septiembre 2010 | Instalaciones Eléctricas Residenciales

¿Qué es una central eléctrica?

2010/09/30

La electricidad que llega a nuestras instalaciones eléctricas residenciales debe tener un origen. Una central eléctrica es el lugar donde se genera gran cantidad de energía eléctrica con el fin de proveer a un gran número de instalaciones eléctricas. Existen por lo menos siete tipos de centrales y todas ellas funcionan a base de generadores. Pero la fuerza que hace funcionar los generadores proviene de diferentes fuentes, entre las cuales se encuentra el vapor de agua, el agua de rios y presas, el gas natural, el carbón, los materiales radiactivos y el viento.

Los tres tipos de centrales más comunes son las termoeléctricas, las hidroeléctricas y las atómicas.

Instalaciones eléctricas residenciales - central generadora de energía eléctrica

En las próximas entradas hablaremos un poco más de los diferentes tipos de centrales eléctricas que se usan hoy en día.

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La generación de la energía eléctrica

2010/09/29

La mayor parte de la electricidad que utilizamos en nuestras instalaciones eléctricas residenciales proviene de generadores (y en menor cantidad, de pilas eléctricas). La energía eléctrica que hace funcionar las luces y los aparatos eléctricos de tu casa procede seguramente de un enorme generador, situado en una planta generadora, como la de la imagen superior. Estas enormes instalaciones (por ejemplo, las de una central hidroeléctrica) pueden proporcionar la potencia necesaria para iluminar ciudades enteras.

Un generador es una máquina que produce energía eléctrica. Pueden medir desde pocos centímetros (como la dinámo que da luz al foco de tu bicicleta) hasta de varios metros en todas sus dimensiones, como aquellos que producen electricidad para iluminar toda una ciudad.

Instalaciones eléctricas residenciales - interior de una central generadora de energía eléctrica

Un generador transforma un tipo de energía (por ejemplo, energía mecánica, calorífica, eólica, solar, etc.) en energía eléctrica. Todo generador funciona gracias a algo que gira. Al rodar, la rueda de tu bicicleta hace funcionar el generador que enciende el foco.



En una planta generadora que produce energía para toda una ciudad, la fuerza motriz (movimiento) se transforma en energía eléctrica, haciendo girar unas enormes aspas llamdas turbinas que a su vez hace girar potentes electroimanes. 

Los fabricantes de generadores de energía eléctrica, tienen muy presentes varios principios científicos:
  1. Alrededor de todo imán, se crean líneas de fuerza invisibles.
  2. Si se hace pasar un carrete de hilo de cobre (una bobina) a través de un imán, el hilo interrumpe las líneas de fuerza.
  3. Cuando las líneas de fuerza quedan cortadas por el alambre de cobre, por él circula electricidad.
En el interior del generador hay unos imanes (o electroimanes) y una bobina de alambre de cobre. Usualmente, el alambre está enrrollado alrededor de una barra de hierro llamada armadura. La energía que pone en funcionamiento al generador hace girar la armadura y mientras ésta se encuentra en movimiento, va interrumpiendo las líneas del campo de fuerza del imán. Cuando las líneas de fuerza de los imanes están interrumpidas, se genera un tipo de corriente eléctrica llamada corriente alterna



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6 formas de producir electricidad

2010/09/28

La electricidad se produce cuando los electrones libres se desplazan de un átomo a otro. Existen seis principales formas en que el ser humano logra producir electricidad:
  1. Fricción: Una carga eléctrica se produce cuando se frotan uno con otro dos pedazos de ciertos materiales; por ejemplo, seda y una varilla de vidrio, o cuando uno se peina el cabello.
  2. Electroquímica: Las sustancias químicas pueden combinarse con ciertos metales para iniciar una actividad química en la cual habrá transferencia de electrones, produciéndose cargas eléctricas. Esta es la forma en que funciona una pila eléctrica ordinaria.
  3. Piezoelectricidad es el nombre que se da a las cargas eléctricas producidas por el efecto de la presión. El efecto es más notable en los cristales, como los usados en algunos micrófonos y en pastillas de fonógrafo.
  4. Termoelectricidad: Si se aplica calor a la unión de dos metales distintos para suministrar más energía, se liberan electrones. El dispositivo descrito recibe el nombre de termopar. Cuando se unen entre sí varios termopares, se forma una termopila.
  5. Fotoelectricidad: Cuando las partículas de un rayo luminoso inciden sobre un material, liberan su energía y puede ocasionar la liberación de algunos electrones de los átomos.
  6. Inducción magnética: Cuando un buen conductor, por ejemplo, el cobre, se hace pasar a través de un campo magnético, la fuerza del campo suministrará la energía necesaria para que los átomos del conductor puedan liberar electrones. Este es el principio de funcionamiento de los generadores eléctricos.
Instalaciones eléctricas residenciales - formas de producir electricidad


Para producir la energía que llega a nuestras instalaciones eléctricas residenciales necesitamos fuentes de energía más grandes y que la puedan producir a gran escala. En las próximas entradas hablaremos sobre las centrales generadoras de energía eléctrica.

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Nikola Teska, el genio desconocido

2010/09/27

Instalaciones eléctricas residenciales - Nikola Tesla


Nikola Tesla nació en la ciudad serbia de Smiljan, Croacia, el 10 de julio de 1856. Desde muy pequeño demostró tener una memoria e inteligencia prodigiosas, así como una habilidad matemática que incluso superaba a la de sus maestros, además de ser un incansable lector. Estudió ingeniería en la Escuela Politécnica de Graz, Austria. Es aquí donde tiene la oportunidad de observar el funcionamiento de los motores de corriente continua. Detectó que tenían algunas deficiencias y comenzó a trabajar en lo que sería el motor polifásico de corriente alterna. Tesla es considerado el padre de la corriente alterna que alimenta nuestras actuales instalaciones eléctricas residenciales y fundador de la industria eléctrica.
Viajó a Estados Unidos en 1884 para trabajar como ingeniero en las empresas de Edison, donde consiguió aumentar significativamente la productividad. Al final renunció pues Edison le había prometido una generosa cantidad, que finalmente no le otorgó, además de haber desalentado su proyecto de construir centrales eléctricas de corriente alterna.


