Mucho antes de que tuviéramos algún conocimiento concreto de la electricidad, se sabía que los peces eléctricos aplicaban descargas eléctricas. Según los libros del antiguo Egipto escritos hace 4.750 años, estos peces eran conocidos como los "portadores del trueno del Nilo" y eran los protectores de todos los demás peces. Unos 2.500 años después, los griegos, los romanos, los naturalistas árabes y los científicos médicos árabes volvieron a registrar este pez generador de electricidad.
El antiguo médico romano Escribonius Largus también sugirió en su obra maestra "Compositiones Medicae" que los pacientes que padecían enfermedades como gota o dolores de cabeza debían tocar los torpedos, tal vez una fuerte descarga eléctrica pudiera curar sus enfermedades.
Los antiguos árabes fueron probablemente los primeros en comprender la naturaleza del rayo. Ya en el siglo XV, los árabes crearon la palabra árabe "raad" para "relámpago" y usaron esta palabra para referirse a los torpedos.
En las culturas antiguas de la región mediterránea, existen registros escritos antiguos de que frotar varillas de ámbar con pelo de gato atraería plumas y otras cosas. Tales, 640-546 a. C., hace unos 2.600 años. El antiguo filósofo griego c) hizo una serie de observaciones sobre la electricidad estática. Basándose en estas observaciones, creía que la fricción causaba que el ámbar se magnetizara.
Esto es muy diferente a las propiedades de minerales como la magnetita; la magnetita es naturalmente magnética. Tales estaba equivocado. Pero más tarde, la ciencia confirmó la estrecha relación entre el magnetismo y la electricidad.
En segundo lugar, la investigación moderna
Sin embargo, durante miles de años, la gente sólo ha observado fenómenos naturales como truenos y relámpagos, pero no comprende la naturaleza de la electricidad. No fue hasta 1600 que el científico británico William Gilbert comenzó a estudiar sistemáticamente los fenómenos de la electricidad y el magnetismo debido a su actitud científica rigurosa. Gilbert fue el médico de la reina Isabel I. Estaba particularmente interesado en la electricidad y el magnetismo y escribió el primer libro científico sobre electricidad y magnetismo, Magnets.
Este es un libro con un espíritu científico moderno, centrado en resultados experimentales. Gilbert señaló que no sólo el ámbar puede generar electricidad estática a través de la fricción, sino que los diamantes, zafiros, vidrio, etc. también pueden mostrar las mismas propiedades eléctricas. Aquí logró disipar la idea errónea de que el atractivo del ámbar era una propiedad intrínseca del mismo, una creencia que había persistido durante 2.000 años.
El electroscopio fabricado por Gilbert puede detectar con sensibilidad cargas electrostáticas. Durante el siglo siguiente, este fue el mejor instrumento para detectar cargas electrostáticas.
Anteriormente, el matemático y doctorado italiano Gerolamo Cardano enumeró algunas diferencias entre los fenómenos eléctricos y magnéticos.
Gilbert se inspiró en los resultados de Cardano y propuso más diferencias: la materia cargada atrae toda la demás materia, mientras que los imanes solo atraen el hierro; el ámbar requiere fricción. Se produce electricidad y los imanes no requieren ninguna acción; alinean los objetos en una determinada dirección, mientras que la materia cargada simplemente atrae otra materia.
¿Gilbert acuñó un nuevo término latino "electrica" (similar a ámbar, de)? λ ε κ ρ ρ ο ν", "elektron", "ámbar" en griego), se refiere a aquellas sustancias que tienen la atracción del ámbar.
Por sus muchas contribuciones a la electricidad, Gill Bert fue honrado como el "padre de la electricidad" por generaciones posteriores. Más tarde, las palabras inglesas "electric" y "electric" se derivaron de "electricus". Estas dos palabras inglesas aparecieron por primera vez en el libro de Thomas Brown de 1646, "Pseudodoxia Epidemica". >
Después de esto, los científicos Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray y Charles Dufy et al realizaron más investigaciones en los siglos III y XVIII. En 1767, Joseph Priestley descubrió que la electricidad dentro de un recipiente de metal cargado. era cero. A partir de los resultados experimentales, supuso con precisión que la atracción entre objetos cargados y la gravitación universal obedecen a la misma ley.
