Recordemos que los átomos están conformados por 3 partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones, donde los átomos tienen una propiedad denominada carga eléctrica que consiste en que los electrones se prenden o desprenden de su átomo para ir a otro. Por ejemplo en los imanes un extremo presenta más electrones de los que deben tener los atomos, y el otro ausencia de los electrones, provocando que cuando se encuentre con otro iman, se atraiga con fuerza cuando el extremo sin electrones se junte con el extremo con electrones, o lo contrario que se separen cuando se encuentran los dos extremos con electrones o los dos extremos sin electrones.
Cuando conectamos nuestro celular a una toma eléctrica el cargador como esta en la imagen encontramos 240V, 120V o 12V.
Es una unidad de voltaje y se mide en voltios en honor a Alessandro Volta(quien invento la primer bateria electríca). Estos mismos números los encontramos en baterías (9V), pilas(1.5v), rayos electrícos(100 millones de voltios) o incluso en los nervios humanos(0,0003v a 0,0007v). Podemos definir el voltaje como la fuerza que mide la atracción de los electrones(-) con los polos positivos( átomos con ausencia de electrones). En la siguiente imagen podemos observar una ilustración con dos ejemplos, el primer ejemplo hace referencia a las tormentas electrícas donde las nubes se cargan con electrones por su rozamiento y se descarga en forma de rayo a algún elemento del suelo que tenga ausencia de electrones, el segundo ejemplo hace referencia a como funciona una bateria la cual tiene un material que separa los electrones con un material que ausencia de los mismos:
Es importante aclarar que la forma como se expresa esta fuerza puede variar, en algunos casos no cambia por el tiempo y se llama voltaje directo, en ocasiones cambiar debido a la forma como se genera y se llama voltaje alterno, siendo importante reconocer como funciona para manipularlo de la mejor manera.
La generación de corriente electríca, que recibimos en nuestros hogares proviene en gran parte de la transformación de energía hidrica a energía electríca tal cual como podemos visualizar en la imagen anterior. Las aspas del molino al momento de generar el movimiento de electrones lo hace aprovechando las propiedades electrícas de los materiales que se cargan y se descargan (aprovechando su atracción y repulsión), alternando entre la ausencia de electrones y la presencia de estos. En la siguiente imagen podemos observar este proceso al final como se repite este procedimiento, en el caso de un red electríca el tiempo es de 16ms entre repetición y repetición, generando 60 repeticiones en un minuto lo que se denomina 60 Hertz
Posterior a las turbinas las cargas de energía electríca pasan por transformadores, torres de energía y cables conductores los cuales llegan a las empresas y hogares traducido en las tomas de energía en donde conectamos nuestros electrodomesticos y artefactos electrónicos. A continuación podemos definir algunos elementos de la distribución electríca
Dos aspectos importantes a resaltar sobre la distribución electríca son los siguientes: El primero es que según el motor que genera la electricidad en la central hidroelectríca puede ser monofásico, bifásico o trifásico lo cuál genera más potencia electríca y es la distribución de la señal en 1,2 o 3 lineas. Por lo general en los hogares tenemos un señal monofásica lo que quiere decir que solo se tiene un cable con el voltaje y el otro extremo que vemos en las tomas es la tierra. La cuál es una medida de referencia del punto de donde se generan los electrones y garantiza que la diferencia de voltaje siempre sea la misma.
El segundo aspecto es que que existen algunos electrodomesticos que funcionan con este sistema de voltaje alterno en donde repetidamente y ajustado a su capacidad llegan los electrones así como su respectiva ausencia por periodos de tiempo, como los que podemos ver en la siguiente imagen:
Un ventilador funciona empleando un motor en la aplicación contraria donde según la polaridad se mueven las aspas, una estufa electríca o una ducha electríca funcionan con la carga de electrones sobre un metal produciendo el efecto Joule reflejado en calor, una bombilla incandescente empleando el vacio y un filamento genera luz sin embargo actualmente una gran parte funcionan con voltaje directo los cuales usan un adaptador o cargador para su funcionamiento porque convierten la energía rectificandola y es el proceso que vamos a ver a continuación:
Cuando juntamos los dos extremos de una fuente de voltaje se crea un circuito, por lo general se realiza con material conductor de electrones que permite la movilización de ellos, circuitos que usamos cotidianamente es el celular, unos bombillos, motores para la batería, un control remoto o el agua en el caso de un rayo. La corriente electríca se mide en amperios.
La fuerza que tiene la corriente de electrones se denomina potencia electríca, es el resultado de múltiplicar el voltaje con la corriente, se mide en Watts o Vatios y es la unidad con la que se determina el funcionamiento de los artefactos así como el cobro de la energía electríca que llega a nuestros hogares. La formula para calcularla es la siguiente:
1.Una bateria tiene 9V y puede generar 3 amperios de corriente. ¿Cuál es su potencia electríca?
Inicialmente obtenemos las variables que tenemos del ejercicio:
Voltaje = 9V
Corriente= 3a
Haciendo uso de las formula anteriormente vista la solución es la siguiente:
El consumo energético hace referencia a la potencia electríca que consume un dispositivo electríco o electrónico. Con el valor de la potencia electríca podemos calcular la energía en Joules por unidad de tiempo empleado (para conocer cuanta energía pierde o gana un circuito) o el valor economíco de su gasto.
En el caso de Bogotá se manejan tarifas de kW/h, según el estrato a continuación se presentan los respectivos precios:
La unidad de Watts es una unidad de potencia electrica, y el Kilowatt hora consiste en un submultiplo que se cálcula dividiendo en 1000 el valor de la potencia en watt.
A continuación se presenta la potencia consumida por algunos electrodomesticos usuales:
| Licuadora | 500w |
|---|---|
| Maquina de cafe | 1000w |
| Lava-vajilla | 1200-1500w |
| Nevera | 1411W |
| Microondas | 1000w |
| Ventilador | 200w |
| Calentador (duchas) | 4500w |
| Lavadora | 800w |
| Plancha | 1200w |
| TV | 150W |
| Video Juegos | 150w |
| Bombillos | 20w |
| Bombillos LED | 10W |
| PC mesa | 200w |
| PC portaril | 100W |
| Modem | 7w |
| Recarga SmarthPhone | 6w |
| Despertador | 7w |
| Plancha de pelo | 150w |
| Afeitador electrico | 15w |
Asi por ejemplo si queremos calcular la potencia de emplear un afeitador electríco por 15 minutos, primero debemos multiplicar 15m*15 y dividir el valor en 60 porque es un fragmento de hora:
Así para encontrar el valor en KW/H dividimos el valor en 1000
Así este valor lo multiplicamos por el valor cobrado según el estrato y tenemos el costo de emplear economicamente nuestro artefacto. Algo que debemos tener en cuenta es que la energía electríca puede causar daños irreversibles a nuestro cuerpo por este motivo es fundamental quien manipule estos elementos sea un profesional certificado.