Tesla se asoció entonces con George Westinghouse, quien le compró las patentes del sistema polifásico de generadores, transformadores y motores de corriente alterna. Con esta tecnología fue posible construir una planta generadora de electricidad en las cataratas del Niágara y 35 km de líneas de distribución hasta la ciudad de Buffalo. Se hicieron evidentes las ventajas del sistema de corriente alterna para la distribución de energía eléctrica y comenzó a utilizarse en todo Estados Unidos, por lo cual Edison tuvo que cambiar todos sus sistemas de corriente directa.
También inventó la bobina que lleva su nombre, que convierte la corriente continua de baja tensión en corriente alterna de alto voltaje y genera ondas de radiofrecuencia. Esta bobina se sigue utilizando, y entre muchas otras aplicaciones produce espectaculares chispas. También se puede encender una lámpara sin conexión alguna acercándola a una de estas bobinas.
Tesla fue el verdadero inventor de la radio. Su sistema además de voz, estaba listo para transmitir incluso imágenes. La desarrolló antes que Marconi, quien de hecho utilizó varias patentes de Tesla para su sistema de radio. El premio Nobel de Física 1909 se le otorgó a Marconi a pesar de ello. El crédito se le restableció a Tesla después de su muerte.

Instalaciones eléctricas residenciales - Torre Wardenclyffe
Torre Wardenclyffe, donde Tesla realizaba experimentos de transmisión inalámbrica

Además, se le deben las bases científicas de los microscopios electrónicos, las fotografías láser, el radar, las lámparas fluorescentes, los rayos X, el control remoto, las bujías, el alternador, la radioastronomía, la comunicación satelital, entre muchos otros inventos y teorías que han permitido el progreso de la humanidad y que irónicamente no son reconocidos como suyos.
Falleció a los 86 años, en 1943. Fue un hombre realmente adelantado a su tiempo y por lo mismo fue muy incomprendido. Pero al igual que muchos de los grandes científicos de la historia, Tesla creía en el desarrollo de tecnologías que mejoraran las condiciones de vida de todos por igual, para que la humanidad conviviera pacíficamente y en armonía.

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Los inventos de Thomas Alva Edison

2010/09/24


Thomas Alva Edison nació en Ohio, Estados Unidos, en 1847. Tenía una gran afición a la lectura, y es a través de ella que comienza a experimentar basándose en lo que leía en los libros de ciencias.
Trabajó como telegrafista durante la Guerra Civil de los Estados Unidos. En 1868 patentó su primer invento, un contador mecánico de votos.
En 1877 patenta el fonógrafo, uno de sus inventos más importantes. Entre otros de sus muchos inventos se encuentra un sistema de alarma casero contra robo o incendio, y el mimeógrafo (aparato para sacar copias impresas de las cartas y precursor de las fotocopiadoras).

Ver también: Un poco de Historia.

Se le atribuye la invención de la lámpara incandescente, aunque se sabe que Heinrich Göbel, un relojero alemán, ya había logrado fabricar lámparas años antes, pero Edison logró perfeccionarlas tras muchísimos intentos y enormes gastos.
Desarrolló e instaló la primera gran central eléctrica del mundo en Nueva York. Sin embargo, su uso de la corriente directa se vio desplazado ante el sistema de corriente alterna desarrollado por los inventores estadounidenses Nikola Tesla y George Westinghouse.
Fue co-fundador de la empresa General Electric.

Instalaciones electricas residenciales - logo general electric

También realizó importantes aportaciones a la industria cinematográfica, mejorando las películas de celuloide, además inventó varios aparatos diseñados para unificar la imagen y el sonido, como el kinetógrafo y el kinetoscopio, para acercarse al cinematógrafo inventado por los hermanos Lumière.
A él se le atribuye la frase: “El genio es 1% de inspiración y el 99% de transpiración”

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Las leyes de Gustav Kirchhoff

2010/09/23

Instalaciones eléctricas residenciales - Gustav Robert Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff nació el 12 de marzo de 1824 en Königsberg, Prusia Oriental. Hijo del abogado Friedrich Kirchhoff y Johanna Henriette.

Cursó su enseñanza secundaria en el Instituto de Kueiphof, donde destacó en Matemáticas. Estudió en la Universidad de su ciudad natal. Tras de su graduación, recibió la concesión de un viaje para continuar estudios en París.

En el año 1845, siendo todavía un estudiante, expuso dos reglas, actualmente conocidas como leyes de Kirchhoff, con respecto a la distribución de corriente y voltaje en circuitos eléctricos. Entendidas como una extensión de la ley de la conservación de la energía, se basaban en la teoría del físico Georg Simon Ohm, según la cual la tensión que origina el paso de una corriente eléctrica es proporcional a la intensidad de la corriente.

  1. Primera Ley de Kirchhoff, también llamada ley de los nudos (o nodos): La suma de corrientes que entran a un nudo es igual a la suma de las que salen (Todas las corrientes entrantes y salientes en un nudo suman 0). Para un metal, en el que los portadores de carga son los electrones, la anterior afirmación equivale a decir que los electrones que entran a un nudo en un instante dado son numéricamente iguales a los que salen. Los nudos no acumulan carga (electrones).

  2. Segunda Ley de Kirchhoff, también llamada ley de las mallas: La suma de caídas de tensión en un tramo que está entre dos nudos es igual a la suma de caídas de tensión de cualquier otro tramo que se establezca entre dichos nudos.

En 1847 se casó con Clara Richelot, hija de Friedrich Richelot, uno de sus profesores de matemáticas. Con ella tuvo tres hijos y dos hijas.


