo y la suciedad durante el rebobinado. Menos rechazos.

Embalaje: la eliminación de las cargas electrostáticas en las etiquetas y las botellas permite que el etiquetado transcurra sin contratiempos. Aumento de la producción.

Plástico: después de la neutralización, las piezas moldeadas por inyección no se adhieren las unas a las otras durante el transporte. Aumenta la eficiencia de las líneas.

Textil: los hilos se deslizan con suavidad por los porta bobinas y las urdidoras trabajan a velocidad óptima evitando la necesidad de realizar operaciones de mantenimiento imprevistas. Desaparecen las paradas innecesarias.

Materiales no tejidos: los sistemas de recogida de retales trabajan sin interrupción gracias a la eliminación de las cargas electrostáticas antes de entrar en el ciclón. Aumento de la producción.

Impresión: la salida de hojas está limpia y las hojas se apilan con precisión y están preparadas para la encuadernación sin necesidad de más ajustes. Entregas puntuales.

Artes gráficas: la película procesada permanece limpia de polvo, por lo que no es necesario repetir el trabajo. Clientes satisfechos.

Fabricación de equipos médicos: las piezas de plástico pequeñas se embalan sin contaminación gracias a la eliminación de las cargas electrostáticas en las piezas y en los materiales de embalaje. Mejora de la calidad.

Electrónica y semiconductores: la protección frente a descargas electrostáticas destructivas durante el montaje garantiza la conformidad con las normas de calidad. Disminución de los fallos en los productos.

1.9.3 DESCARGA ELECTROSTÁTICA

La chispa asociada a la electricidad estática está causada por la descarga electrostática que se produce cuando el exceso de carga es neutralizado por un flujo de cargas desde el entorno al objeto cargado o desde éste hacia su entorno. En general, una acumulación significativa de cargas sólo puede ser persistente en zonas de baja conductividad eléctrica, en un entorno donde muy pocas cargas se pueden mover libremente. El flujo de las cargas neutralizadoras se genera a menudo a partir de átomos y moléculas neutras del aire que son separados para formar cargas positivas y negativas, entonces se mueven en direcciones opuestas como una corriente eléctrica, neutralizando la acumulación original de cargas. El aire se rompe de esta manera alrededor de unos 30.000 voltios por centímetro, este valor depende de la humedad. La descarga calienta el aire de alrededor y produce una chispa brillante, también provoca una onda de choque que es la causante del sonido que se puede llegar a escuchar.

El choque eléctrico que notamos cuando recibimos una descarga electrostática se debe a la estimulación de los nervios cuando la corriente neutralizadora fluye a través del cuerpo humano. Gracias a la presencia de agua que hay en todo el cuerpo y que se mueve, las acumulaciones de carga no llegan a ser lo suficientemente importantes como para causar corrientes peligrosas.

Una persona que camina sobre una alfombra puede fácilmente cargarse hasta de 5.000 voltios y producir una descarga de pulsación de 30 amperios en un circuito electrónico sensible.1

1.9.4 RAYO

El rayo es un ejemplo de una descarga electrostática que se puede observar en la naturaleza. Aunque los detalles no están del todo claros, se considera que la separación de las cargas está relacionada con el contacto que se produce entre las partículas de hielo que forman las nubes de tormenta. Pero sea cual sea la causa, el rayo resultante no es otra cosa que una versión a gran escala de las chispas que podemos observar en las descargas electrostáticas domésticas. La emisión de luz por la descarga calienta el aire que hay alrededor del canal que sigue la corriente eléctrica y lo hace hasta una temperatura que produce luz por incandescencia. El sonido del trueno es el resultado de la onda de choque que se crea por la rápida expansión del aire sobre calentado.

1.9.5 PELIGROS

Efecto de una descarga de electricidad estática sobre la superficie de un film radiográfico. La descarga ha dibujado un patrón característico en forma de "arbol". Este es un ejemplo típico de un artefacto radiográfico.

