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electricity (history)

Electricidad.

Historia de la Electricidad

La electricidad, como fenómeno natural, ha fascinado a la humanidad desde tiempos antiguos. Su evolución histórica es el resultado de descubrimientos científicos, avances tecnológicos y aplicaciones prácticas que revolucionaron la vida moderna. Este documento presenta una síntesis cronológica de los hitos más importantes en el desarrollo de la electricidad.

Orígenes de la Electricidad

Las propiedades eléctricas ya eran conocidas por las civilizaciones antiguas. Alrededor del 600 a.C., Tales de Mileto descubrió que al frotar ámbar (elecktron en griego), este atraía objetos ligeros, un fenómeno conocido como electricidad estática. En el Imperio Romano, también se identificó la magnetita, un mineral con propiedades magnéticas.

Sin embargo, no fue hasta el Renacimiento que comenzaron los estudios metodológicos sobre electricidad y magnetismo. William Gilbert fue uno de los primeros en analizar estos fenómenos en el siglo XVII, clasificando los materiales en eléctricos (como el vidrio y la resina) y anéléctricos (como el cobre y la plata).

Siglo XIX: Descubrimientos Fundamentales

El siglo XIX fue un periodo clave para el estudio y aplicación de la electricidad:

  1. Alessandro Volta (1800): Inventó la pila galvánica, el primer generador de corriente eléctrica.
  2. Hans Christian Oersted (1819): Descubrió la relación entre la corriente eléctrica y el magnetismo.
  3. André-Marie Ampère (1827): Demostró que las corrientes eléctricas se comportan como imanes.
  4. George Ohm (1827): Formuló la Ley de Ohm, que relaciona la resistencia, el voltaje y la corriente.
  5. Michael Faraday (1831): Descubrió la inducción electromagnética, sentando las bases de los generadores eléctricos.
  6. James Prescott Joule (1841): Describió las pérdidas de energía en conductores mediante la Ley de Joule.

Estos descubrimientos permitieron convertir el trabajo mecánico en electricidad y viceversa, dando origen a aplicaciones prácticas como el telégrafo y los primeros generadores eléctricos rudimentarios.

La Revolución Tecnológica: Segunda Mitad del Siglo XIX

En este periodo, la electricidad dejó de ser una curiosidad científica y se convirtió en una tecnología con implicaciones sociales masivas:

  • Botella de Leyden: Primer dispositivo rudimentario de almacenamiento eléctrico.
  • James Clerk Maxwell (1873): Unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos en las ecuaciones de Maxwell, prediciendo la existencia de ondas electromagnéticas.
  • Thomas Edison (1879): Inventó la lámpara incandescente, universalizando el uso de la electricidad en la iluminación.

La primera central eléctrica comenzó a operar en Londres (1880), y en 1887, Buenos Aires contó con su primer sistema de iluminación eléctrica.

Corriente Continua vs. Corriente Alterna

La generación y transmisión de electricidad presentó varios desafíos técnicos. Inicialmente, el sistema de corriente continua (DC), defendido por Thomas Edison, se utilizó para la distribución eléctrica. Sin embargo, presentaba problemas de caída de tensión a largas distancias.

En la década de 1890, Westinghouse y Nikola Tesla introdujeron la corriente alterna (AC), la cual ofrecía ventajas importantes:

  1. Transformadores: Permiten cambiar fácilmente los niveles de voltaje y corriente.
  2. Generadores más simples y eficientes.
  3. Motores AC: Más baratos y funcionales.

La adopción de la corriente alterna permitió la transmisión de energía a largas distancias, resolviendo el problema de distribución y dando lugar a la creación de redes eléctricas interconectadas.

El Siglo XX: Electrificación Global

El siglo XX marcó la expansión masiva de la electricidad en todo el mundo:

  • Nikola Tesla (1895): Demostró la transmisión inalámbrica de energía.
  • Guglielmo Marconi (1901): Realizó la primera transmisión de radio transatlántica.
  • Heike Kamerlingh Onnes (1908): Descubrimiento de la superconductividad.
  • Frecuencia estandarizada (1900-1930): Se adoptó la frecuencia de 60 Hz en EE.UU., resolviendo problemas de interconexión.
  • Reactor nuclear (1954): Inició la producción de energía eléctrica mediante fusión nuclear.
  • Intel 4004 (1971): Primer microprocesador, revolucionando la era digital y los ordenadores personales.
Importancia de la Electricidad en la Actualidad

Hoy en día, la electricidad es fundamental para la vida moderna debido a:

  1. Facilidad de generación y transporte: Sistemas eléctricos a gran escala permiten suministrar energía a millones de personas.
  2. Aplicaciones diversas: Se convierte fácilmente en energía mecánica, térmica y luminosa, lo que impulsa industrias, hogares y tecnología.
  3. Redes de interconexión globales: Los sistemas eléctricos actuales son las redes más complejas y extensas del mundo, garantizando un suministro continuo.

