DIFERENCIA DE POTENCIAL Y FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD EN PEQUEÑAS CANTIDADES

En esta entrada tratamos de explicar que es la energía eléctrica o diferencia de potencial y las diferentes formas de producirla en pequeñas cantidades.

Batería de automóvil que almacena energía eléctrica

Diferencia de potencial

En su estado natural, los átomos de los cuerpos se encuentran equilibrados o sea que todos poseen igual número de electrones y de protones. Un átomo o un cuerpo puede ser desequilibrado aplicando a éste una fuerza externa lo suficientemente grande para hacer que el átomo pierda o gane electrones. Según lo expuesto anteriormente, se pueden presentar tres casos:

• que se igualen el número de protones y electrones por lo que el potencial es neutro, 
• mayor número de protones que de electrones por lo que el potencial es positivo, y,
• mayor número de electrones que de protones, por lo que el potencial es negativo.

 En otras palabras, el potencial es el estado eléctrico en que se encuentra un cuerpo. Podemos decir que la diferencia de potencial nos indica una diferencia entre átomos de potencial distinto, o lo que es lo mismo, hay diferencia de potencial cuando los átomos de uno y otro cuerpo son diferentes en su estado eléctrico. Esta diferencia de potencial se llama voltaje, tensión o fuerza electromotriz (FEM) y se define como la fuerza o presión capaz de obligar a los electrones libres de un conductor a moverse en una determinada dirección. Su unidad de medida es el voltio.

La diferencia de potencial solo puede existir entre dos puntos diferentes. Según esto una fuente de voltaje es un dispositivo que tiene entre sus terminales una diferencia de potencial. Dicha fuente puede ser una pila, una batería o un generador y sus puntos de conexión o terminales reciben el nombre de bornes; uno de ellos posee mayor concentración de cargas positivas y el otro de cargas negativas, razón por la cual entre ellos existe un fuerte campo eléctrico, el cual tratará de mover las cargas eléctricas que se encuentren entre ellos.

Diferencia de potencial y creación de la corriente eléctrica, imagen de radioelectronica.es

Llegados a este punto nos cabe la pregunta, ¿por qué los electrones van del borne positivo al negativo de la fuente?. La respuesta es sencilla: en el interior de la fuente se produce un efecto químico el cuál desequilibra los átomos de los dos bornes, quedando un borne con más electrones que el otro. Al hacer un puente entre los dos bornes de la fuente, los electrones sobrantes del borne negativo tratarán de irse hacia el borne positivo ya que en éste hay escasez de ellos, impulsando a su paso los electrones libres del conductor. Por tanto, los electrones libres del conductor ahora no se moverán en cualquier dirección, sino que serán dirigidos al terminal positivo de la fuente originando así un flujo de electrones en esa dirección. Al impulso de la energía que se transfieren de electrón en electrón se llama corriente eléctrica. Esta solo es útil cuando se le hace desarrollar un trabajo a lo largo de un circuito eléctrico.

Es importante recordar que voltaje, tensión, fuerza electromotriz y diferencia de potencial, se refieren a lo mismo.

La tensión se representa con la letra U en el sistema europeo y con la letra E en el sistema americano, para mayor facilidad emplearemos la letra V en el desarrollo de nuestro blog.

Formas de producir energía eléctrica en pequeñas cantidades

Por frotamiento o fricción

Como lo mencionamos anteriormente, el fenómeno de la electricidad es creado por el movimiento de electrones de sus órbitas naturales. La frotación o fricción fue la forma más antigua que conoció el hombre para generar electricidad. Se dice que fue el filósofo griego Tales de Mileto que vivió en el siglo 7 antes de Cristo, quien descubrió la electricidad; éste al frotar un trozo de ámbar con un trozo de tela o piel pudo atraer pequeños cuerpos livianos. Tales de Mileto no encontró la causa del fenómeno y quiso llamarlo de algún modo. Como ámbar en griego significa elektron, utilizó éste nombre para esta fuerza invisible. Muchos siglos después se llamó electrones a las partículas de electricidad negativa que rodean el núcleo del átomo y que, cuando de alguna manera se mueven, forman la corriente eléctrica.

Creación de electricidad por frotación inventado por Tales de Mileto

Hoy sabemos que la propiedad que Tales de Mileto descubrió en el ámbar no es solo de este material, sino que hay una gran cantidad de elementos con los que se puede repetir el experimento. En muchas de nuestras actividades diarias, voluntaria o involuntariamente se repite dicha experiencia. Por ejemplo, cuando se pasa varias veces un peine de plástico sobre el cabello seco, éste se carga eléctricamente; se comprueba si lo acercamos a unos pequeños trozos de papel común, pues vemos como éstos son atraídos por el peine.