La inquietud política que condujo a la ola de revolución de 1848 a Europa lo forzó dejar Paris, y se hizo profesor en Berlín, donde permaneció hasta que le otorgaron una plaza de catedrático en Breslau (ahora Wroclaw) donde trabajó entre 1850 y 1854 para trasladarse posteriormente a la Universidad de Heidelberg. En ambas universidades impartió clases de física.

En 1869 muere su esposa Clara. Ese mismo año Kirchhoff sufrió un accidente en un pie al caer de una escalera, lo cual le obliga a moverse mediante muletas o una silla de ruedas, pero esto no le impide continuar con su actividad investigadora, que se centra en campos diversos de la física como son la electricidad y la física radiactiva.

En 1872 se casó con Luise Brömmel, originaria de Goslar, en Heidelberg, lugar en el que permaneció a pesar de recibir ofertas de otras universidades.

A medida que su salud empeoraba, le resultaba más difícil practicar la experimentación, y por ello en 1875 tarde se traslada nuevamente a la Universidad de Berlín, donde fue nombrado catedrático de física matemática en la Universidad de Berlín, puesto que le permitía continuar haciendo contribuciones a la enseñanza y la investigación teórica sin que afectara su precaria salud.

Publicó diversas obras de contenido científico. Su tratado mejor conocido, publicado posteriormente a que dejó la cátedra en Berlín, es su obra maestra de cuatro volúmenes "Vorlesungen über mathematische Physik" (Conferencias sobre física matemática).

En 1886 el empeoramiento de su salud le obligó a retirarse, falleciendo un año más tarde en Berlín, el 17 de octubre de 1887.

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El efecto de James Prescott Joule

2010/09/22

Instalaciones eléctricas residenciales - James Prescott Joule

James Prescott Joule fue un físico ingles que nació en Salford, Reino Unido, el 24 de diciembre de 1818. El segundo de los cinco hijos. Su padre era un hombre adinerado que se dedicada a la fabricación de cerveza. Como era muy tímido y tenía algunos problemas de salud recibió educación en su casa hasta la edad de 15 años, época en la que comenzó a trabajar en la fábrica de cerveza. Su profesor de física y matemática, fue el famoso químico británico John Dalton, quien lo alentó a dedicarse a la investigación científica. Sin embargo, debido a la enfermedad de su padre tuvo que hacerse cargo, junto con su hermano, de la cervecería de modo que a pesar de sus deseos no pudo asistir a la universidad. No obstante, Joule estaba firmemente decidido a dedicarse a la investigación científica de modo que comenzó a realizar sus primeros experimentos en un laboratorio que el mismo instaló en su casa.

A pesar de haber tomado algunos cursos de química, su formación fue esencialmente autodidacta, especialmente en el campo del electromagnetismo. Joule estudió aspectos relativos a la imantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas, que le llevaron a la invención del motor eléctrico.

En 1839 en el laboratorio de su casa, comenzó a estudiar sobre la eficiencia de los motores eléctricos, que lo llevaría a desarrollar sus conocimientos sobre el calor. Se dedicó, entonces, a la investigación científica sobre la base de mediciones muy exactas y precisas

Uno de sus más importantes hallazgos y a lo que dedicó gran parte de su vida fue la naturaleza del calor y su relación con el trabajo mecánico, que le llevaron a la teoría de la conservación de la energía.

En 1841, Joule descubrió que si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía del movimiento de los electrones libres se transforma en calor​​ debido a que se mueven de forma desordenada y van chocando con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo.

El experimento de Joule consistió en hacer fluir una corriente eléctrica conocida a través de un trozo de alambre sumergido en agua durante un período de 30 minutos, luego midió el aumento de temperatura en el agua.

Actualmente, el efecto Joule se aprovecha en varios aparatos electrodomésticos y procesos industriales. Algunos ejemplos son:

  • Lámparas incandescentes
  • Estufas eléctricas
  • Parrillas eléctricas
  • Planchas de ropa
  • Cautines eléctricos
  • Secadoras de cabello
  • Calentadores de agua eléctricos
  • Regaderas eléctricas

La parte del aparato que convierte la energía eléctrica en calor mediante el efecto Joule se conoce como "resistencia".

Instalaciones eléctricas residenciales - Resistencia eléctrica y calor

Junto al físico William Thomson (lord Kelvin), descubrió que la temperatura de un gas desciende cuando se expande sin realizar ningún trabajo. Este fenómeno, que se conoce como efecto Joule-Thomson, sirve de base a la refrigeración normal y a los sistemas de aire acondicionado.

A lo largo de su carrera fue galardonado con varios honores tanto de universidades como de sociedades científicas de todo el mundo. A pesar de la importancia de sus descubrimientos, Joules siguió siendo un científico aislado, la mayor parte de su vida. Después de la muerte de su esposa y su hija en 1853, vivió prácticamente solo, con muy poco contacto con el mundo exterior.

Desde 1872 su salud comenzó a deteriorarse. Falleció a la edad de 70 años en su casa en Sale, Cheshire, el 11 de octubre de 1889. La unidad internacional de energía, el calor y trabajo, el joule, fue bautizada en su honor.

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George Ohm y la resistencia eléctrica

2010/09/21

Instalaciones electricas residenciales - George Ohm

El 16 de marzo de 1789, nace en Erlangen, al sur de Alemania, el docente, físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, conocido por sus estudios en el campo de la corriente eléctrica.

Fue hijo de Johann Wolfgang Ohm, cerrajero de oficio, y de Maria Elizabeth Beck. A pesar de no tener educación formal, su padre era un autodidacta y les dio una excelente educación a partir de sus propias enseñanzas.

Alternó en los años de adolescencia el trabajo con los estudios, en los que demostró preferencia por los de carácter científico. En 1803 empezó a asistir a la Universidad de Erlangen, donde hizo rápidos progresos. Primero enseñó como maestro en Bamberg; pero en 1817 fue nombrado profesor de matemáticas y física en el Instituto de Colonia, que contaba con su propio y bien equipado laboratorio de física.