Sin embargo, persiste el desafío del almacenamiento de energía eléctrica en su forma alterna, ya que no existen métodos eficientes y masivos para lograrlo.

Términos destacados :

  1. Alessandro Volta (Alessandro Volta)
  2. Ampere (Ampere)
  3. Botella de Leyden (Leyden Jar)
  4. Central eléctrica (Power Station)
  5. Corriente alterna (Alternating Current - AC)
  6. Corriente continua (Direct Current - DC)
  7. Ecuaciones de Maxwell (Maxwell's Equations)
  8. Electricidad estática (Static Electricity)
  9. Faraday (Faraday)
  10. Frecuencia estándar (Standard Frequency)
  11. Generador eléctrico (Electric Generator)
  12. Guglielmo Marconi (Guglielmo Marconi)
  13. Inducción electromagnética (Electromagnetic Induction)
  14. Intel 4004 (Intel 4004)
  15. James Clerk Maxwell (James Clerk Maxwell)
  16. Ley de Joule (Joule's Law)
  17. Ley de Ohm (Ohm's Law)
  18. Lámpara incandescente (Incandescent Lamp)
  19. Magnetismo (Magnetism)
  20. Microprocesador (Microprocessor)
  21. Nikola Tesla (Nikola Tesla)
  22. Redes interconectadas (Interconnected Networks)
  23. Revolución tecnológica (Technological Revolution)
  24. Superconductividad (Superconductivity)
  25. Transmisión inalámbrica (Wireless Transmission)

 

Cronología Histórica de la Electricidad
  • 600 a.C.: Tales de Mileto describe la electricidad estática en el ámbar.
  • 1800: Alessandro Volta inventa la pila eléctrica.
  • 1819: Hans Oersted descubre el efecto magnético de la corriente.
  • 1827: Ohm formula la Ley de Ohm.
  • 1831: Faraday descubre la inducción electromagnética.
  • 1873: Maxwell unifica la electricidad y el magnetismo.
  • 1879: Edison inventa la lámpara incandescente.
  • 1890: Adopción de la corriente alterna (AC).
  • 1901: Marconi realiza la primera transmisión de radio transatlántica.
  • 1954: Se inicia la producción de energía eléctrica nuclear.
  • 1971: Intel lanza el primer microprocesador, el Intel 4004.
  • 1991: Tim Berners-Lee crea la World Wide Web, revolucionando la forma en que se accede a la información.
electrochemistry

electroquímica.

Acción electroquímica de la batería de plomo-ácido

Una batería de plomo-ácido completamente cargada consta de dióxido de plomo (PbO2) como electrodos positivos, plomo poroso (Pb) como electrodos negativos y ácido sulfúrico diluido (H2SO4) mezclado con agua (H2O). El electrolito se diluye a una densidad relativa de 1,28. El plomo sirve como material activo, exhibiendo diferentes valencias en sus dos formas. En consecuencia, el número de electrones en la capa externa del plomo puro difiere cuando se combina con oxígeno en un compuesto.

El dióxido de plomo, con una valencia de cuatro (faltan cuatro electrones), se utiliza como electrodo positivo. Como se explicó anteriormente, cuando el ácido sulfúrico se disuelve en agua, se disocia en iones cargados: H+ (iones de hidrógeno), H3O+ (iones hidronio) y SO4- - (iones sulfato). La carga total del electrolito parece neutral desde el exterior debido a la cancelación de estas cargas. La división del electrolito en estos iones permite el flujo de corriente de carga o descarga a través del líquido.