A pesar de su naturaleza, aparentemente inocua, según nuestra experiencia en la vida diaria, la electricidad estática puede tener efectos peligrosos no despreciables en situaciones en las que la acumulación de cargas se produce en presencia de materiales o dispositivos sensibles.

1.9.6  ELECTRICIDAD ESTÁTICA EN LA NATURALEZA

En la naturaleza, los materiales pueden tener más o menos carga eléctrica, cuando éstas pasan de un cuerpo a otro, se pueden observar fenómenos eléctricos  naturales. Este es el caso de los rayos en una tormenta. Los rayos se originan al chocar nubes, cargadas de electricidad estática. Cuando contienen poca electricidad se originan los relámpagos, que es un resplandor  instantáneo.

Si la carga es muy fuerte se producen los rayos, que son fuertes descargas eléctricas y luego suena el trueno. En una tormenta se suele ver la luz primero y luego se escucha el trueno, esto se debe a que la luz es más veloz que el sonido .Como los rayos son cargas eléctricas, son peligrosos.  Un rayo puede partir un árbol por la mitad, tumbar una casa, siempre suelen ser atraído por objetos altos y puntiagudos, debido a esto se inventó el llamado pararrayos.

 Este es un dispositivo formado por barras metálicas terminadas en punta, unidas entre sí, y conectadas a la tierra, para llevar la corriente  hasta el suelo.   Se coloca sobre el techo de edificios o casas, para protegerlos[1]

1.9.7 LA ELECTRICIDAD DINÁMICA

Las cargas eléctricas transmitidas por conductores en forma de corriente eléctrica es la electricidad dinámica. La electricidad dinámica puede ser producida por una energía química y se logra almacenar. Las pilas un buen ejemplo de este almacenamiento de energía eléctrica. Eso es lo que se hace con las pilas y la batería. Las pilas  que se usan en los radios y linternas, por ejemplo, y también las baterías de vehículos, son almacenamientos de electricidad dinámica.

1.9.8 COMO SE GENERA LA ELECTRICIDAD DINAMICA

La electricidad dinámica se produce cuando existe una fuente permanente de electricidad que provoca la circulación permanente de electrones por un conductor. Las fuentes permanentes de electricidad se dividen en químicas y electromecánicas.

1.9.9 PILAS Y BATERÍAS

Una pila eléctrica es una fuente química de electricidad. Dentro de la pila se generan reacciones químicas cuyo resultado es la producción de electrones. Estos electrones están disponibles para que circulen por ejemplo por un conductor, pero a diferencia de un cuerpo cargado esa fuente de electrones no se agota. Cuando se los utiliza la pila vuelve a generar más electrones que reemplazan a los tomados. Podría considerarse que la pila tiene en su interior tanto un cuerpo con exceso de electrones (el terminal negativo) como un cuerpo con falta de electrones (el terminal positivo) y que la pila transforma energía química en eléctrica como para tomar un electrón del termina

2.      ELECTROMAGNETISMO

Todos hemos observado como un imán atrae objetos de hierro. La razón por la que ocurre este hecho es el magnetismo. Los imanes generan un campo magnético por su naturaleza. Este campo magnético es más intenso en dos zonas opuestas del imán, que son los polos norte y sur del imán. El polo norte de un imán se orienta hacia el norte geográfico, mientras que el polo sur lo hacer hacia el sur geográfico (gracias a esta propiedad funcionan las brújulas). Esta orientación de los imanes se produce como consecuencia de las fuerzas magnéticas de atracción que se producen entre polos opuestos de imanes y de repulsión entre polos homólogos.

La tierra es un enorme imán cuyo polo norte se encuentra en el polo sur geográfico y en consecuencia el polo sur, en el norte geográfico, de ahí, que el polo norte de un imán se oriente al norte geográfico (donde se encuentre el polo sur magnético terrestre) y viceversa.