Una vez instalado allí, Ohm prosiguió sus estudios en matemáticas, leyendo los trabajos de destacados matemáticos franceses de la época. Prosiguió más tarde con trabajos experimentales en el laboratorio de física del colegio.

Usando los resultados de sus experimentos, Ohm fue capaz de definir la relación existente entre las magnitudes presentes en un circuito eléctrico: la tensión eléctrica, la corriente y la resistencia. La descripción de estas relaciones fundamentales, que representa el verdadero comienzo de análisis de circuitos eléctricos y ahora se conoce como la ley de Ohm, apareció en su obra más famosa: un libro publicado en 1827 titulado "El circuito galvánico investigado matemáticamente".

Ver también: Alessandro Volta y la pila eléctrica

En la actualidad, la Ley de Ohm es fundamental para comprender el comportamiento de la electricidad en los circuitos de las instalaciones eléctricas residenciales.

Ohm también concluyó que existen cuatro factores que influyen en la resistencia eléctrica de un conductor: el material de que esté hecho, su longitud, su área transversal y su temperatura.

Sus trabajos fueron recompensados con la “Medalla Copley” de la Royal Society de Londres. También recibió el reconocimiento de varias academias, entre ellas las de Turín y Berlín, que lo nombraron miembro electo. En 1845 era ya miembro activo y formal de la Bayerische Akademie.

En 1849 Ohm aceptó un puesto en Múnich como conservador del gabinete de Física de la Bayerische Akademie y dictó numerosas conferencias en la Universidad de Múnich. En 1852 alcanzó la ambición de toda su vida: fue designado profesor titular de la cátedra de física de la Universidad de Múnich.

Georg Simon Ohm falleció el 6 de julio de 1854 en Múnich, Baviera, actual Alemania.

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André-Marie Ampère

2010/09/20

Instalaciones eléctricas residenciales - André-Marie Ampere

André-Marie Ampère fue un matemático y físico francés del siglo XIX, reconocido por sus aportaciones al estudio de la corriente eléctrica y el magnetísmo.

Ampère fue un niño precoz y, antes de conocer los números, ya hacía cálculos con ayuda de piedritas y migas de pan. Desde niño demostró ser un genio. Siendo muy joven empezó a leer y a los doce años iba a consultar los libros de matemáticas de la biblioteca de Lyon. Su padre, Jean-Jacques Ampère, era un ferviente seguidor de Rousseau y, siguiendo su libro Emilio, o De la educación, le dio una instrucción sin obligaciones: Ampère «nunca fue a la escuela» salvo para dar clases él mismo. Su padre le enseñó ciencias naturales, poesía y latín, hasta que descubrió el interés y el talento de su hijo para la aritmética. Desde los cuatro años ya leía a Buffon y no retoma más que las lecciones de latín (aprendió esta lengua en unas pocas semanas) para poder entender los trabajos de Leonhard Euler y de Daniel Bernoulli.

En 1793 sufrió una profunda depresión por la muerte de su padre quien, retirado como juez en Lyon, se opuso firmemente a los excesos revolucionarios que llevaron al levantamiento de la ciudad contra la Convención Nacional y al sitio de Lyon; al poco tiempo arrestado, fue llevado a prisión y ejecutado el 25 de noviembre.


En 1796 André-Marie conoció a Julie Carron, con quien se casó en 1799. A partir de 1796, Ampère dio en Lyon clases privadas de matemáticas, química e idiomas. En 1801, obtuvo el puesto de profesor de Física y Química (en Francia fundidas en una sola asignatura) en Bourg-en-Bresse, en la École centrale de Ain (actualmente, preparatoria Lalande), dejando en Lyon a su esposa y a su hijo (llamado Jean-Jacques, en honor a su padre). Su esposa murió en 1803. Su pequeño tratado, publicado en 1802, Considérations sur la théorie mathématique du jeu (Consideraciones sobre la teoría matemática del juego) atrajo la atención de Jean Baptiste Joseph Delambre, cuya recomendación le permite ser nombrado profesor de Matemáticas trascendentes en la preparatoria de Lyon (hoy en día, Escuela Ampère).

En 1804 nombrado profesor particular de análisis en la École polytechnique, se instaló en París. En 1806, se casó en segundas nupcias con Jeanne-Françoise Potot, quien murió en Versailles en 1866 a los 88 años. Tuvieron una hija llamada Albine.

En 1808 fue nombrado Inspector General de la Universidad y profesor de matemáticas en la École Polytechnique, volviéndose más popular que el gran matemático Cauchy.

Ampère descubrió que las causas físicas del movimiento de un metal magnetizado (una aguja) al aplicarle una corriente eléctrica, y con ello sentó las bases para el funcionamiento de los aparatos de medición de corriente eléctrica, los amperímetros que actualmente forman parte del multímetro.
También descubrió la interacción entre la corriente eléctrica y el campo magnético: demostró que dos conductores paralelos por los que circula una corriente en el mismo sentido se atraen; mientras que las corrientes en sentido opuesto se repelen, con lo cual no queda duda de que la corriente eléctrica produce un campo magnético.

Inventó también el primer telégrafo eléctrico y, junto a François Arago, el electroimán. Fue gracias a Ampère que se dieron a conocer los términos corriente eléctrica y tensión eléctrica.
En su honor, su nombre le fue dado a la unidad de corriente eléctrica, el amperio.

Ampère murió durante una jornada de inspección en la enfermería del liceo Thiers de Marsella en 1836 a los 61 años. Está enterrado en el cementerio de Montmartre en París.