En 1785, Charles Coulomb realizó un experimento utilizando una balanza de torsión, que confirmó la conjetura de Priestley: la fuerza de interacción entre dos objetos cargados es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Estableció la ley básica de la electrostática, la ley de Coulomb. Aquí, el estudio de la electricidad ha sido elevado a la categoría de ciencia exacta.
En 1791, Luigi Galvani descubrió que si se conectaba una rana a un generador electrostático para formar un circuito cerrado, y luego se encendía el generador electrostático, los músculos de la rana vibraban. Este experimento muestra que las células nerviosas dependen de dieléctricos para transmitir señales a los músculos. Así, fundó el campo académico de la bioelectricidad.
En 1800, el conde Alejandro Volta empapó láminas de cobre y zinc en agua salada, las conectó con cables e hizo la primera batería: la pila de baterías Voltaica, que puede considerarse el antepasado de las baterías modernas. Los reactores Volta proporcionan a los científicos una fuente de energía más estable que los generadores electrostáticos que pueden suministrar corriente eléctrica de forma continua.
Siglo Cuarto, XIX
En 1820, mientras hacía experimentos en el aula, Hans Oersted descubrió accidentalmente que la corriente eléctrica podía desviar la dirección de una brújula y demostró que se generaría un campo magnético. alrededor de la corriente, que es el efecto magnético de la corriente.
Posteriormente, André Marie Ampère describió cuantitativamente este fenómeno y dio la ley de Ampère y la ley de Ampère. Los resultados de su investigación vincularon con éxito la electricidad y el magnetismo y se conocieron como "fenómenos electromagnéticos". Usando esta teoría, podemos crear electroimanes que sean más fuertes que los imanes naturales. Del 65438 al 0827, Georg Ohm desarrolló una exquisita teoría matemática para analizar circuitos eléctricos.
En 1831, Faraday y Joseph Henry descubrieron de forma independiente la inducción electromagnética: los cambios en un campo magnético pueden producir un campo eléctrico. En 1865, James Maxwell integró el electromagnetismo, propuso las ecuaciones de Maxwell y derivó la ecuación de las ondas electromagnéticas. Dado que la velocidad de las ondas electromagnéticas que calculó era igual a la velocidad medida de la luz, predijo audazmente que las ondas de luz eran ondas electromagnéticas.
En 1887, Heinrich Hertz generó y recibió con éxito las ondas electromagnéticas descritas por Maxwell. Maxwell combinó la electricidad, el magnetismo y la óptica en una sola teoría.
En 1859, el físico alemán Julius Plucker conectó electricidad de alto voltaje entre los electrodos en ambos extremos del tubo de vacío para producir rayos catódicos. Los físicos descubrieron que los rayos catódicos viajan en línea recta, pero su dirección de propagación es desviada por los campos magnéticos. Los rayos catódicos tienen un impulso y energía mensurables. En 1897, Joseph Thomson realizó experimentos y confirmó que los rayos catódicos están compuestos de partículas cargadas negativamente. Estas partículas se llaman electrones, por lo que descubrió los electrones.
A principios del siglo XIX se produjo un rápido y vigoroso desarrollo del electromagnetismo. En el período posterior, con el avance del conocimiento electromagnético, la ingeniería eléctrica comenzó a realizar avances revolucionarios.
Por ejemplo, Alexander Bell inventó el teléfono, Thomas Edison diseñó la brillante lámpara incandescente y el sistema de alimentación de CC, Nikola Tesla inventó el motor de inducción y descubrió la corriente alterna, y Karl Blau En mejoró el tubo de rayos catódicos instalado en un monitor o televisión.
Gracias a las aportaciones de estos y muchos otros inventores, la electricidad se ha convertido en una herramienta esencial en la vida moderna y fue un importante motor de la Segunda Revolución Industrial.