Los efectos de un imán se manifiestan en una zona donde decimos que existe un campo magnético. Los campos magnéticos los podemos representar gráficamente mediante las líneas de inducción magnética, que por convenio, salen del polo norte y entran por el polo sur (son líneas cerradas, por lo que no puede existir un

Imán con un solo polo). La intensidad de un campo magnético la podemos cuantificar mediante la inducción magnética o densidad de flujo B. La unidad de medida de esta magnitud es el Tesla (T). Al número total de líneas de inducción

Magnética que atraviesan una superficie magnética se denomina flujo magnético Φ. La unidad de medida  para el flujo magnético es el Weber (Wb).

2.1 CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR CARGAS ELÉCTRICAS EN MOVIMIENTO

Además de los imanes, los campos magnéticos también pueden ser generados por las cargas eléctricas en movimiento. De acuerdo con la ley de  Biot y Savart, la intensidad del campo magnético inducido por una carga eléctrica en movimiento es proporcional al valor de la carga eléctrica y su velocidad, e inversamente proporcional a la distancia que separa a la carga del punto donde estamos haciendo la medida. Como la corriente eléctrica es un desplazamiento de carga eléctrica (electrones), una carga eléctrica producirá un campo magnético. Una aplicación de este fenómeno son los electroimanes. Al hacer circular una corriente eléctrica por una bobina arrollada sobre un núcleo magnético, obtenemos un campo magnético. 

2.2 FUERZA MAGNÉTICA. LEY DE LORENTZ

Dado que una carga eléctrica en movimiento induce un campo magnético, podemos considerar a esta carga como un imán. Pues bien, al igual que cuando aproximamos dos imanes comprobamos que entre ellos existe una fuerza (de repulsión si aproximamos polos homólogos y de atracción si los polos son opuestos), una carga eléctrica que se desplaza en las proximidades de un imán (en el seno de un campo magnético) también experimentará ese tipo de fuerzas. El valor de esta fuerza depende del valor de la carga eléctrica en movimiento, la intensidad del campo magnético y de la velocidad a la que se desplaza la carga. Para determinar su valor podemos aplicar la ley de Lorentz. Para conocer su dirección y sentido se puede aplicar la regla de la mano derecha 

2.3 FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR

Al igual que una carga eléctrica que se desplaza en el seno de un campo magnético experimenta una fuerza magnética, un conductor eléctrico por el que circulen cargas eléctricas (es decir, una corriente eléctrica) y que se encuentre en el seno de un campo magnético experimentará también una fuerza magnética. En este caso el valor de la fuerza ejercida sobre el conductor dependerá de la intensidad del campo magnético, la longitud del conductor y el valor de la corriente eléctrica que circule por el conductor.

2.4  FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA. LEY DE LENZ

Hasta ahora hemos visto que un campo magnético puede ser inducido por una corriente eléctrica  y como un campo magnético es capaz de producir una fuerza sobre cargas eléctricas en movimiento. Ahora vamos a ver como un campo magnético puede inducir una fuerza electromotriz (tensión eléctrica) sobre un conductor. Efectivamente, si movemos un conductor que se encuentra en el seno de un campo magnético, sobre él se inducirá una fuerza electromotriz. El valor de esta fuerza depende de la velocidad a la que el conductor se mueva, la longitud de este y de la intensidad del campo magnético.

2.5 PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES

No todos los materiales se comportan de igual manera frente a los campos magnéticos. Un clavo de hierro es atraído por un imán, pero un trozo de madera no experimenta ninguna fuerza en las proximidades de ese mismo imán.