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Michael Faraday y el campo electromagnético

2010/09/17

Instalaciones electricas residenciales - michael faraday


Michael Faraday fue un físico y químico británico del siglo XIX. Es reconocido por haber descubierto la inducción magnética, fenómeno que permitió la construcción de generadores y motores eléctricos. Faraday también planteó las leyes de la electrólisis, por lo que es considerado como el verdadero fundador del electromagnetismo y la electroquímica.

Faraday fue el primero en deducir y comprobar que el magnetismo y la electricidad son dos aspectos del mismo fenómeno, esto es: el magnetismo produce electricidad y la electricidad magnetiza los cuerpos. Los experimentos de Faraday demostraron que la fuerza que ejercen entre si las respectivas cargas positivas y negativas de un cuerpo crea un campo de fuerza electromagnético a su alrededor.
Para comprobar la existencia del campo de fuerza electromagnético coloca un imán debajo de una hoja de papel. Esparce un poco de rebaba metálica sobre el lugar donde se encuentra el imán. Verás como las rebabas metálicas son atraídas por el campo de fuerza del imán y dibujan las líneas de fuerza electrostática sobre la superficie del papel.

Instalaciones electricas residenciales - limadura de hierro sobre papel con iman



Todos los objetos están cargados electrostáticamente en mayor o menor medida (incluyendo el cuerpo humano) con cargas positivas y negativas repartidas por toda su superficie. Los imanes son objetos especiales que tienen sus cargas electrostáticas polarizadas, es decir, concentradas en dos polos opuestos: uno completamente positivo y otro completamente negativo.

Instalaciones electricas residenciales - iman y lineas de fuerza

Michael Faraday utilizó esta característica peculiar de los imanes para demostrar que las alteraciones en el campo magnético provocadas por ciertos metales son capaces de producir una corriente eléctrica. Al método de Faraday se le conoce como inducción electromagnética, porque las alteraciones en el campo inducen o provocan el movimiento de electrones que da como resultado la corriente eléctrica.

Una contribución muy importante ya que permitió el desarrollo posterior de nuestras actuales instalaciones eléctricas residenciales e industriales.


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Alessandro Volta y la pila eléctrica

2010/09/16

Instalaciones electricas residenciales - Alessandro Volta


El Conde Alessandro Volta fue un físico italiano que pasara a la historia entre otras cosas por ser el inventor de la pila eléctrica, dispositivo capaz de generar una corriente eléctrica de manera constante. Todo un acontecimiento para la época.

En su honor, en 1881 se nombró “voltio” a la unidad de potencial eléctrico en el sistema internacional de medidas, una de las unidades de medición eléctrica más importantes.

Alessandro Volta nació el 18 de febrero de 1745 en la ciudad italiana de Como, hijo de una familia noble que había perdido mucha de su influencia. No fue sino hasta los cuatro años que empezó a hablar, por lo que su familia temía que fuera retardado, sin embargo conforme pasaban los años igualó y superó a sus compañeros de escuela. A los 14 años fue cuando decidió dedicarse a la ciencia, y no a la iglesia, como su familia quería.

Volta estudió física y química y se le considera pionero en el campo de la electricidad por haber desarrollado los fundamentos de las baterías eléctricas en la actualidad. Él llamó a su invento pila voltaica y la construyó alternando alternando placas apiladas de zinc, cartón embebido en una solución salina y plata.

La pila es un dispositivo que almacena la energía química, la convierte y la hace disponible en forma de energía eléctrica.

Ver también: ¿Qué es el Voltaje?

En 1775 construyó el electróforo, un aparato que producía y almacenaba cargas de electricidad estática.

En los años siguientes se dedicó a la química y logró aislar el gas metano por primera vez. También estudió la electricidad de la atmósfera y condujo experimentos como la ignición de los gases por medio de chispas eléctricas en recipientes cerrados.

Volta fue amigo de otro gran científico, Galvani, quien le enviaba copias de sus trabajos en materia de electricidad. Volta no parecía muy convencido con la idea de que la electricidad era resultado del contacto de los músculos de los animales con el metal, por lo que decidió experimentar él mismo. Descubrió que la electricidad podía ser producida sin tejido orgánico alguno. Esto provocó la controversia entre quienes sostenían las diferentes posturas, las teorías de Volta se impusieron y Galvani quedó muy enojado con él, tanto, que nunca volvieron a ser amigos.

Durante 25 años fue profesor de física en la Universidad de Pavia en Italia. En 1800 desarrolló su famosa pila, que fue un avance importante en el campo de la electricidad por su capacidad de producir una corriente eléctrica ininterrumpida y sin variaciones.


Instalaciones electricas residenciales - pila de Volta

Bonaparte le dio el título de Conde por su trabajo en el campo de la electricidad. Volta continuó trabajando y en 1816 publica en Florencia los resultados de sus investigaciones, que abarcaron cinco volúmenes. El 5 de marzo de 1827, fallece en la localidad italiana de Como.

En la actualidad existe un museo en Como, su ciudad natal: el Templo Voltiano, donde se exhiben algunas de las herramientas e instrumentos originales que utilizó para sus experimentos. También se creó la Fundación Voltiana, una organización que promueve la actividad científica.

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La ley de Charles Coulomb

2010/09/15

Instalaciones electricas residenciales - Charles Coulomb

Charles-Agustín de Coulomb fue un físico e ingeniero francés del siglo XVIII. En su honor, la unidad de medida de los electrones lleva su nombre: coulomb que se simboliza con la letra C. Dado que el electrón es una partícula extremadamente pequeña no es posible medirlo por unidad (uno por uno) por lo cual, el coulomb representa un enorme conjunto de electrones: un coulomb equivale a 6.28 trillones de electrones.

En el átomo, las cargas electromagnéticas corresponden a partículas específicas: protones, positiva (+) y electrones, negativa (-).


Si el átomo está constituido por un núcleo de carga positiva predominante (protones), rodeado de una nube de electrones con carga negativa, y los objetos con cargas distintas se atraen, entonces ¿por qué los electrones no se precipitan sobre el núcleo?

