Se denomina choque eléctrico1​ o accidente eléctrico a una lesión producida por el efecto de la corriente eléctrica en el ser humano o en un animal. Son varios los factores que determinan la envergadura del daño.

Choque eléctrico
Símbolo de advertencia de tensión eléctrica peligrosa

Anuncio de peligro.

Señal de advertencia de riesgo eléctrico en un área perimetral

Pueden presentarse lesiones nerviosas, alteraciones químicas, daños térmicos y otras consecuencias de accidentes secundarios (como por ejemplo fracturas óseas). En español se reservan los términos «electrocutar» y «electrocución» para los casos de accidente eléctrico con resultado de muerte.2​

Junto a las magnitudes de la tensión eléctrica, de la densidad de corriente y de la intensidad de corriente (también conocida como amperaje), también desempeña un papel el hecho de que se trate de corriente alterna o continua, así como también cuánto tiempo y por qué vía el cuerpo de la persona (o en su defecto, del animal) ha sido atravesado por la corriente eléctrica.

Tipos de corriente e intensidad

A partir de una intensidad de 10 miliamperios de corriente alterna de baja frecuencia (el umbral bajo el cual no llega a producirse aferramiento) se desencadenan contracciones de la musculatura esquelética. Debido a la constitución más firme de los músculos flexores respecto de los músculos extensores estas contracciones pueden llevar a que la persona "se aferre" a la fuente de corriente eléctrica y con ello a un tiempo más prolongado de exposición. A partir de 30-50 miliamperios, puede sobrevenir una contracción torácica que, al implicar la tensión de los músculos respiratorios y del diafragma durante la duración del flujo de corriente, puede producir un paro respiratorio. Esto también puede ocurrir cuando el flujo de corriente afecta al centro respiratorio del tronco del encéfalo (lo que típicamente sucede, por ejemplo, en un accidente por impacto de un rayo con flujo de corriente a través de la cabeza).3​

La corriente alterna de 50 Hz, puede conducir la muerte por paro cardíaco, incluso a partir de una intensidad de 10 mA, si la duración de la exposición es de más de 2 segundos. Para la frecuencia de 50 Hz (típica para la mayoría de los países europeos) la corriente alterna actúa 100 veces por segundo sobre la fase sensible del músculo cardíaco. Esta duplicación resulta de que tanto el semiciclo (la media onda) positivo, como el semiciclo negativo de la corriente alterna tienen efecto biológico. En contraposición, pueden registrarse casos de supervivencia en accidentes con corriente continua, incluso hasta 300 mA.4​

La magnitud real del flujo eléctrico depende de la resistencia eléctrica que el cuerpo humano o animal presente al ser atravesado por la corriente. Esta resistencia no es constante y depende a su vez de varios parámetros. En la práctica, la mayor parte de las veces en que se hace referencia a las fuentes de peligro se trata de las fuentes de tensión. La corriente eléctrica es la resultante del valor de la tensión y de la resistencia del cuerpo. Sin embargo, casi siempre se utiliza la tensión eléctrica como criterio para la clasificación de riesgo, debido a que los valores de la resistencia del cuerpo fluctúan dentro de determinados rangos conocidos.

No obstante hay notables excepciones: Un desfibrilador se aplica para salvar la vida, pero la tensión alcanza hasta 750 voltios y el tiempo entre 1 y 20 milisegundos. La intensidad de corriente puede alcanzar hasta aproximadamente 15 amperios, supuesta una resistencia corporal promedio de 50 ohmios. La corriente continua produce cambios químicos en el cuerpo, debido a la electrólisis.

La alta frecuencia a partir de ca. 100 kHz produce apenas una estimulación nerviosa mínima y sobre los 300 kHz no produce absolutamente ninguna, dado que la conducción iónica imperante en los nervios ya no logra seguir el ritmo acelerado de los cambios de polarización. Pueden presentarse, sin embargo, las lesiones térmicas que son dependientes de la tensión y constituyen efectos deseables en la electrocirugía para detener hemorragias.

Tensión eléctrica

En la mayor parte de los países de Europa la tensión de contacto máxima está controlada por organismos reguladores que establecen normas. En Alemania, por ejemplo, la «Asociación de Electrotecnia, Electrónica e Informática» (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik, VDE) ha establecido que esta no debe exceder los 50 voltios para la corriente alterna o 120 voltios para corriente continua; en Austria los valores máximos son de 65 voltios (alterna) o 120 voltios (continua).

Para los juguetes infantiles, los habitáculos para animales útiles y en la tecnología médica y sanitaria la tensión de contacto máxima está limitada a solo 25 voltios de corriente alterna o 60 voltios de corriente continua. En caso de baja tensión, la corriente alterna produce daños mayores que la continua, mientras que en caso de alta tensión ocurre lo contrario. El límite entre alta y baja tensión se ha establecido en los 1000 voltios de corriente alterna o 1500 voltios de corriente continua. Por razones prácticas, sin embargo, se fija el valor límite de 500 voltios para la rutina clínica diaria. Por ello, los accidentes eléctricos en el contexto del «metro» (ferrocarril metropolitano subterráneo) se cuentan entre los «accidentes de alta tensión», debido a que, respecto de sus consecuencias, se diferencian clínicamente de manera clara de los accidentes domésticos producidos por el contacto con la corriente eléctrica domiciliaria.

Aquí se supone, sin embargo, que el efecto de la corriente perdura unos 100 ms. Para tiempos de exposición considerablemente más breves, cercanos a 1 ms, pueden soportarse altos niveles de tensión de 10.000 voltios sin problemas, como en las instalaciones de una cerca electrificada o en las bobinas de encendido por inducción electromagnética.

En contraste, un accidente por efecto prolongado de alta tensión produce principalmente un daño térmico en los tejidos y se manifiesta sobre todo en forma de quemaduras. Se da este caso porque las intensidades de corriente que allí actúan constituyen un múltiplo de aquellas de los accidentes de baja tensión y además se producen arcos eléctricos de muy alta temperatura que en ocasiones pueden llegar a hacer puente con el cuerpo humano. Por ejemplo, un acercamiento de menos de 5 centímetros a una línea de alta tensión de 30 kilovoltios produce un arco eléctrico y para una hipotética resistencia corporal de 5 kiloohmios, fluye a través del cuerpo una corriente de 6 amperios por un breve lapso de tiempo. En esto se produce una potencia térmica de alrededor de 180 kilovatios. Debido a esta alta potencia se produce una evaporación casi instantánea de los tejidos acuosos en el área donde se hallan los puntos de entrada y salida de la corriente, lo que trae como consecuencia las correspondientes quemaduras masivas.