El voltaje de una celda se origina a partir del movimiento de iones, partículas cargadas, desde los electrodos hacia la solución bajo presión de la solución. Los átomos de plomo liberan dos átomos cargados positivamente, que han cedido dos electrones, en el líquido. En consecuencia, el electrodo acumula un exceso de electrones, adquiriendo una polaridad negativa con respecto al electrolito. Cuando se sumerge otro electrodo en el electrolito, se desarrollan diferentes potenciales en los dos electrodos, lo que resulta en una diferencia de potencial entre ellos. Una batería de plomo-ácido típicamente mantiene una diferencia de potencial nominal de 2 V. Esta presión eléctrica entre las placas establece un equilibrio dentro del electrolito. Las cargas negativas en una placa ejercen una fuerza atractiva sobre los iones positivos en la solución, igual en magnitud a la presión de la solución, manteniendo así el equilibrio.

Al conectar un circuito externo a la celda, la presión de la solución y la fuerza atractiva se ven interrumpidas. Esto permite que partículas cargadas adicionales pasen a través del electrolito. Sin embargo, este proceso ocurre solo si el voltaje externo supera la tensión eléctrica dentro de la celda, lo que se conoce como voltaje de carga. El voltaje de carga facilita el paso de partículas cargadas, permitiendo el proceso de carga.

Durante la carga o descarga de una celda de plomo-ácido, ocurren transformaciones químicas significativas, que se pueden ver como dos reacciones distintas, que tienen lugar en las placas positivas y negativas. La reacción del electrodo en la placa positiva involucra la combinación de las ecuaciones (a) y (b).

(a) PbO2 + 4H+ + 2e- --> Pb++ + 2H2O

En esta reacción, el peróxido de plomo interactúa con los iones de hidrógeno disociados para formar plomo y agua.

(b) Pb++ + SO4-- --> PbSO4

Los iones de plomo ahora tienden a combinarse con los iones de sulfato del electrolito, lo que resulta en la formación de sulfato de plomo. En consecuencia, la reacción global en el polo positivo es:

(c) (a + b) PbO2 + 4H+ + SO4- - + 2e- --> PbSO4 + 2H2O

Esta reacción implica la producción de agua (a partir de la ecuación a) y la deposición de sulfato de plomo (a partir de la ecuación b), acompañada del consumo de ácido sulfúrico.

En el polo negativo, la reacción del electrodo es la siguiente:

(d) Pb -> Pb++ + 2e-

En este proceso, el plomo neutro pierde dos electrones negativos en la solución, adquiriendo una carga positiva.

(e) Pb++ + SO4- - --> PbSO4

Los iones de plomo cargados positivamente atraen a los iones de sulfato cargados negativamente de la solución, lo que resulta en la formación de sulfato de plomo. La reacción global en el polo negativo se puede expresar como:

(f) (d + e) Pb + SO4- - --> PbSO4 + 2e-

Esta reacción implica el consumo de ácido sulfúrico y la producción de agua a medida que la batería se descarga.

Cuando la batería se está cargando, el proceso anterior se invierte. Las reacciones involucradas en el proceso de carga son las siguientes:

La reacción de carga en el electrodo negativo:

(g) PbSO4 + 2e- + 2H+ -> Pb + H2SO4

Los electrones del circuito externo (2e-) se combinan con los iones de hidrógeno en la solución (2H+), lo que resulta en la formación de ácido sulfúrico a medida que la placa tiende hacia el plomo.

La reacción en el polo positivo es:

(h) PbSO4 - 2e- + 2 H2O -> PbO2 + H2SO4 + 2H+

Los electrones liberados al circuito externo (2e-) liberan iones de hidrógeno en la solución (2H+), lo que permite que la placa positiva transite hacia el peróxido de plomo y aumente la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito.

La reacción química neta global, que abarca los procesos de descarga y carga, se puede resumir como:

(i) (c + f or g + h) PbO2 + 2H2SO4 + Pb + 2PbSO4 + 2H2O

Esta reacción química reversible, que representa el ciclo de carga y descarga de la celda de plomo-ácido, ilustra el proceso completo. Muestra la transición desde el estado cargado (en el lado izquierdo de la reacción) hasta el estado descargado (en el lado derecho).