Instalaciones electricas residenciales - atomo


La explicación es sencilla: sus fuerzas electrostáticas están en equilibrio, como lo explica la Ley de Coulomb, que establece: "La fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos con cargas electrostáticas es proporcional a la intensidad de la carga presente en cada uno de ellos, dividida por el cuadrado de la distancia que los separa".

En cargas contrarias significa que mientras mayor sea la magnitud de cada una, mayor será la fuerza de atracción entre ellas y mientras más cerca esté una de otra, la atracción se incrementará. Lo mismo aplica a cargas iguales, pero con repulsión.

Dentro del átomo, por cada protón en el núcleo existe un electrón en la nube circundante, de tal manera que el total de sus cargas se anula, es decir, queda en equilibrio.

Por ejemplo, el átomo de Boro tiene en su núcleo 5 protones (+5) y es circundado por 5 electrones (-5), de modo que 5-5=0, es decir, no predomina ninguna carga electromagnética y el átomo está en equilibrio. Además, la distancia a la que se encuentran las órbitas de los electrones es la exacta para permitir la estabilidad.

En el estudio de la electricidad y las instalaciones eléctricas residenciales es fundamental conocer la Ley de Coulomb, ya que explica cómo se genera la corriente eléctrica como consecuencia de la distancia entre los electrones de la última órbita y el núcleo.

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La cometa de Benjamín Franklin

2010/09/14

Benjamin Franklin fue un político, científico e inventor estadounidense. Además de ser considerado uno de los padres fundadores de los Estados Unidos, ha pasado a la historia de la física por sus estudios sobre electricidad.

Instalaciones eléctricas residenciales - Benjamin Franklin

Franklin nació en Boston, el 17 de enero de 1706. Hijo de Josiah Franklin con su segunda esposa Abiah Folger, fue el decimoquinto entre 17 hermanos.

Su formación consistió únicamente estudios elementales, y sólo los realizó hasta los diez años. Trabajó ayudando a su padre en la fábrica de velas y jabones de su propiedad, luego empezó a trabajar como aprendiz en la imprenta de su hermano James y en 1724 se fue a Inglaterra para completar su formación como impresor. Regresó a Filadelfia dos años más tarde y no tardó en crear una imprenta propia. En 1730 contrajo matrimonio con Deborah Read, con la que tuvo tres hijos, William (1731), Francis (1733) y Sarah (1743).

Su éxito como impresor y periodista procuró a Franklin un gran prestigio en Filadelfia. Enseguida se convirtió en un líder político. Su primera incursión en la política tuvo lugar en 1736, año en el que fue elegido miembro de la Asamblea General de Filadelfia. Su afición por temas científicos coincidió con el comienzo de su actividad política. Estuvo claramente influenciado por científicos contemporáneos como Isaac Newton, o Joseph Addison.

A partir de 1747 se dedicó principalmente al estudio de los fenómenos eléctricos. En 1752 llevó a cabo en Filadelfia su famoso experimento con la cometa, que le permitió demostrar que las nubes están cargadas de electricidad y que, por lo tanto, los rayos son esencialmente descargas de tipo eléctrico.


Para la realización de este arriesgado experimento, Ató una cometa con esqueleto de metal a un hilo de seda que, de acuerdo con su suposición, debía cargarse con la electricidad captada por el alambre. Durante la tormenta acercó la mano a una llave que pendía del hilo de seda, y observó saltaban chispas, lo cual demostraba la presencia de electricidad.

Instalaciones eléctricas residenciales - Benjamin Franklin comprobando chispas eléctricas durante el experimento con la cometa

Además, consiguió cargar una botella de Leyden, un recipiente de vidrio diseñado por aquella época para almacenar cargas eléctricas. La botella de Leyden cargada con electricidad del cielo se comportaba exactamente igual que si se hubiera empleado electricidad terrestre. O sea que eran idénticas.

Instalaciones eléctricas residenciales - Benjamín Franklin con cometa y botella de Leyden
Representación de Benjamín Franklin durante el experimento con la cometa, y una botella de Leyden a sus pies.

El experimento de la cometa está relacionado con el invento que lo hizo famoso en el mundo entero, y con el cual fue capaz de dar una inmediata aplicación práctica a su descubrimiento: el pararrayos. En sus experimentos descubrió el poder de las puntas metálicas al observar que los objetos puntiagudos atraían y transmitían más deprisa y eficazmente la electricidad que los objetos romos. De ello dedujo que una vara de hierro terminada en punta y colocada en lo alto de un edificio atraería la carga eléctrica de una tormenta, que se podría transmitir a la tierra mediante un cable, antes de que cayera el rayo, descargándola rápidamente y de forma silenciosa, sin causar estragos. En una carta escrita en 1750, Franklin explicó esa técnica "útil a la humanidad para preservar casas, iglesias, barcos, etc., de las descargas de rayos". En una época en que los techos eran de madera y podían arder fácilmente, el invento de Franklin se difundió con gran rapidez; en 1782 se habían instalado en Filadelfia 400 de estos artilugios.

Instalaciones eléctricas residenciales - Pararrayos de Benjamín Franklin

Sus estudios acerca de la electricidad le llevaron a formular los conceptos de electricidad positiva y negativa, y conductor eléctrico. Propuso la teoría de que la electricidad es un 'fluido único' que pasa de un cuerpo a otro en la descarga, lo que le llevó a enunciar el principio de conservación de la electricidad.

Gracias a sus múltiples logros políticos y científicos, Benjamín Franklin fue el personaje más querido de su tiempo en su país y el único norteamericano de la época Colonial Británica que alcanzó fama en Europa. Murió a los 84 años de edad, el 17 de abril de 1790, en la ciudad de Filadelfia.