Los tiempos del efecto están en el rango de unos 10 milisegundos para los accidentes de alta tensión y con ello varias potencias decimales por debajo de los tiempos de efecto en accidentes de baja tensión, los que pueden alcanzar el rango de los segundos. Los tiempos de efecto breves en accidentes de alta tensión resultan del hecho de que en la mayoría de los casos no hay un contacto directo con el conductor, por lo no existe el riesgo de aferrarse convulsivamente al conductor eléctrico. En las líneas que conducen alta tensión se produce ya durante la aproximación un flujo de corriente en el aire, a través del arco eléctrico que se forma. Por este motivo, en el caso de la alta tensión el mero acercamiento y el sobrepasar las distancias de seguridad resultan peligrosos.

En algunos accidentes de alta tensión se produce, condicionado por el proceso, una separación del circuito de corriente a través del cuerpo, por ejemplo cuando la persona afectada se cae a consecuencia del choque eléctrico y con ello se interrumpe el flujo de corriente a través de su cuerpo. En el caso de las redes de suministro eléctrico de alta tensión, a partir de alrededor 100 kilovoltios, el flujo de corriente es tan alto al acercarse que se produce un cortocircuito y salta el interruptor automático. En las líneas de tendido eléctrico al aire libre rige la particularidad de que - en el marco de la usual reconexión automática- dentro de pocos segundos la línea es nuevamente puesta bajo tensión.

Cuando el tiempo de efecto ha sido breve, existe una pequeña probabilidad de que la víctima del accidente de alta tensión sobreviva. Incluso en los casos de impacto de un rayo en el cuerpo se han dado casos individuales de supervivencia, sin embargo, con graves quemaduras.

Resistencia

Para la resistencia global del cuerpo son determinantes la resistencia eléctrica en el lugar de ingreso de la corriente (la piel), la resistencia del cuerpo (la resistencia que oponen al flujo de corriente los tejidos del cuerpo por sí mismos individualmente y en su totalidad) y la resistencia de la unión en el lugar de la salida del flujo de corriente. Esto último suele en gran medida estar determinado por la naturaleza de la superficie de apoyo (por ejemplo, las características del suelo) y los zapatos.

Como valor de orientación general, se puede suponer para la resistencia del cuerpo un rango entre los 500 ohmios a 3 kiloohmios. Esto rige para un adulto y una ruta de la corriente, por ejemplo, de la mano derecha al pie izquierdo o derecho. En el caso del contacto de una zona extensa, en el caso de la piel fina (como en los bebés) o en los recorridos de distancias más cortas, este valor puede ser inferior. Si se mide la resistencia del cuerpo con un multímetro y a baja tensión, se obtienen valores muy altos de alrededor de 1 megaohmio. En la literatura especializada se supone una resistencia del cuerpo de 1 kΩ hasta 2,4 kΩ. En el caso del desfibrilador que se aplica para conservar la vida, la tensión alcanza hasta 750 voltios y se aplica entre 1 y 20 ms. La resistencia de unión de los electrodos hacia el cuerpo se mantiene a propósito en niveles reducidos. Entonces la intensidad de corriente alcanza hasta cerca de 15 amperios, dada una supuesta resistencia promedio del cuerpo de entre 300-1000 ohmios.5​

Duración del efecto

Los accidentes por electrización producen daños que dependen de la duración del efecto. Así por ejemplo, las descargas electrostática (cuya tensión puede estar hasta por sobre los 15 kV), a pesar de su gran intensidad de varios amperios por lo general sólo producen susto o posibles accidentes secundarios, debido a que la duración de la descarga es de algo menos que un microsegundo. En el caso de la cerca eléctrica (con impulsos de unos cuantos kilovoltios) se aprovecha esta característica para mantener a los animales lejos de la cerca, pero sin causarles daño. En ambos casos (la descarga electrostática y la cerca) se alcanzan a producir contracciones musculares, las que sin embargo no conducen a una descoordinación dramática de los movimientos. Sin embargo, las reacciones de sobresalto puede ser la causa de accidentes secundarios.

Si el tiempo de exposición sobrepasa los 100 milisegundos, disminuye drástica y bruscamente la intensidad máxima a la fibrilación ventricular (amenaza de muerte). Este límite es de 500 mA para los 20 ms de exposición, pero para una duración de un segundo de tiempo de exposición, llega a descender hasta cerca de 40 mA6​ En consecuencia, los interruptores diferenciales (seguros interrupción automática para evitar descargas) se activan con 30 miliamperios al cabo de 100 ms. En caso de un amperaje mayor, el tiempo hasta que salta el seguro es menor, alcanzando un mínimo de cerca de los 20 ms —un valor que ofrece protección, también en el caso de tener contacto con un conductor de la red eléctrica a través de una persona que tiene contacto a tierra.

NOTA: Pudieran existir formas de electrocución ligadas más al factor magnético del cuerpo en cuestión que a la respuesta eléctrica como tal. Ante tales factores no hay argumentos científicos, sin embargo. Entendemos que si lo analizamos como elemento, existe de por si un campo.

fNota: Los interruptores diferenciales protegen solo en caso de cortocircuito contra tierra, sin embargo no en el caso de contacto con ambos polos de una fuente de tensión.

Frecuencia estadística

En España las estadísticas revelan una alta frecuencia de accidentes eléctricos. Estos alcanzan una cifra anual de 4.850 por año, registrándose anualmente además 7.300 incendios originados por fallas en las instalaciones eléctricas. En estos accidentes mueren 150 personas por electrocución y quemaduras, mientras que los heridos de gravedad alcanzan a 1500 por año. Un estudio del programa de detección de accidentes domésticos y de ocio (DADO), dependiente del Ministerio de Sanidad y Consumo, ha concluido que, a nivel nacional, los accidentes por electrización constituyen una causa muy frecuente de hospitalización, ocupando el 7.º lugar entre los de tipo doméstico. Asimismo, algunos organismos y asociaciones del área presentan como una causa posible de los siniestros el desgaste y falta de mantenimiento y modernización oportuna de las redes e instalaciones eléctricas.7​

En Alemania mueren anualmente 200 personas a consecuencia de los acccidentes por electrización, de los cuales el 20 % se produce por alta y el 80 % por baja tensión. Aproximadamente el 30 % de los accidentes de alta y un 3 % de los accidentes de baja tensión conducen a la muerte.3​

El Instituto de Investigación de los Accidentes Eléctricos (IEU) de la Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse de la ciudad alemana de Colonia acumuló durante décadas datos estadísticos sobre los accidentes por electrización en Alemania. Debido a la gran cantidad de datos es posible hacer afirmaciones sobre la tasa de mortalidad. En la tabla que sigue a continuación se muestran datos de accidentes sobre un periodo de tiempo no especificado que resumen varias décadas. Los datos abarcan solo los accidentes por electrización en el área de la baja tensión desde 130 voltios hasta 400 voltios con 50 hertz de corriente alterna, donde se puede partir del supuesto de una duración mínima de la exposición de 300 milisegundos.