Otra reacción significativa en una batería es el fenómeno de formación de gases que ocurre una vez que la batería alcanza su estado completamente cargado. En este punto, cuando las placas de la batería se han transformado en plomo puro y peróxido de plomo, la fuente eléctrica externa desencadena la descomposición del agua en el electrolito. El voltaje de formación de gases para una batería de plomo-ácido típicamente oscila alrededor de 2,4 V. Este proceso de formación de gases conduce a la liberación de hidrógeno y oxígeno, lo que resulta en la pérdida de agua (H2O) y un aumento indeseable en la densidad del ácido electrolítico.

Como antes, consideremos por separado las reacciones que ocurren en cada polo de la batería.

En la placa positiva:

(j) 2H2O - 4e- --> O2 + 4H+

En la placa negativa:

(k)4H+ + 4e- -->2H2

El resultado general de la reacción se obtiene sumando estas dos ecuaciones:

(l) (j + k) 2H2O --> O2 + 2H2

Es aceptable que ocurra formación de gases durante un breve período para asegurar la conversión completa del sulfato de plomo en plomo o peróxido de plomo. Las rejillas dentro de una batería contribuyen al fenómeno de formación de gases. Si bien las baterías selladas enfrentan este desafío en mayor medida, se ha mitigado mediante el uso de plomo-calcio como material de rejilla en lugar del tradicional plomo-antimonio.

El voltaje de una celda y, en consecuencia, de toda la batería dependen en gran medida de la concentración de ácido en el electrolito, siendo la temperatura también un factor significativo. Este valor se puede calcular utilizando la tensión eléctrica promedio de las placas y la concentración de iones en la solución. La siguiente tabla proporciona los resultados calculados para estos parámetros a una temperatura de 27 °C. Como guía general, el voltaje de la celda es aproximadamente 0,84 más el valor de densidad relativa.

Tabla: Factores que afectan el voltaje de una celda de plomo-ácido
Densidad relativa del electrolito Voltaje de la celda (V) Densidad del ácido (g/ml) Voltaje de la celda (V)
1.28 2.12 1.210 2.07
1.27 2.11 1.205 2.06
1.26 2.10 1.200 2.05
1.25 2.09 1.195 2.04
1.24 2.08 1.190 2.03
1.23 2.07 1.185 2.02
1.22 2.06 1.180 2.01
1.21 2.05 1.175 2.00

Es importante tener en cuenta que estas reacciones y parámetros son aplicables a las baterías de plomo-ácido convencionales y pueden variar ligeramente en otros tipos de baterías, como las baterías de gel o las baterías de plomo-ácido selladas sin mantenimiento.

electrochemical electroquímicas
electrochemical cleaners limpiadores electroquímicos
electrocoating (Automotive) Electroforesis -pintar
electrode electrodo
electrode (Automotive) Electrodo
electrode gap (Automotive) Separación de electrodos
electro-deposition electrodeposición
electro-hydraulic electrohidráulico
electrolysis (Automotive) Electrólisis
electrolysis (Refrigeration and air conditioning) ELECTRÓLISIS: Movimiento de electricidad a través de una sustancia, el cual causa un cambio químico en la sustancia o su contenedor.
electrolyte electrolito
electrolyte (Automotive) Electrólito
electrolyte Solutions soluciones de electrolitos
electrolytic bath machine máquina para baños de electrolitos
electrolytic capacitor (Refrigeration and air conditioning) CAPACITOR ELECTROLÍTICO: Placa de superficie capaz de almacenar pequeñas cargas eléctricas.
electromagnet electroimán
electromagnet (Refrigeration and air conditioning) ELECTROIMÁN: Bobina de alambre enrollada alrededor de un núcleo de hierro suave. Cuando fluye una corriente eléctrica a través del alambre, el ensamble se vuelve un imán.
electromagnetic energy (Refrigeration and air conditioning) ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA: Energía que tiene características eléctricas y magnéticas. La energía solar es electromagnética.
electromotive force (Refrigeration and air conditioning) FUERZA ELECTROMOTRÍZ, fem: Voltaje. Fuerza eléctrica que causa que la corriente (electrones libres) fluya o se mueva en un circuito eléctrico. La unidad de medición es el voltio.
electron (Refrigeration and air conditioning) ELECTRÓN: Partícula elemental o porción de un átomo, la cual acarrea una carga negativa.
electron beam welding soldadura por haz electrónico
electronic electrónico
electronic (Automotive) Electrónico
electronic brake/traction control module (Automotive) Módulo de control de frenos/tracción
Electronic Control Analyzer Programmer programador analizador de control electrónico
electronic control module módulo de control electrónico
electronic control module (ECM) (Automotive) Módulo de control electrónico
electronic control system sistema de control electrónico
electronic control unit (Automotive) Centralita de encendido
Electronic Control Unit (ECU) - (automobile)

Unidad de Control Electrónico.