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Pieter van Musschenbroek y la botella de Leyden

2010/09/13

Pieter van Musschenbroek fue un médico y físico neerlandés que nació el 14 de marzo de 1692, en la ciudad de Leyden, Holanda. Hijo de un fabricante de instrumentos científicos, estudió varios idiomas y en 1718 se doctoró en medicina en la universidad de Leyden, siguiendo a continuación estudios de filosofía en Inglaterra, que concluyó en 1719. De 1719 a 1723 fue profesor de matemáticas y física en la universidad alemana de Duisburg. En 1723 se trasladó a Utrecht como profesor y en enero de 1740 tomó posesión de su cargo como profesor en la universidad de Leyden, en la que permanecería hasta su fallecimiento.

Instalaciones eléctricas residenciales - Pieter van Musschenbroek

En esta universidad, hacia 1745, comenzó a realizar varios experimentos sobre la electricidad estática. Llegó a ser famoso por uno de ellos: al rededor del 11 de octubre de 1745 se propuso investigar si el agua encerrada en un recipiente podía conservar cargas eléctricas. Durante esta experiencia unos de sus asistentes, Andreas Cunaeus, cogió el recipiente y recibió una fuerte descarga eléctrica.  Cuando el renombrado profesor de Leiden hizo público su experimento, el aparato empleado en el mismo fue designado como la "botella de Leyden". Este dispositivo es base de los actuales condensadores eléctricos.


El primer condensador consistía en una botella de vidrio parcialmente llena con agua y tapada con un corcho atravesada en su centro por un alambre con uno de sus extremos sumergido en el agua. Cuando se conectaba el alambre a una fuente de energía estática (generalmente una máquina electrostática como la de Otto von Guericke) la botella se cargaba, y podía descargarse provocando una chispa violenta al tocar el alambre con la mano libre.

Instalaciones eléctricas residenciales - Botella de Leyden

Este primer modelo pronto evolucionó a uno cubierto con láminas metálicas por dentro y fuera que reemplazaban el agua. Una varilla de latón con una esfera en un extremo atravesaba la tapa y, mediante una cadena, se conectaba a la lámina de metal interna. La descarga completa del dispositivo ocurría empleando un instrumento descargador metálico en forma de arco. Cuando un extremo de este descargador tocaba la lámina externa y el otro se acercaba a la esfera de la tapa, se producía una chispa eléctrica entre la esfera y el descargador.

Instalaciones eléctricas residenciales - Botella de Leyden con descargador

Aunque un aparato similar fue creado casi al mismo tiempo por el inventor alemán Ewald Georg von Kleist,  la gran reputación de Musschenbroek aseguró una mejor recepción de su hallazgo por parte de otros eruditos, y el nombre de la "botella de Leyden" quedó en la historia como uno de los grandes descubrimientos de la ciencia.

Su trascendental invención de la botella de Leyden incrementó su fama y renombre. La Sociedad Real de Londres y la Academia Francesa de Ciencias lo reconocieron como miembro y, en 1754, fue nombrado profesor honorario de la Academia Imperial de ciencia, en San Petesburgo. Fue autor de numerosos textos académicos que reflejaron toda una vida dedicada al estudio. Murió el el 19 de septiembre de 1761 en Leyden, a la edad de 69 años.

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La máquina de Otto von Guericke

2010/09/10

Otto von Guericke fue un célebre físico y jurista alemán. Nació el 20 de noviembre de 1602 en la ciudad de Magdeburgo, Alemania. Estudió derecho en las universidades de Leipzig y Jena, y matemáticas en la universidad de Leyden.

En 1631 llega a ser ingeniero de la armada del Rey Gustavo II Adolfo de Suecia y desde 1646 a 1681 es burgomaestre (alcalde) de su ciudad natal.

Instalaciones eléctricas residenciales - Otto von Guericke

Hasta fines del siglo XVIII, la electrostática descubierta por Tales de Mileto era la única clase de electricidad conocida y se la podía obtener, entre otros medios, frotando el ámbar o una varilla de vidrio con una seda. Si luego tocamos  con un dedo al objeto cargado, los electrones excedentes se desplazarán a través de nuestro cuerpo hacia tierra, descargando el objeto. Este flujo de electrones constituye una corriente eléctrica mucho más pequeña y breve que la generada por los actuales dínamos o pilas.

Al rededor del siglo XVII los investigadores querían estudiar más sobre la electrostática y sus efectos. Gracias a Tales de Mileto tenían conocimientos previos de la electricidad por frotamiento y por William Gilbert sabían que la electricidad se conseguía frotando con diversos materiales más o menos eficientes, pero necesitaron un modo regular y sostenido de producirla. Sin embargo, eso cambió en 1663, cuando Otto von Guericke construyó la primera máquina que, facilitando la fricción, era capaz de producir electricidad estática.


La máquina estaba constituida por una esfera de azufre, montada sobre un eje, al que una manivela hacía girar rápidamente; apoyando la mano o un trapo sobre la esfera giratoria, ésta se electrizaba lo suficiente para atraer objetos ligeros, e incluso para producir pequeñas chispas visibles en la oscuridad, lo cual le llevó a suponer que los relámpagos también son chispas eléctricas.

Instalaciones eléctricas residenciales - Otto von Guericke y la primera máquina eléctrica

Otto von Guericke falleció el 21 de mayo de 1686, en la ciudad de Hamburgo, Alemania. Su máquina fue un hito en la historia y posibilitó los enormes avances que pronto ocurrirían en el campo de la electricidad y que haría que siglos después contáramos con instalaciones eléctricas residenciales.

En el siguiente vídeo podemos observar el funcionamiento de una recreación mejorada de la máquina construida por Otto von Guericke.


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William Gilbert y la clasificación de los materiales

2010/09/09

La Grecia clásica fue conquistada militarmente por los romanos en el año 146 a. C. Sin embargo, los romanos fueron conquistados culturalmente por los griegos. La mayor parte del conocimiento heredado de los griegos fue asimilado y conservado por los romanos. Entre estos conocimientos se encontraba el descubrimiento de Tales de Mileto sobre las propiedades del ámbar.

