T-6 Naturales: La energía. La electricidad y el magnetismo.

Qué es la electricidad
1. La carga eléctrica es una propiedad que adquiere la materia en ciertas condiciones. También se denomina electricidad estática.
  1. Los objetos pueden adquirir carga positiva o negativa en mayor o menor cantidad. • Los objetos con cargas opuestas (positiva y negativa) se atraen. • Los objetos que tienen cargas del mismo signo (positiva y positiva o negativa y negativa) se repelen.
2. La corriente eléctrica
  1. La carga eléctrica puede transferirse de unos objetos a otros cuando hay diferencia de carga entre ellos y hay algo que los pone en contacto. Por ejemplo: • Entre las nubes de tormenta y la superficie terrestre hay una gran diferencia de carga: una es muy positiva y otra muy negativa. Por eso se produce un movimiento de carga eléctrica entre ambos cuerpos a través del aire que hay entre ellos. Esa corriente eléctrica es el rayo.
  2. • Entre los dos polos de una batería, positivo y negativo, hay diferencia de carga. Por eso, si se conectan mediante un cable metálico, la carga se mueve de uno a otro polo.
  3. Llamamos corriente eléctrica al movimiento de la carga eléctrica a través de los objetos capaces de conducirla.
3. La energía eléctrica
  1. La corriente eléctrica se asocia con la energía eléctrica, que es la que utilizan nuestras máquinas eléctricas para funcionar. Como todas las formas de energía, la energía eléctrica produce cambios en los materiales y se puede transformar en otras formas de energía. Por ejemplo: se transforma en energía luminosa en las bombillas; en energía térmica en las resistencias de una plancha; en energía mecánica en los motores eléctricos...
Los materiales y la corriente eléctrica
1. Los materiales conductores
  1. Un material es conductor de la electricidad si permite el paso de la corriente eléctrica.
2. Los materiales aislantes
  1. Un material es aislante de la electricidad si no permite el paso de la corriente eléctrica. Son aislantes eléctricos la madera, muchos plásticos, el agua pura, la goma... De ellos decimos que tienen gran resistencia eléctrica.
3. Los efectos de la electricidad
  1. Los principales efectos de la electricidad son el calor, la luz, los cambios químicos y el magnetismo.
  2. Los materiales conductores ofrecen una cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica; unos más y otros menos. Esta resistencia se debe a que las cargas en movimiento chocan dentro del material a medida que avanzan. El choque de las cargas con el material conductor hace que este se caliente, de modo que la corriente eléctrica genera calor. Este efecto se utiliza en los calefactores eléctricos, las planchas, las cocinas eléctricas...
  3. Ciertos materiales son capaces de emitir luz cuando la corriente eléctrica circula por ellos. Este efecto se utiliza en las lámparas LED.
  4. Cuando la electricidad circula por algunas disoluciones acuosas, puede producir reacciones químicas entre los componentes de la disolución, que se transforman en compuestos diferentes. Este efecto es el que hace funcionar las baterías, se emplea para cromar objetos metálicos...
  5. Cuando la corriente eléctrica circula por un con- ductor, produce a su alrededor un efecto mag- nético que atrae o repele a los imanes. Este efecto electromagnético y sus aplicaciones se estudiarán más adelante.
Los circuitos eléctricos
1. Componentes de un circuito Un circuito eléctrico consta de generadores, cables conductores, interruptores y receptores.
  1. Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que permiten generar, distribuir y aprovechar la energía de una corriente eléctrica.
2. Un generador es un dispositivo que transforma en energía eléctrica otras formas de energía y produce corriente eléctrica. Por ejemplo: • Las pilas y las baterías transforman en electricidad la energía de reacciones químicas. • Los alternadores y dinamos transforman en electricidad la energía mecánica de objetos en movimiento como turbinas hidráulicas o eólicas o ejes de motores de gasolina. • Las placas fotovoltaicas transforman la luz solar en electricidad.
3. Los cables conductores transportan la corriente eléctrica desde el generador a los receptores. Suelen estar recubiertos de materiales aislantes para evitar pérdidas de corriente o accidentes.
4. Los interruptores son dispositivos que se pueden accionar para permitir o impedir el paso de la corriente eléctrica por un cable.
5. Los receptores son elementos del circuito que utilizan la energía eléctrica que les llega por los cables y la transforman en otras formas de energía. Por ejemplo: • Las bombillas y leds la transforman en luz. • Un horno o una plancha, en calor. • Un motor eléctrico, en movimiento.
El magnetismo
1. Los imanes y sus características
  1. Hay imanes naturales, como el mineral llamado magnetita. También se pueden fabricar imanes artificiales a partir de metales, sobre todo a partir del hierro, del cobalto, del níquel, del neodimio... Todo imán tiene dos polos y genera un campo magnético:
  2. Los polos de un imán son dos zonas, generalmente situadas en sus extremos, en las que se concentra la fuerza magnética. Se nombran como norte (N) y sur (S).
    1. No existe un imán con un solo polo. Si se corta un imán por la mitad, cada mitad es un nuevo imán, con su polo norte y su polo sur. • Si aproximamos dos imanes por dos polos de distinto nombre, los imanes se atraen. • Si los aproximamos por dos polos del mismo nombre, los imanes se repelen.