Ésta es una manifestación de la electricidad estática, la cual ya explicamos en la entrada anterior sobre " electricidad estática y dinámica ". Al frotarse ambos materiales la piel pierde electrones y los mismos son ganados por el peine. La piel se electriza positivamente y el peine negativamente.



Otros ejemplos de electricidad por frotación o fricción:

• El roce de las nubes con el aire.
• La fricción de un automóvil con el aire al desplazarse por una carretera.
• La fricción de una prenda de vestir de lana o material sintético con la piel.
• La piel con la pantalla del televisor.
• El caminar sobre una alfombra, etc.

Finalmente podemos decir que, aunque ésta es la forma más antigua que se conoce para producir electricidad, es muy difícil manejarla y dosificarla; ella existe y se emplea industrialmente en casos particulares, pero producirla en grandes cantidades para consumo doméstico no es posible.

Por reacciones químicas

Es muy sencilla la forma de producir electricidad por acción química; como ya se dijo en el tema de electricidad dinámica, esto lo hacen las pilas y las baterías eléctricas. Su funcionamiento se basa en la reacción química entre dos elementos diferentes. Si se introducen dos placas metálicas o electrodos metálicos como el cobre y el zinc en una solución ácida más agua, se puede comprobar la existencia de una fuerza electromotriz entre las dos placas cargadas una de iones negativos y la otra de iones positivos. Este fenómeno lo ampliaremos en próximas entradas.

Baterías eléctricas

Por presión o vibración

Ciertos cristales tienen propiedades piezoeléctricas, es decir, convierten la energía mecánica en energía eléctrica al ser sometidos a presión o vibración; estos son: el cuarzo, la turmalina, el titanio de bario, la sal de rochelle, etc. A este fenómeno se le llama piezoelectricidad. Como ejemplo de este principio, podemos mencionar los tocadiscos antiguos que utilizan un pequeño cristal piezoeléctrico con una aguja metálica, la cual, al pasar sobre la grabación del disco, presiona el cristal y genera pequeñas señales de fuerza electromotriz. Con la amplificación necesaria estas señales pueden hacer funcionar un altavoz por medio del cual se escuchan los sonidos con un buen volumen.

Sensor piezoeléctrico

Otra aplicación es el encendedor electrónico para la estufa de gas: cuando se acciona el pulsador, éste ejerce una presión sobre la superficie de un cristal de cuarzo y los electrones que se encontraban en dicha superficie saltan a la cara opuesta del cuarzo creando una diferencia de cargas entre ambas caras, generando la chispa. Los cristales piezoeléctricos tienen muchas aplicaciones en la industria: registran niveles de ruido, detectan cambios de presión, etc.

Por el calor y por la luz

Energía radiante es el nombre que se le da a la energía proporcionada por fuentes de calor o de luz. Muchas clases de instrumentos eléctricos y electrónicos aprovechan este fenómeno llamado efecto termoeléctrico para convertir variaciones de temperatura en electricidad y con ello obtener mediciones de calor de cierta precisión a través de un termómetro eléctrico. El componente que produce electricidad a partir de la energía calórica se llama termopar y está formado por dos metales diferentes, por ejemplo, níquel y latón, en él la energía del calor lleva los electrones libres de un metal a otro, produciendo entre los dos una fuerza electromotriz ( FEM ). Los termopares tienen varias aplicaciones en el hogar y en la industria, se usan en termómetros, controles de temperatura en hornos, alarmas contra incendios, etc.

Termómetro termopar tipo T de precisión

También se puede obtener electricidad de la luz o de la energía lumínica; ello se consigue con una celda fotovoltáica, una celda fotoeléctrica o una batería solar; como las utilizadas en los satélites y naves espaciales para obtener energía eléctrica del sol. Una celda fotovoltáica es un sandwich de tres capas o materiales diferentes: una primera capa delgada y translúcida que deja pasar la luz que es recibida por una capa sensible de selenio o silicio, creándose de esta forma una fuerza electromotriz entre las dos capas exteriores. Las celdas fotovoltaicas también son utilizadas en estudios fotográficos, cámaras de vídeo, televisión, cámaras de fotografía automáticas, iluminación en vías públicas, ascensores, etc.

En nuestra próxima publicación trataremos las diferentes formas de producción de grandes cantidades de energía eléctrica. ¡ Esperamos vuestra visita y lectura !.

Escrito por Archie Tecnology

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