El imperio romano tuvo una existencia gloriosa durante cientos de años, hasta que diversos acontecimientos provocaron la caída del llamado Imperio Romano de Occidente en el año 476 d. C. Este suceso marcó el inicio de la llamada Edad Media, un período histórico en el que la ciencia se vio sumida en un profundo abandono, y que duró aproximadamente unos 1000 años.

No fue hasta el siglo XII cuando Europa comenzó a despertar gradualmente de su edad oscura. Empezaron a fundarse universidades e importantes textos griegos comenzaron a traducirse al latín. Con la invención de la imprenta, hacia 1440 aproximadamente, de la mano de Johannes Gutenberg, inicia un Renacimiento de la cultura clásica.


En este contexto histórico, unos 2200 años después de los descubrimientos de Tales, la reina Isabel I de Inglaterra ordena estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las brújulas usadas en la navegación. La orden recae en el médico y científico inglés William Gilbert.

Instalaciones eléctricas residenciales - William Gilbert

Gilbert nació el 24 de mayo de 1544 en Colchester, Essex, Inglaterra. Estudió medicina en la Universidad de Cambridge, obteniendo su doctorado en 1539. Viajó por Europa durante algunos años y en 1573 se instala en Londres como médico en ejercicio. Al poco tiempo ingresa al Real Colegio de Médicos, y llega a ocupar la Presidencia de dicho órgano colegiado en el año 1600. En 1601 fue nombrado médico de la reina Isabel I.

Mientras estudiaba el magnetismo, también da un paso importante en la historia de la electricidad. Conocedor del descubrimiento de Tales de Mileto, Gilbert continuó experimentando con el frotamiento y comprobó que algunos materiales (como el cristal de roca, la resina, el azufre o el vidrio) se comportaban como el ámbar al ser frotado, mientras que otros (como los metales) no lo hacían. Bautizó la atracción resultante de la fricción como fuerza "eléctrica" en honor al nombre griego del ámbar: élektron.

El interés de Gilbert le llevó a construir un aparato, llamado “versorium” que permitía comparar los efectos de la fuerza “eléctrica” sobre distintas sustancias al ser frotadas, permitiendo así ampliar la relación de sustancias eléctricas incorporando a la lista el lacre, diamante, ópalo, zafiro, arsénico. El versorium puede considerarse el primer “medidor eléctrico” y supuso un gran paso en el  conocimiento que se tendría de la electricidad 400 años después..

Un dato curioso es que los  materiales "eléctricos", aquellos que se cargan fácilmente por medio de la fricción (como las resinas, el vidrio y la cerámica) son malos para conducir la corriente eléctrica, por eso los conocemos actualmente como aislantes. Por el contrario, los materiales "no eléctricos", que no logran cargarse por mucho que se les frote (como el caso de los metales) suelen permitir el paso de la corriente eléctrica y por eso se les llama ahora conductores.

De esa manera, William Gilbert nos heredó la primera clasificación de lo que actualmente conocemos como materiales conductores y aislantes, que a través de cuatro siglos se han desarrollado para poder utilizarlos ahora en las instalaciones eléctricas residenciales.

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Tales de Mileto y el amanecer de la electricidad

2010/09/08

Instalaciones eléctricas residenciales - Tales de Mileto

Tales fue un filósofo que vivió en la antigua Grecia, en la ciudad de Mileto (actual provincia de Aydin, en Turquía). Nació en el año 624 a. C. y murió a la edad de 74 años en 546 a. C. Es famoso por sus múltiples contribuciones como matemático, geómetra, físico y legislador. Es considerado uno de los siete sabios de la antigua Grecia. Sin embargo, no dejó prácticamente ningún documento escrito y todo lo que se conoce de él es lo que fue registrado por diversos autores de épocas bastante posteriores, o por tradiciones orales con mayor o menor grado de veracidad.

Instalaciones eléctricas residenciales - Habitantes de la antigua Grecia

Una de estas tradiciones cuenta que cierto día, al rededor del año 600 a. C., Tales salió a caminar atravesando un bosque de pinos cercano a su casa. Se cuenta que el filósofo era un poco distraído y mientras miraba hacia el cielo tropezó con una piedra. Cuando se incorporó le llamó la atención que la supuesta piedra, a pesar de estar cubierta de mugre y hojas secas, parecía reflejar los brillos de una piedra preciosa. Así que Tales recogió la extraña piedra y tomó un paño que llevaba consigo, hecho con piel de gato; la sacudió para quitar la mugre y luego la frotó para sacarle brillo.


Tales cayó en la cuenta que se trataba de un trozo de ámbar amarillo, una resina fósil que provenía de los pinos del bosque. Los griegos ya conocía al ámbar, lo llamaban "eléktron" (que literalmente significa “nacido del sol” por su color dorado) y lo consideraban una piedra semipreciosa. Así que Tales tomó este trozo de "eléktron" y continuó frotándolo mientras lo llevaba a su casa. Su sorpresa fue grande cuando descubrió que el ámbar podía atraer pequeños objetos ligeros, como polvo, cabello, trocitos de hojas secas y pequeñas plumas de aves. En los tiempos de Tales estos fenómenos eran atribuidos a la magia o al capricho de los dioses griegos; aunque Tales no compartía esta opinión y pensaba que había "algo vivo", una especie de "alma" dentro del ámbar que la hacía manifestar estas propiedades.

Instalaciones eléctricas residenciales - Pedazo de ámbar en bruto

Nadie sabe si los hechos ocurrieron así como se describe, o son reinterpretaciones de lo que realmente pasó. Lo cierto es que Tales nos heredó el conocimiento de esta propiedad de las resinas como el ámbar, y su descubrimiento abrió el camino para los científicos que, a lo largo de la historia, estudiaron los fenómeno electrostáticos y la carga eléctrica.

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