  3. Si acercamos un imán a un objeto de hierro, comprobamos que, a partir de una cierta distancia, lo atrae, debido a que el imán ejerce una influencia en el espacio que lo rodea. Esta influencia del imán en su entorno se llama campo magnético, y es más intensa en las zonas más próximas al imán. El campo se visualiza como compuesto por líneas de fuerza que parecen ir de un polo a otro.
2. El magnetismo terrestre
  1. La Tierra tiene en su interior un núcleo formado por una mezcla de metales, sobre todo hierro y níquel, que tiene propiedades magnéticas. Por esa razón, la Tierra se comporta como un gran imán y, como todos los imanes, crea un campo magnético a su alrededor con dos polos, el norte magnético y el sur magnético, que no coinciden con los polos geográficos.
3. Aplicaciones del magnetismo
  1. Debido a su gran utilidad, los imanes tienen nu- merosas aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo:
  2. Las brújulas son artefactos que permiten detectar el campo magnético terrestre y que se orientan debido a su influencia. Están formadas por un pequeño imán en forma de aguja que puede girar libremente. Este imán es atraído por el campo magnético terrestre y se orienta en la dirección norte-sur de sus polos. Las brújulas nos ayudan a orientarnos.
  3. Ciertos materiales formados por partículas con propiedades magnéticas nos permiten almacenar en ellos información digital. Se emplean en los soportes de grabación de datos de los ordenadores y otros dispositivos electrónicos (discos duros, pendrives, tarjetas SD...), en las bandas magnéticas de los billetes de autobús o las de las tarjetas de los bancos...
  4. Muchos cierres de puertas, maletas, bolsos, broches o frigoríficos tienen imanes que impi- den que se abran fácilmente. También se uti- lizan como sistemas de sujección de objetos decorativos, en juguetes... Los imanes se emplean, combinados con la electricidad, en los generadores y los motores eléctricos, en los altavoces y los micrófonos...
El electromagnetismo y sus aplicaciones
1. El conjunto de estos fenómenos en los que intervienen el magnetismo y la electricidad se llama electromagnetismo.
2. Los electroimanes
  1. Si enrollamos un hilo conductor en una barra de hierro y hacemos pasar una corriente eléctrica por él, observaremos que la barra de hierro atrae objetos metálicos; es decir, se ha convertido en un imán, que denominamos electroimán. Si la corriente eléctrica cesa, las propiedades magnéticas de la barra de hierro desaparecen: el electroimán es un imán temporal.
3. Aplicaciones de los electroimanes
  1. Los electroimanes tienen unas ventajas sobre los imanes permanentes que los hacen muy útiles para muchos propósitos. La principal ventaja reside en que su fuerza magnética se puede activar, ampliar, reducir o anular a voluntad, modificando la cantidad de electrici- dad que circula por el hilo conductor. Esto hace que los electroimanes tengan múltiples aplicaciones tecnológicas. Algunas de las más importantes son las siguientes:
    1. Usos en aparatos domésticos. En los timbres eléctricos, un electroimán acciona el elemento que vibra y produce el sonido. En los interruptores relevadores o relés que tienen numerosos electrodomésticos o los coches, un electroimán dirige la corriente a un circuito eléctrico o a otro según convenga. • Usos en el transporte. Existen trenes que viajan levitando sobre un raíl debido a la fuerza de repulsión que producen unos electroimanes.
    2. Usos en la industria. Los electroimanes se instalan en gruas que tienen que elevar y trasladar residuos metálicos. También se utilizan para separar materiales metálicos del resto de la basura en vertederos y centros de reciclaje... • Usos científicos y médicos. Los microscopios electrónicos o los escáneres de resonancia magnética utilizan electroimanes.
Los generadores electromagnéticos
1. Los aparatos que utilizan el magnetismo para generar electricidad se llaman generadores electromagnéticos. Los principales son los alternadores y las dinamos.
2. ¿Dónde hay generadores electromagnéticos?
  1. En la actualidad, los generadores electromagnéticos producen la mayor parte de la electricidad que llega a nuestras casas, a las industrias, al alumbrado público... También se utilizan generadores de este tipo para producir la electricidad que utilizan los coches y otros vehículos. En todos ellos, el imán o la bobina se acoplan a un eje que permite que se muevan uno alrededor del otro y generen la electricidad. Para comunicar el movimiento al eje, estos generadores aprovechan la energía mecánica de:
    1. El motor del vehículo, como en los alternadores de muchos vehículos. • Una turbina hidráulica que gira gracias a la energía de una corriente de agua, en las centrales hidroeléctricas. • Una hélice que gira gracias a la energía del viento, en los aerogeneradores. • Una turbina de vapor que gira gracias al vapor de agua a presión que se produce en las centrales térmicas y en las nucleares.
Los generadores electromagnéticos
1. Los aparatos que utilizan el magnetismo para generar electricidad se llaman generadores electromagnéticos. Los princi- pales son los alternadores y las dinamos.
2. Para comunicar el movimiento al eje, estos generadores aprovechan la energía mecánica de: • El motor del vehículo, como en los alternadores de muchos vehículos. • Una turbina hidráulica que gira gracias a la energía de una corriente de agua, en las centrales hidroeléctricas. • Una hélice que gira gracias a la energía del viento, en los aerogeneradores. • Una turbina de vapor que gira gracias al vapor de agua a presión que se produce en las centrales térmicas y en las nucleares.

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