En experimentos con cerdos realizados por un grupo de investigadores encabezado por J. Jacobson se ha estudiado la probabilidad de aparición de fibrilación ventricular8​ El objetivo era investigar los factores de comparación para poder transferir los datos de las mediciones a los seres humanos. Las condiciones del experimento eran las siguientes:

Corriente alterna de 50 Hertz

Tiempo de efecto 75 % de la duración del período del pulso cardíaco.

Larga trayectoria de paso de la corriente (oreja derecha hasta rodilla izquierda)

Masa corporal de los cerdos de 15 kg a 25 kg

Para la transferencia de estos valores de corriente a las condiciones humanas (brazo derecho hasta el pie izquierdo) se determinó un factor de corrección de 2,8. Es decir, los valores efectivos para la corriente en la tabla deben multiplicarse por 2,8. De manera conservadora (con margen de seguridad) se toma este factor de corrección suponiéndolo en 1,5.

Fuentes y factores de riesgo

Fuente de riesgo: cable defectuoso.

Las causas más comunes de accidente por electrización son:

Aparatos eléctricos o conductores defectuosos y falla humana en el manejo de ellos (por ejemplo falta de atención o negligencia).

Daños en las líneas eléctricas aéreas o al aire libre causadas por mal tiempo o tormentas.

Contacto con el tendido de las líneas eléctricas (por ejemplo con cometas).

Impacto de rayos.

Intervención inexperta en las instalaciones eléctricas existentes.

Incendios en instalaciones de alta tensión (también de trenes eléctricos), que se combaten con medios inadecuados.

Accidentes en las instalaciones o aparatos que funcionan con electricidad.

Falla en las instrucciones de puesta en marcha y encendido de instalaciones y redes.

Contacto con un arma de electrochoque (taser).

En muchos países existen regulaciones legales específicas destinadas a la prevención de estos riesgos, en especial en los contextos laborales. En España, el principal documento legal que establece normas al respecto es el Real Decreto 614 del año 2001.9​

Daños orgánicos específicos

Quemaduras por electrización.

Las consecuencias de un accidente por electrización son dependientes de la sensibilidad específica de cada tejido particular.

La corriente eléctrica sigue preferentemente la trayectoria de la menor resistencia. De acuerdo con ello, desempeñan un rol decisivo las diferentes resistencias que ofrecen los tejidos del cuerpo humano. Los tejidos nerviosos presentan la resistencia menor. En secuencia ascendente, le siguen las arterias, músculos, piel, tendones, tejido adiposo y los huesos.3​ En consecuencia, para el caso de la corriente continua y las corrientes de baja frecuencia, la probabilidad de daño del tejido nervioso es la mayor, seguida de arterias, músculos, etc.

Los síntomas son:

Quemaduras en los lugares de entrada y salida de la corriente.

Parálisis de la musculatura de las extremidades y del corazón por el flujo de corriente.

Formación de gas en la sangre por electrólisis.

Fracturas de huesos debido a repentinas y bruscas contracciones musculares.

Lesiones por accidentes secundarios (por ejemplo por una caída ocasionada por el golpe de corriente).

Medidas

En general, también aquí debe atenderse al esquema de la cadena de intervenciones de primeros auxilios y al prestar ayuda tener en cuenta incondicionalmente la autoprotección. Entre otros, aquí es importante lo siguiente:

Para salvar al lesionado, primeramente debes asegurar la que la instalación esté libre de tensión eléctrica. Las instalaciones y aparatos deben separase de la red eléctrica mediante su interruptor de emergencia o el fusible de seguridad. El simple apagado del aparato o del conductor no asegura que esté libre de tensión.

Los cables que conduzcan corriente y que estén libres, deben retirarse de la cercanía del lesionado ayudándose de un objeto no conductor (por ejemplo un palo de escoba de madera).

En el caso de alta tensión debe mantenerse una gran distancia de seguridad, ya que de no hacerlo existe el peligro de la formación de un arco eléctrico.

Advertir a los presentes para que no toquen las piezas electrificadas (instalar barreras en la zona).

En caso de pacientes inconscientes, una vez cortado el flujo de corriente, es de primera prioridad asegurar la respiración y la función cardíaca y circulatoria. Si es necesario, debe iniciarse de inmediato la reanimación cardiopulmonar. En caso de fibrilación ventricular, el personal especializado en rescate puede realizar una desfibrilación. Si está disponible, también puede usarse un desfibrilador especial para uso por legos, accesible en algunos sitios públicos.

En el caso de los pacientes conscientes, hay que enfriar las quemaduras y cubrirlas con una venda limpia, que no desprenda pelusas y en lo posible esterilizada. También en el caso de que el paciente se sienta completamente bien, debería mantenerse en observación hasta que quede descartado un posible daño cardíaco. Para esto es necesario realizar un electrocardiograma. Por eso los servicios de rescate de emergencia transportan luego al accidentado al servicio de emergencia de un hospital. En el caso de que se detecten cambios en el electrocardiograma, se trate de un accidente con alta tensión o existan factores especiales de riesgo, se procederá allí a una observación de varias horas con monitoreo de electrocardiograma.

El resto de las medidas se orientan según la gravedad de las quemaduras. Debido a la acción térmica de la corriente eléctrica se produce una pérdida de líquido en el cuerpo. Igualmente, el calcinamiento de los tejidos afectados (necrosis) puede producir el surgimiento de sustancias venenosas. También está peligro de una sepsis con riesgo de muerte por infección bacteriana de los órganos dañados. Para minimizar el daño a los riñones es necesario compensar la pérdida de líquido a través de una infusión intravenosa, por ejemplo, con una solución de cloruro de sodio intravenosa.

 La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo significado es ‘ámbar’)1​ es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.2​

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:

Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

Corriente eléctrica: el flujo de electrones que circula por un conductor en un determinado momento. Se mide en amperios.

Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

Potencial eléctrico: es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para atraer una carga positiva unitaria que desde el punto de referencia hasta el punto considerado, va en contra de la fuerza eléctrica y a velocidad constante.

Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

Historia de la electricidad

Esta sección es un extracto de Historia de la electricidad[editar]

Un fragmento de ámbar como el que pudo utilizar Tales de Mileto en su experimentación del efecto triboeléctrico. El nombre en griego de este material (ελεκτρον, elektron) se utilizó para nombrar al fenómeno y la ciencia que lo estudia, a partir del libro De Magnetes, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure, de William Gilbert (1600).

Grabado mostrando la teoría del galvanismo según los experimentos de Luigi Galvani. De viribus electricitatis motu musculari commentarius, 1792.

La historia de la electricidad se refiere al estudio de la electricidad, al descubrimiento de sus leyes como fenómeno físico y a la invención de artefactos para su uso práctico. Como también se denomina electricidad a la rama de la ciencia que estudia el fenómeno y a la rama de la tecnología que lo aplica, la historia de la electricidad es la rama de la historia de la ciencia y de la historia de la tecnología que se ocupa de su surgimiento y evolución. El fenómeno de la electricidad se ha estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico comenzó en los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX, los ingenieros lograron aprovecharla para uso doméstico e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica la convirtió en la columna vertebral de la sociedad industrial moderna.3​

Mucho antes de que existiera algún conocimiento sobre la electricidad, la humanidad era consciente de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos. Textos del Antiguo Egipto que datan del 2750 a. C. se referían a estos peces como «los tronadores del Nilo», descritos como los protectores de los otros peces. Posteriormente, los peces eléctricos también fueron descritos por los romanos, griegos, árabes, naturalistas y físicos.4​ Autores antiguos como Plinio el Viejo o Escribonio Largo,5​6​ describieron el efecto adormecedor de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos y rayas eléctricas. Además, sabían que estas descargas podían transmitirse por materias conductoras.7​ Los pacientes de enfermedades como la gota y el dolor de cabeza se trataban con peces eléctricos, con la esperanza de que la descarga pudiera curarlos.6​ La primera aproximación al estudio del rayo y a su relación con la electricidad se atribuye a los árabes, que antes del siglo XV tenían una palabra para rayo (raad) aplicado a la raya eléctrica.

En culturas antiguas del Mediterráneo se sabía que al frotar ciertos objetos, como una barra de ámbar, con lana o piel, se obtenían pequeñas cargas (efecto triboeléctrico) que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Cerca de la antigua ciudad griega de Magnesia se encontraban las denominadas piedras de Magnesia, que incluían magnetita y los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos de hierro. Las palabras magneto (equivalente en español a imán) y magnetismo derivan de ese topónimo. Hacia el año 600 a. C., el filósofo griego Tales de Mileto hizo una serie de observaciones sobre electricidad estática. Concluyó que la fricción dotaba de magnetismo al ámbar, al contrario que minerales como la magnetita, que no necesitaban frotarse.8​9​10​ Tales se equivocó al creer que esta atracción la producía un campo magnético, aunque más tarde la ciencia probaría la relación entre el magnetismo y la electricidad. Según una teoría controvertida, los partos podrían haber conocido la electrodeposición, basándose en el descubrimiento en 1936 de la batería de Bagdad,11​ similar a una celda voltaica, aunque es dudoso que el artefacto fuera de naturaleza eléctrica.12​

Esas especulaciones y registros fragmentarios fueron el tratamiento casi exclusivo (con la notable excepción del uso del magnetismo para la brújula) que hay desde la Antigüedad hasta la Revolución científica del siglo XVII; aunque todavía entonces pasaba por ser poco más que una curiosidad para mostrar en los salones. Las primeras aportaciones que pueden entenderse como aproximaciones sucesivas al fenómeno eléctrico fueron realizadas como William Gilbert, que realizó un estudio cuidadoso de electricidad y magnetismo. Diferenció el efecto producido por trozos de magnetita, de la electricidad estática producida al frotar ámbar.10​ Además, acuñó el término neolatino electricus (que, a su vez, proviene de ήλεκτρον [elektron], la palabra griega para ámbar) para referirse a la propiedad de atraer pequeños objetos después de haberlos frotado.13​ Esto originó los términos eléctrico y electricidad, que aparecen por vez primera en 1646 en la publicación Pseudodoxia Epidemica de Thomas Browne.14​

Esos estudios fueron seguidas por investigadores sistemáticos como von Guericke, Cavendish,15​16​ Du Fay,17​ van Musschenbroek18​ (botella de Leyden) o William Watson.19​ Las observaciones sometidas a método científico empiezan a dar sus frutos con Galvani,20​ Volta,21​ Coulomb22​ y Franklin,23​ y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère,24​ Faraday25​ y Ohm. Los nombres de estos pioneros terminaron bautizando las unidades hoy utilizadas en la medida de las distintas magnitudes del fenómeno. La comprensión final de la electricidad se logró recién con su unificación con el magnetismo en un único fenómeno electromagnético descrito por las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).26​

Los desarrollos tecnológicos que produjeron la Primera Revolución Industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833) —precedido por Gauss y Weber, 1822—, que revolucionó las telecomunicaciones.27​ La generación industrial de electricidad comenzó partir del cuarto final del siglo XIX , cuando se extendió la iluminación eléctrica de las calles y de las viviendas. La creciente sucesión de aplicaciones de esta forma de energía hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la Segunda Revolución Industrial.28​ Más que de grandes teóricos como lord Kelvin, fue el momento de grandes ingenieros e inventores, como Gramme,29​ Tesla, Sprague, Westinghouse,30​ von Siemens31​ Graham Bell,32​ y, sobre todo, Alva Edison y su revolucionaria manera de entender la relación entre investigación científico-técnica y mercado capitalista, que convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial.33​34​. Los sucesivos cambios de paradigma de la primera mitad del siglo XX (relativista y cuántico) estudiarán la función de la electricidad en una nueva dimensión: atómica y subatómica.

Multiplicador de tensión Cockcroft-Walton utilizado en un acelerador de partículas de 1937, que alcanzaba un millón de voltios.

La electrificación no solo fue un proceso técnico, sino un verdadero cambio social de implicaciones extraordinarias, comenzando por el alumbrado y siguiendo por todo tipo de procesos industriales (motor eléctrico, metalurgia, refrigeración...) y de comunicaciones (telefonía, radio). Lenin, durante la Revolución bolchevique, definió el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets,35​ pero fue sobre todo la sociedad de consumo que nació en los países capitalistas, la que dependió en mayor medida de la utilización doméstica de la electricidad en los electrodomésticos, y fue en estos países donde la retroalimentación entre ciencia, tecnología y sociedad desarrolló las complejas estructuras que permitieron los actuales sistemas de I+D e I+D+I, en que la iniciativa pública y privada se interpenetran, y las figuras individuales se difuminan en los equipos de investigación.