Siglos V y XX
El físico alemán Heinrich Hertz descubrió en 1887 que hacer brillar un electrodo con luz ultravioleta ayudaba a producir más chispas. Este es el fenómeno causado por el efecto fotoeléctrico. Físicos como Joseph Thomson y Philip Leonard han realizado muchas investigaciones teóricas y experimentales sobre el efecto fotoeléctrico.
En 1905, Albert Einstein publicó un artículo explicando gran parte de los datos experimentales sobre el efecto fotoeléctrico. Einstein creía que los rayos de luz estaban formados por conjuntos discretos de cuantos (ahora llamados fotones) en lugar de ondas continuas.
Si la frecuencia de un fotón es mayor que una determinada frecuencia límite, el fotón tiene suficiente energía para hacer que los electrones de la superficie del metal escapen, produciendo un efecto fotoeléctrico. Este importante descubrimiento abrió la puerta a la física cuántica.
En 1901, Guillermo Marconi envió una señal de radio desde Inglaterra a través del Atlántico hasta Canadá. Cinco años más tarde, Lee Forrest, el "padre de la radio", desarrolló el triodo de vacío. Este gran invento impulsó rápidamente la era electrónica, haciendo que la tecnología de radio y telefonía de larga distancia dejara de ser un sueño lejano.
Décadas de 1960, 1940 y 1960. En la década de 1950, los componentes sólidos comenzaron a aparecer en cada vez más ocasiones, lo que marcó el rápido declive de la tecnología de tubos de vacío y el auge de la tecnología de semiconductores. En 1947, William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain de los Laboratorios Bell inventaron el transistor.
Este es uno de los inventos más importantes del siglo XX. La mayoría de los aparatos eléctricos requieren transistores. Jack Kilby inventó de forma independiente el circuito integrado en 1958 y Robert Noyce inventó de forma independiente el circuito integrado en 1959.
Hoy en día se pueden ensamblar en un circuito integrado una gran cantidad de componentes electrónicos como transistores, diodos, resistencias y condensadores.
Producción y aplicación
1. Generación y transmisión de energía
En el siglo VI a.C., el filósofo griego Tales de Mileto realizó experimentos con varillas de ámbar. Estos experimentos fueron los primeros estudios de producción de energía eléctrica. Este método, ahora llamado efecto triboeléctrico, puede levantar objetos ligeros y generar chispas, pero es extremadamente ineficaz.
No fue hasta la invención de la pila voltaica en el siglo XVIII que apareció una fuente de energía viable. Las pilas Volta y sus derivados modernos, las baterías, almacenan energía químicamente y la proporcionan en forma de electricidad cuando es necesario.
La batería es una fuente de energía versátil, muy común y adecuada para muchas aplicaciones, pero su almacenamiento de energía es limitado y debe desecharse o recargarse una vez descargada. Para grandes demandas de energía, la energía eléctrica debe generarse y transmitirse continuamente a través de líneas de transmisión conductoras.
La electricidad se produce normalmente mediante generadores electromecánicos, alimentados por vapor procedente de la combustión de combustibles fósiles o calor liberado por reacciones nucleares o de otras fuentes, como la energía cinética extraída del viento o del agua corriente. La moderna turbina de vapor, inventada por Sir Charles Parsons en 1884, utiliza varias fuentes de calor para generar aproximadamente el 80% de la electricidad mundial actual.
Estos generadores no son similares al generador de disco unipolar de Faraday de 1831, pero aún se basan en su principio electromagnético, según el cual un conductor conectado a un campo magnético cambiante induce en sus extremos una diferencia de potencial.
65438 La invención del transformador a finales del siglo XIX significó que la electricidad podía transmitirse de manera más eficiente a voltajes más altos y corrientes más bajas. Una transmisión de energía eficiente, a su vez, significa que la electricidad puede generarse en centrales eléctricas centralizadas, donde se beneficia de economías de escala, y luego transportarse a donde se necesita relativamente lejos.