El comportamiento de los materiales frente a los campos magnéticos depende de la estructura interna del material. El movimiento de los electrones que forman un material hace que se induzcan pequemos campos magnéticos. En función de cómo se orienten estos pequeños campos magnéticos en presencia de un campo magnético externo los materiales presentan estas propiedades:

 2.5.1 Diamagnéticos: Esta propiedad magnética consiste en que parte de los pequeños campos magnéticos inducidos por el movimiento de rotación de los electrones del propio material, en presencia de un campo magnético externo, se orientan de forma opuesta este. Como consecuencia, un material diamagnético tiende a desplazarse a la zona donde el campo magnético externo es más débil. Todos los materiales presentan la propiedad del diamagnetismo, lo que sucede es que este efecto es tan débil que queda oculto por otros efectos que veremos a continuación.

 2.5.2. Paramagnéticos: Esta propiedad magnética consiste en que parte de los pequeños campos magnéticos inducidos por el movimiento de rotación de los electrones del propio material, en presencia de un campo magnético externo se alinean en la misma dirección que este. Como consecuencia, el campo magnético en el interior se hace más intenso, y el material tiende a desplazarse al lugar donde el campo magnético externo es más intenso.

2.5.3. Ferromagnéticos: En los materiales ferromagnéticos, las fuerzas entre los átomos próximos, hace que se creen pequeñas regiones, llamadas dominios, en las que el campo magnético originado por el movimiento de rotación de los electrones está alineado en la misma dirección. En ausencia de campo magnético externo, lo dominios están orientados al azar, pero al aplicar un campo magnético externo,  estos dominios se alinean en la dirección del campo aplicado, haciendo que este se intensifique en el interior del material de forma considerable. Parte de estos dominios conservan la orientación incluso una vez que el campo magnético externo desaparece, hecho que explica el fenómeno de la imanación. Los materiales ferromagnéticos (hierro y aleaciones férreas) tienen mucha aplicación en las máquinas eléctricas.

2.6. EL CICLO DE HISTÉRESIS DE LOS MATERIALES FERROMAGNÉTICOS

La figura de la derecha representa los dominios magnéticos de un material ferro magnético. Estos dominios, son regiones con un campo magnético resultante de la suma de los campos magnéticos originados por el movimiento de los electrones de los átomos que conforman estas regiones.

Si sobre un material ferro magnético no actúa ningún campo magnético externo, la orientación de los campos magnéticos de los dominios esta ordenada al azar, como en la figura, pero si se aplica un campo magnético externo (como por ejemplo ocurre en los electroimanes), los campos magnéticos de estos dominios se orientan progresivamente en la dirección del campo magnético aplicado.

Como consecuencia de esto, el campo magnético aplicado sobre el material ferro magnético se incrementa gracias a la aportación de los campos magnéticos aportado por los dominios. Si construimos un electroimán con un núcleo de material ferro magnético (hierro), la intensidad del campo magnético inducido por la bobina no sólo dependerá del número de espiras de la bobina y de la corriente que circule por la misma, también dependerá de la aportación de los campos magnéticos de los dominios.

En el caso de que la corriente que circule por la bobina sea una corriente alterna, los dominios magnéticos están en constante movimiento, ya que tienden a orientarse en la dirección del campo alterna inducido en la bobina. Si representamos el valor del campo magnético en función del valor de la corriente (alterna) que circula por la bobina tenemos el llamado ciclo de histéresis. Cuando un material ferromagnético es sometido a un campo magnético alterno, se calienta debido a la energía que se consume al completarse el ciclo de histéresis. Esta energía es proporcional al área del ciclo de histéresis, por lo que a la hora de reducir las pérdidas en las máquinas eléctricas, estas deben construirse con materiales ferromagnéticos en los que el área del ciclo de histéresis sea lo menor posible.

2.7. EL CIRCUITO MAGNÉTICO

Las máquinas eléctricas necesitan de un campo magnético para funcionar. Igual que la corriente eléctrica necesita un circuito de material conductor (cobre o aluminio) por donde circular, el campo magnético también necesita un circuito de material ferromagnético por donde circular. Para saber cuántas espiras debe tener la bobina que induce el campo magnético, o que sección debe tener el circuito magnético etc. se hace necesario estudiar los circuitos magnéticos.[2]