La energía eléctrica es esencial para la sociedad de la información de la tercera revolución industrial que se viene produciendo desde la segunda mitad del siglo XX (transistor, televisión, computación, robótica, internet...). Únicamente puede comparársele en importancia la motorización dependiente del petróleo (que también es ampliamente utilizado, como los demás combustibles fósiles, en la generación de electricidad). Ambos procesos exigieron cantidades cada vez mayores de energía, lo que está en el origen de la crisis energética y medioambiental y de la búsqueda de nuevas fuentes de energía, la mayoría con inmediata utilización eléctrica (energía nuclear y energías alternativas, dadas las limitaciones de la tradicional hidroelectricidad). Los problemas que tiene la electricidad para su almacenamiento y transporte a largas distancias, y para la autonomía de los aparatos móviles, son retos técnicos aún no resueltos de forma suficientemente eficaz.

El impacto cultural de lo que Marshall McLuhan denominó Edad de la Electricidad, que seguiría a la Edad de la Mecanización (por comparación a cómo la Edad de los Metales siguió a la Edad de Piedra), radica en la altísima velocidad de propagación de la radiación electromagnética (300 000 km/s) que hace que se perciba de forma casi instantánea. Este hecho conlleva posibilidades antes inimaginables, como la simultaneidad y la división de cada proceso en una secuencia. Se impuso un cambio cultural que provenía del enfoque en «segmentos especializados de atención» (la adopción de una perspectiva particular) y la idea de la «conciencia sensitiva instantánea de la totalidad», una atención al «campo total», un «sentido de la estructura total». Se hizo evidente y prevalente el sentido de «forma y función como una unidad», una «idea integral de la estructura y configuración». Estas nuevas concepciones mentales tuvieron gran impacto en todo tipo de ámbitos científicos, educativos e incluso artísticos (por ejemplo, el cubismo). En el ámbito de lo espacial y político, «la electricidad no centraliza, sino que descentraliza... mientras que el ferrocarril requiere un espacio político uniforme, el avión y la radio permiten la mayor discontinuidad y diversidad en la organización espacial».36​

Véanse también: Historia del electromagnetismo, Historia de la iluminación, Historia de la electroquímica, Historia de la informática y Cronología de la ingeniería eléctrica y electrónica.

Algunos de los grandes impulsores del conocimiento sobre la electricidad

Coulomb (1736-1806), estableció las leyes cuantitativas de la electrostática

Galvani (1737-1798), famoso por sus investigaciones sobre los efectos de la electricidad en los músculos de los animales

Volta (1745-1827), inventor de la pila

Ampère (1775-1836), uno de los descubridores del electromagnetismo

Faraday (1791-1867), descubridor de la inducción electromagnética

Usos

La electricidad se usa para generar:

luz, mediante bombillas en lámparas y otros objetos lumínicos.

calor, aprovechando el efecto Joule.

movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica

Señales, mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.

Conceptos

Carga eléctrica

Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.

Artículo principal: Carga eléctrica. Véanse también: Electrón, Protón e Ion.

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión. La carga se origina en el átomo, que está compuesto de partículas subatómicas cargadas como el electrón y el protón.37​ La carga puede transferirse entre los cuerpos por contacto directo o al pasar por un material conductor, generalmente metálico.38​ El término electricidad estática se refiere a la presencia de carga en un cuerpo, por lo general causado por dos materiales distintos que se frotan entre sí, transfiriéndose carga uno al otro.39​

La presencia de carga da lugar a la fuerza electromagnética: una carga ejerce una fuerza sobre las otras. Este efecto era conocido en la antigüedad, pero no comprendido.40​ Una bola liviana, suspendida de un hilo, podía cargarse al contacto con una barra de vidrio cargada previamente por fricción con un tejido. Se encontró que si una bola similar se cargaba con la misma barra de vidrio, se repelían entre sí. A finales del siglo XVIII, Charles-Augustin de Coulomb investigó este fenómeno. Dedujo que la carga se manifiesta de dos formas opuestas.41​Este descubrimiento trajo el conocido axioma «objetos con la misma polaridad se repelen y con diferente polaridad se atraen».40​42​

La fuerza actúa en las partículas cargadas entre sí, y además la carga tiene tendencia a extenderse sobre una superficie conductora. La magnitud de la fuerza electromagnética, ya sea atractiva o repulsiva, se expresa por la ley de Coulomb, que relaciona la fuerza con el producto de las cargas y tiene una relación inversa al cuadrado de la distancia entre ellas.43​44​ La fuerza electromagnética es muy fuerte, la segunda después de la interacción nuclear fuerte,45​ con la diferencia que esa fuerza opera sobre todas las distancias.46​ En comparación con la débil fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética que aleja a dos electrones es 1042 veces más grande que la atracción gravitatoria que los une.47​

Una carga puede expresarse como positiva o negativa. Las cargas de los electrones y de los protones tienen signos contrarios. Por convención, la carga que tiene electrones se asume negativa y la de los protones, positiva, una costumbre que empezó con el trabajo de Benjamin Franklin.48​ La cantidad de carga se representa por el símbolo Q y se expresa en culombios.49​ Todos los electrones tienen la misma carga, aproximadamente de -1.6022×10−19 culombios. El protón tiene una carga igual pero de signo opuesto +1.6022×10−19 coulombios. La carga no solo está presente en la materia, sino también en la antimateria: cada antipartícula tiene una carga igual y opuesta a su correspondiente partícula.50​

La carga puede medirse de diferentes maneras. Un instrumento muy antiguo es el electroscopio, que aún se usa para demostraciones en las aulas, aunque ahora está superado por el electrómetro electrónico.51​

Corriente eléctrica

Artículo principal: Corriente eléctrica

Un arco eléctrico permite una demostración de la energía de la corriente eléctrica.