Debido a que el almacenamiento de energía eléctrica es insuficiente para satisfacer las necesidades nacionales, es necesario generar la energía eléctrica necesaria con precisión en todo momento. Esto requiere que las compañías eléctricas pronostiquen cuidadosamente sus cargas de energía y mantengan una coordinación continua con sus centrales generadoras. Siempre debe reservarse una cierta cantidad de generación para amortiguar las inevitables perturbaciones y pérdidas en la red.
Con la modernización y el desarrollo económico del país, la demanda de electricidad está creciendo a un ritmo extremadamente rápido. La demanda anual en Estados Unidos creció un 65.438 02 en las tres primeras décadas del siglo XX, y economías emergentes como India o China están experimentando ahora esta tasa de crecimiento. Históricamente, la demanda de electricidad ha crecido más rápido que otras formas de energía.
Las preocupaciones ambientales asociadas con la generación de energía han llevado a una mayor atención a las fuentes de energía renovables, particularmente la energía eólica y solar. Si bien se espera que continúe el debate sobre el impacto ambiental de los diferentes modelos de generación de energía, su forma final es relativamente clara.
2. Aplicaciones
La electricidad es una forma muy cómoda de transmitir energía y se ha adaptado a un gran y creciente número de usos. La invención de la práctica bombilla incandescente en la década de 1870 hizo de la iluminación una de las primeras aplicaciones publicitadas de la electricidad. Si bien la electrificación trajo sus propios peligros, la sustitución de la iluminación de gas por llamas abiertas redujo en gran medida los riesgos de incendio en hogares y fábricas.
Muchas ciudades han establecido empresas de servicios públicos para apuntar al mercado emergente de iluminación eléctrica.
A finales del siglo XX y en la era moderna, comenzó la tendencia hacia la desregulación del sector eléctrico.
El efecto de calentamiento Joule resistivo utilizado en las bombillas de incandescencia también se utiliza más directamente para el calentamiento eléctrico. Aunque esto es común y controlable, también es un desperdicio porque la mayor parte de la generación de electricidad ya requiere centrales eléctricas para generar calor.
Algunos países, como Dinamarca, han legislado para limitar o prohibir el uso de calefacción eléctrica por resistencia en edificios nuevos. Sin embargo, la electricidad sigue siendo una fuente de energía muy práctica para calefacción y refrigeración. El aire acondicionado y las bombas de calor representan un sector con una demanda creciente de electricidad para calefacción y refrigeración, y las empresas eléctricas deben adaptarse cada vez más a sus impactos.
La electricidad se utiliza en las telecomunicaciones. De hecho, el telégrafo demostrado por Cook y Wheatstone en 1837 fue una de sus primeras aplicaciones. Con el establecimiento del primer sistema de telégrafo transcontinental en la década de 1760, y más tarde el sistema de telégrafo transatlántico, la electricidad permitió las comunicaciones globales en minutos. La fibra óptica y las comunicaciones por satélite han acaparado cuota de mercado de los sistemas de comunicaciones, pero se espera que la electricidad siga siendo una parte importante del proceso.
El impacto más obvio del electromagnetismo es el uso de motores eléctricos, que proporcionan un medio de energía limpio y eficiente. Los motores estacionarios, como los cabrestantes, pueden proporcionar energía fácilmente, pero los motores que se mueven con la aplicación, como los vehículos eléctricos, deben llevar una fuente de energía, como una batería, o ser alimentados a través de contactos deslizantes, como un pantógrafo.
Los vehículos eléctricos se utilizan en el transporte público, como autobuses y trenes eléctricos, así como en un número cada vez mayor de vehículos eléctricos de propiedad privada que funcionan con baterías.
Los dispositivos electrónicos utilizan transistores, probablemente uno de los inventos más importantes del siglo XX y un componente fundamental de todos los circuitos modernos. Los circuitos integrados modernos pueden contener miles de millones de transistores miniaturizados en un área de apenas unos pocos centímetros cuadrados.