Definición:

Una Unidad de Control Electrónico (ECU) es un dispositivo computarizado que gestiona y controla diversos sistemas electrónicos y mecánicos en vehículos. La ECU recibe datos de sensores, procesa la información y envía comandos a actuadores para optimizar el rendimiento, la seguridad y la eficiencia del vehículo.

Conceptos clave:
  1. Funcionamiento básico:

    • Sensores: La ECU recopila datos de sensores como temperatura, presión, velocidad y posición.
    • Procesamiento: Analiza la información usando software y algoritmos preprogramados.
    • Actuadores: Envía señales a dispositivos como válvulas, inyectores o motores para ejecutar las acciones necesarias.
  2. Tipos de ECU:

    • Motor (ECU del motor o ECM): Controla la inyección de combustible, el encendido y otros parámetros del motor.
    • Transmisión (TCU): Gestiona los cambios de marcha en transmisiones automáticas.
    • Frenos (ABS ECU): Supervisa y regula el sistema de frenos antibloqueo.
    • Carrocería (BCM): Controla sistemas como luces, cerraduras y aire acondicionado.
    • Seguridad (SRS ECU): Administra sistemas de seguridad pasiva, como airbags.
  3. Funciones avanzadas:

    • Control en tiempo real: Ajusta parámetros críticos en milisegundos para responder a cambios en las condiciones de conducción.
    • Diagnóstico: Almacena códigos de error para identificar problemas en el vehículo.
    • Comunicación en red: Interactúa con otras ECU a través de protocolos como CAN (Controller Area Network).

Usos:

  1. Gestión del motor:
    • Optimiza el rendimiento del motor ajustando la mezcla aire-combustible y el tiempo de encendido.
  2. Eficiencia y emisiones:
    • Reduce el consumo de combustible y las emisiones mediante ajustes precisos en tiempo real.
  3. Sistemas de seguridad:
    • Activa sistemas como el control de tracción (TCS) y los airbags en situaciones críticas.
  4. Confort y asistencia:
    • Controla funciones como climatización, navegación y asistencia al conductor.
Ventajas:
  • Precisión y eficiencia: Permite ajustes finos para maximizar el rendimiento del vehículo.
  • Flexibilidad: Soporta actualizaciones de software para mejorar o añadir funciones.
  • Diagnóstico avanzado: Facilita la identificación y solución de problemas.
Desventajas:
  • Complejidad: Requiere conocimientos técnicos avanzados para su diagnóstico y reparación.
  • Costo: Las ECU y su mantenimiento pueden ser costosos.
  • Dependencia electrónica: Si falla, puede afectar múltiples sistemas del vehículo.
electronic control unit (ECU) (Automotive) Unidad de control electrónica
electronic distributorless ignition (EI) (Automotive) Encendido electrónico sin distribuidor
electronic feedback controller (Automotive) Controlador electrónico de retroalimentación
Electronic Hydrostatic Control control electrónico de la transmisión hidroestática
electronic ignition (Automotive) Encendido electrónico
electronic Ignition System sistema de encendido electrónico
electronic ignition system (Automotive) Sistema de encendido electrónico
electronic instrument cluster (Automotive) Tablero de instrumentos electrónico
electronic key llave electrónica
electronic leak detector (Refrigeration and air conditioning) DETECTOR DE FUGAS ELECTRÓNICO: Instrumento electrónico que mide el flujo electrónico a través de una rejilla de gas. Los cambios en el flujo electrónico, indican la presencia de moléculas de gas refrigerante.
electronic liquid indicator (Refrigeration and air conditioning) INDICADOR DE LÍQUIDO ELECTRÓNICO: Dispositivo que envía una señal audible, cuando al sistema le hace falta refrigerante.
Electronic Modular Control Panel tablero de control electrónico modular
Electronic Modular Control Panel 3 tablero de control electrónico modular 3
Electronic Monitoring System Sistema Monitor Electrónico
electronic ride control (Automotive) Control electrónico del viaje