Se conoce como corriente eléctrica al desplazamiento de cargas eléctricas por un conductor. La corriente puede estar producida por cualquier partícula cargada eléctricamente en movimiento. Lo más frecuente es que sean electrones, pero cualquier otra carga en movimiento se puede definir como corriente.52​ Según el Sistema Internacional, la intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo símbolo es A.53​

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó como sentido convencional de circulación de la corriente el flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Más adelante se observó que, en los metales, los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y que se desplazan en sentido contrario al convencional.54​ Lo cierto es que, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir en un flujo de partículas cargadas en una dirección, o incluso simultáneamente en ambas direcciones. La convención positivo-negativo se usa normalmente para simplificar esta situación.52​

El proceso por el cual la corriente eléctrica circula por un material se llama conducción eléctrica. Su naturaleza varía, dependiendo de las partículas cargadas y el material por el cual están circulando. Ejemplos de corrientes eléctricas son la conducción metálica, donde los electrones recorren un conductor eléctrico, como un metal; y la electrólisis, donde los iones (átomos cargados) fluyen a través de líquidos. Mientras que las partículas pueden moverse muy despacio, algunas veces con una velocidad media de deriva de solo fracciones de milímetro por segundo,55​ el campo eléctrico que las controla se propaga cercano a la velocidad de la luz, permitiendo que las señales eléctricas se transmitan rápidamente por los cables.56​

La corriente produce muchos efectos visibles, que han hecho que su presencia se reconozca a lo largo de la historia. En 1800, Nicholson y Carlisle descubrieron que el agua podía descomponerse por la corriente de una pila voltaica, en un proceso que se conoce como electrólisis. En 1833, Michael Faraday amplió este trabajo.57​ En 1840, James Prescott Joule descubrió que la corriente a través de una resistencia eléctrica aumenta la temperatura, fenómeno que en la actualidad se denomina Efecto Joule.57​

Campo eléctrico

Artículo principal: Campo eléctrico

Líneas de campo saliendo de una carga positiva hacia un conductor plano.

El concepto de campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday. Un campo eléctrico se crea por un cuerpo cargado en el espacio que lo rodea, y produce una fuerza que ejerce sobre otras cargas ubicadas en el campo. Un campo eléctrico actúa entre dos cargas de modo muy parecido al campo gravitatorio que actúa sobre dos masas. Como él, se extiende hasta el infinito y su valor es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.46​ Sin embargo, hay una diferencia importante: mientras la gravedad siempre actúa como atracción, el campo eléctrico puede producir atracción o repulsión. Si un cuerpo grande como un planeta no tiene carga neta, el campo eléctrico a una distancia determinada es cero. Por ello, la gravedad es la fuerza dominante en el universo, a pesar de ser mucho más débil.47​

Un campo eléctrico varía en el espacio, y su intensidad en cualquier punto se define como la fuerza (por unidad de carga) que percibiría una carga si estuviera ubicada en ese punto.58​ La carga de prueba debe de ser insignificante, para evitar que su propio campo afecte el campo principal y también debe ser estacionaria para evitar el efecto de los campos magnéticos. Como el campo eléctrico se define en términos de fuerza, y una fuerza es un vector, entonces el campo eléctrico también es un vector, con magnitud y dirección. Específicamente, es un campo vectorial.58​

El motor eléctrico aprovecha un efecto importante del electromagnetismo: una corriente a través de un campo magnético experimenta una fuerza en el mismo ángulo del campo y la corriente.

Potencial eléctrico

Artículo principal: Potencial eléctrico

El concepto de potencial eléctrico tiene mucha relación con el de campo eléctrico. Una carga pequeña ubicada en un campo eléctrico experimenta una fuerza, y para llevar esa carga a ese punto en contra de la fuerza necesita hacer un trabajo. El potencial eléctrico en cualquier punto se define como la energía requerida para mover una carga de ensayo ubicada en el infinito a ese punto.59​ Por lo general se mide en voltios, donde un voltio es el potencial que necesita un julio de trabajo para atraer una carga de un culombio desde el infinito. Esta definición formal de potencial tiene pocas aplicaciones prácticas. Un concepto más útil es el de diferencia de potencial, que se define como la energía requerida para mover una carga entre dos puntos específicos. El campo eléctrico tiene la propiedad especial de ser conservativo, es decir que no importa la trayectoria realizada por la carga de prueba; todas las trayectorias entre dos puntos específicos consumen la misma energía, y además con un único valor de diferencia de potencial.59​

Electromagnetismo

Artículo principal: Electromagnetismo

Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos. Sus fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez de modo completo por Maxwell,60​61​ mediante cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell. Relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.62​

A principios del siglo XIX, Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. A partir de esa base, en 1861 Maxwell unificó los trabajos de Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, el fenómeno electromagnético.63​

Se trata de una teoría de campos. Sus explicaciones y predicciones se basan en magnitudes físicas vectoriales, que dependen de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la materia.

Un circuito eléctrico básico. La fuente de tensión V en la izquierda proporciona una corriente I al circuito, entregando energía eléctrica a la resistencia R. De la resistencia, la corriente regresa a la fuente, completando el circuito.

Circuitos eléctricos

Artículos principales: Circuito y Análisis de circuitos.

Un circuito eléctrico es una interconexión de dos o más componentes eléctricos tales que la carga eléctrica fluye en una trayectoria cerrada, por lo general para ejecutar alguna tarea útil.64​

Los componentes en un circuito eléctrico pueden ser muy variados, puede tener elementos como resistores, capacitores, interruptores, enchufes, transformadores y electrónicos. Los circuitos electrónicos contienen componentes activos, normalmente semiconductores, exhibiendo un comportamiento no lineal, que requiere análisis complejos. Los componentes eléctricos más simples son los pasivos y lineales.65​

El comportamiento de los circuitos eléctricos que contienen solamente resistencias y fuentes electromotrices de corriente continua está gobernado por las leyes de Kirchhoff. Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas eléctricas, estableciendo un sistema de ecuaciones lineales cuya resolución brinda los valores de las tensiones y corrientes que entran o salen de sus nudos.66​

La resolución de circuitos de corriente alterna requiere la ampliación del concepto de resistencia eléctrica, ahora ampliado por el de impedancia para incluir los comportamientos de bobinas y condensadores. La resolución de estos circuitos puede hacerse con generalizaciones de las leyes de Kirchoff, pero requiere usualmente métodos matemáticos avanzados, como el de Transformada de Laplace, para describir los comportamientos transitorios y estacionarios de los mismos.66​

Propiedades de la electricidad

Configuración electrónica del átomo de cobre. Sus propiedades conductoras se deben a la facilidad de circulación que tiene su electrón más exterior (4s).

Origen microscópico

La posibilidad de transmitir corriente eléctrica en los materiales depende de la estructura e interacción de los átomos que los componen. Los átomos están constituidos por partículas cargadas positivamente (los protones), negativamente (los electrones) y neutras (los neutrones). La conducción eléctrica en los conductores, semiconductores, y aislantes, se debe a los electrones de la órbita exterior o portadores de carga, ya que tanto los neutrones interiores como los protones de los núcleos atómicos no pueden desplazarse con facilidad. Los materiales conductores por excelencia son metales que normalmente tienen un único electrón en la última capa electrónica, como el cobre. Estos electrones pueden pasar con facilidad a átomos contiguos, constituyendo los electrones libres responsables del flujo de corriente eléctrica.67​

En todos los materiales sometidos a campos eléctricos se modifican, en mayor o menor grado, las distribuciones espaciales relativas de las cargas negativas y positivas. Este fenómeno se denomina polarización eléctrica y es más notorio en los aislantes eléctricos debido a que gracias a este fenómeno se impide liberar cargas, y por lo tanto no conducen, característica principal de estos materiales.68​

Conductividad y resistividad

Artículos principales: Conductividad eléctrica y Resistividad.

Conductor eléctrico de cobre.

La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo eléctrico.69​ La resistividad es una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor que es.67​ Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.67​

Los materiales se clasifican según su conductividad eléctrica o resistividad en conductores, dieléctricos, semiconductores y superconductores.

Conductores eléctricos. Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten esta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de la energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal más empleado es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60 % de la del cobre es, sin embargo, un material mucho menos denso, lo que favorece su empleo en líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.70​

Dieléctricos. Son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio, cerámica, plásticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. Aunque no existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos (forrando con ellos los conductores eléctricos, para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden producir una descarga) y para confeccionar aisladores (elementos utilizados en las redes de distribución eléctrica para fijar los conductores a sus soportes sin que haya contacto eléctrico). Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, es aislante a temperatura ambiente y seco pero, bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.71​

Producción y usos de la electricidad

Generación y transmisión

Artículo principal: Red eléctrica

La energía eólica está tomando importancia en muchos países.

Hasta la invención de la pila voltaica en el siglo XVIII (Alessandro Volta, 1800) no se tenía una fuente viable de electricidad. La pila voltaica (y sus descendientes modernos, la pila eléctrica y la batería eléctrica), almacenaba energía químicamente y la entregaba según la demanda en forma de energía eléctrica.72​ La batería es una fuente común muy versátil que se usa para muchas aplicaciones, pero su almacenamiento de energía es limitado, y una vez descargado debe ser recargada (o, en el caso de la pila, reemplazada). Para una demanda eléctrica mucho más grande la energía debe generarse y transmitirse continuamente por líneas de transmisión conductoras.73​

Por lo general, la energía eléctrica se genera mediante generadores electromecánicos que son dispositivos que utilizan el movimiento para mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos puntos. Es decir que transforman la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos. Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (FEM). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Para lograr el movimiento se utiliza el del aire (eólica), agua (hidráulica), vapor u otros gases (térmica). La moderna turbina de vapor inventada por Charles Algernon Parsons en 1884 genera cerca del 80 % de la energía eléctrica en el mundo usando una gran variedad de fuentes de energía.

Otro dispositivo que genera electricidad es la célula fotovoltaica, y lo hace directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor.

Transmisión de energía eléctrica en Alta Tensión

Los conductores de electricidad ofrecen siempre una resistencia al paso de esta, por pequeña que sea, de modo que en el transporte se pierde carga eléctrica; a mayor distancia, mayor pérdida. Un aumento de tensión significa una disminución de la intensidad que circula por la línea, para transportar la misma potencia, y por tanto, las pérdidas por calentamiento de los conductores y por efectos electromagnéticos y, en consecuencia, menor pérdida energética. En consecuencia pueden utilizarse secciones menores de los conductores que la transportan, por eso, para llevar electricidad a grandes distancias, se debe hacer en la llamada Alta Tensión. Por el contrario en el uso corriente se debe emplear una tensión más reducida (normalmente entre 110 - 240 V) y eso implica cambios (tranformaciones) de tensión. La invención a finales del siglo XIX del transformador permitió transmitir la energía eléctrica de una forma más eficiente. La transmisión eléctrica eficiente hizo posible generar electricidad en plantas generadoras, para después trasportarla a largas distancias, donde fuera necesaria.74​

Debido a que la energía eléctrica no puede ser almacenada fácilmente para atender la demanda a una escala nacional, la mayoría de las veces se produce la misma cantidad que la que se demanda. Esto requiere de una bolsa eléctrica que hace predicciones de la demanda eléctrica, y mantiene una coordinación constante con las plantas generadoras. Se mantiene una cierta reserva de capacidad de generación en reserva para soportar cualquier anomalía en la red.75​

Aplicaciones de la electricidad

Artículo principal: Aplicaciones de la electricidad

La electricidad tiene un sinfín de aplicaciones tanto para uso doméstico, industrial, medicinal y en el transporte. Solo para citar se puede mencionar a la iluminación y alumbrado, electrodomésticos, producción de calor, electrónica, robótica, telecomunicaciones, señales luminosas, climatización, máquinas frigoríficas, electrosoldadura, electroimanes, electroquímica, electroválvulas. También se aplica la inducción electromagnética para la construcción de motores movidos por energía eléctrica, que permiten el funcionamiento de innumerables dispositivos.76​

Electricidad en la naturaleza

Mundo inorgánico

Descargas eléctricas atmosféricas

El fenómeno eléctrico más común del mundo inorgánico son las descargas eléctricas atmosféricas denominadas rayos y relámpagos. Debido al rozamiento de las partículas de agua o hielo con el aire, se produce la creciente separación de cargas eléctricas positivas y negativas en las nubes, separación que genera campos eléctricos. Cuando el campo eléctrico resultante supera la rigidez dieléctrica del medio, se produce una descarga entre dos partes de una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parte inferior de una nube y tierra. Esta descarga ioniza el aire por calentamiento y excita transiciones electrónicas moleculares. La brusca dilatación del aire genera el trueno, mientras que el decaimiento de los electrones a sus niveles de equilibrio genera radiación electromagnética, es decir, luz.77​

Campo magnético terrestre

Aurora boreal.

Aunque no se puede verificar experimentalmente, la existencia del campo magnético terrestre se debe casi seguramente a la circulación de cargas en el núcleo externo líquido de la Tierra. La hipótesis de su origen en materiales con magnetización permanente, como el hierro, parece desmentida por la constatación de las inversiones periódicas de su sentido en el transcurso de las eras geológicas, donde el polo norte magnético es remplazado por el sur y viceversa. Medido en tiempos humanos, sin embargo, los polos magnéticos son estables, lo que permite su uso, mediante el antiguo invento chino de la brújula, para la orientación en el mar y en la tierra.78​

El campo magnético terrestre desvía las partículas cargadas provenientes del Sol (viento solar). Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno de la magnetosfera, se produce un efecto fotoeléctrico mediante el cual parte de la energía de la colisión excita los átomos a niveles de energía tales que cuando dejan de estar excitados devuelven esa energía en forma de luz visible. Este fenómeno puede observarse a simple vista en las cercanías de los polos, en las auroras polares.79​

Mundo orgánico

Uso biológico

Artículo principal: Bioelectromagnetismo

El bioelectromagnetismo estudia el fenómeno consistente en la producción de campos electromagnéticos producidos por la materia viva (células, tejidos u organismos). Los ejemplos de este fenómeno incluyen el potencial eléctrico de las membranas celulares y las corrientes eléctricas que fluyen en nervios y músculos como consecuencia de su potencial de acción.80​

Algunos organismos, como los tiburones, tienen la capacidad de detectar y responder a los cambios de los campos eléctricos, una habilidad conocida como electrorrecepción.81​ Mientras que otros, denominados electrogénicos, son capaces de producir grandes descargas eléctricas con fines defensivos u ofensivos. Algunos peces, como las anguilas y las rayas eléctricas pueden generar tensiones de hasta 2000 V y corrientes superiores a 1 A.82​ El potencial de acción también es responsable de la coordinación de actividades en ciertas plantas.83​

 Las leyes de Kirchhoff 1​ 2​ 3​ son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos 4​. Fueron descritas por primera vez en 1846 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica e ingeniería electrónica.

Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son utilizadas para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

Ley de corrientes de Kirchhoff

Véase también: Análisis de nodos

La corriente que entra a un nodo es igual a la corriente que sale del mismo. i1 + i4 = i2 + i3

Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff 5​ 6​ y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que:

En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero

${\displaystyle \sum _{k=1}^{n}I_{k}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+\dots +I_{n}=0}$

De igual manera que con la corriente, las tensiones también pueden ser complejos, así:

${\displaystyle \sum _{k=1}^{n}{\tilde {V}}_{k}=0}$

Esta ley se basa en la conservación de un campo potencial de energía. Dado una diferencia de potencial, una carga que ha completado un lazo cerrado no gana o pierde energía al regresar al potencial inicial.

Esta ley es cierta incluso cuando hay resistencia en el circuito. La validez de esta ley puede explicarse al considerar que una carga no regresa a su punto de partida, debido a la disipación de energía. Una carga simplemente terminará en el terminal negativo, en vez del positivo. Esto significa que toda la energía dada por la diferencia de potencial ha sido completamente consumida por la resistencia, la cual la transformará en calor. Teóricamente, y, dado que las tensiones tienen un signo, esto se traduce con un signo positivo al recorrer un circuito desde un mayor potencial a otro menor, y al revés: con un signo negativo al recorrer un circuito desde un menor potencial a otro mayor.

Ley de tensiones de Kirchhoff, en este caso v₄= v₁+v₂+v₃. No se tiene en cuenta a v₅ porque no forma parte de la malla que estamos analizando.

En resumen, la ley de tensión de Kirchhoff no tiene nada que ver con la ganancia o pérdida de energía de los componentes electrónicos (Resistores, capacitores, etc.). Es una ley que está relacionada con el campo potencial generado por fuentes de tensión. En este campo potencial, sin importar que componentes electrónicos estén presentes, la ganancia o pérdida de la energía dada por el campo potencial debe ser cero cuando una carga completa un lazo.

Campo eléctrico y potencial eléctrico[editar]

La ley de tensión de Kirchhoff puede verse como una consecuencia del principio de la conservación de la energía. Considerando ese potencial eléctrico se define como una integral de línea, sobre un campo eléctrico, la ley de tensión de Kirchhoff puede expresarse como:

${\displaystyle \oint _{C}\mathbf {E} \cdot d\mathbf {l} =0,}$

Que dice que la integral de línea del campo eléctrico alrededor de un lazo cerrado es cero.

Para regresar a una forma más especial, esta integral puede "partirse" para conseguir la tensión de un componente en específico.

Caso práctico[editar]

Asumiendo una red eléctrica consistente en dos fuentes y tres resistencias, disponemos la siguiente resolución: (antes de empezar, es necesario aclarar la convención de signos: si recorro la malla a favor de la corriente, el potencial asociado a la resistencia es negativo; caso contrario es positivo. Si recorro la fuente y hay una subida de potencial (de - a +), la fem es negativa; caso contrario es positiva).

De acuerdo con la primera ley de Kirchhoff (ley de los nodos), tenemos:

${\displaystyle i_{1}-i_{2}-i_{3}=0\,}$

La segunda ley de Kirchhoff (ley de las mallas), aplicada a la malla según el circuito cerrado s₁, nos hace obtener:

${\displaystyle -R_{2}i_{2}+\epsilon _{1}-R_{1}i_{1}=0}$

La segunda ley de Kirchhoff (ley de las mallas), aplicada a la malla según el circuito cerrado s₂, por su parte:

${\displaystyle -R_{3}i_{3}-\epsilon _{2}-\epsilon _{1}+R_{2}i_{2}=0}$

Debido a lo anterior, se nos plantea un sistema de ecuaciones con las incógnitas ${\displaystyle i_{1},i_{2},i_{3}}$:

${\displaystyle {\begin{cases}i_{1}-i_{2}-i_{3}&=0\\-R_{2}i_{2}+\epsilon _{1}-R_{1}i_{1}&=0\\-R_{3}i_{3}-\epsilon _{2}-\epsilon _{1}+R_{2}i_{2}&=0\\\end{cases}}}$

Dadas las magnitudes:

${\displaystyle R_{1}=100,\ R_{2}=200,\ R_{3}=300,\ \epsilon _{1}=3,\ \epsilon _{2}=4}$,

la solución definitiva sería:

${\displaystyle {\begin{cases}i_{1}={\frac {1}{1100}}\\i_{2}={\frac {4}{275}}\\i_{3}=-{\frac {3}{220}}\\\end{cases}}}$

Se puede observar que ${\displaystyle i_{3}}$ tiene signo negativo, lo cual significa que la dirección de ${\displaystyle i_{3}}$ es inversa respecto de lo que hemos asumido en un principio (la dirección de ${\displaystyle i_{3}}$ -en rojo- definida en la imagen).