Ciencias naturales básicas



Energía eléctrica. 4 formas de generar electricidad

La energía eléctrica es una forma de energía directamente relacionada con la diferencia de potencial entre dos puntos. No obstante, a la medida de esta energía se le conoce como potencial eléctrico. Por ser una forma de energía, la energía eléctrica puede almacenarse, transmitirse, degradarse y transformarse.

En el siguiente video se propone un ejercicio donde se usan 4 celdas electrolíticas de vinagre (ácido acético) y electrodos de cobre y zinc, para producir energía eléctrica y encender un led. Además, se muestran las diferencias de potencial producidas en una conexión en serie.

Diferencias entre energía eléctrica, electricidad y corriente eléctrica

Es común que, en el lenguaje diario, se usen los términos energía eléctrica, electricidad y corriente eléctrica como si fueran lo mismo. Si bien es cierto que están relacionados, existen diferencias importantes entre ellos.

Primero, la electricidad es un fenómeno natural, que resulta del movimiento e interacción entre las cargas eléctricas presentes en los cuerpos.

Segundo, la corriente eléctrica es el flujo de las cargas eléctricas o partículas cargadas a través de un conductor.

Tercero, la energía eléctrica es una medida del trabajo que una corriente eléctrica puede realizar.

¿Cómo se obtiene?

La energía eléctrica que se usa en la industria, en espacios públicos y en los hogares, se obtiene de fuentes primarias. Las fuentes primarias son otras formas de energía que pueden transformarse en energía eléctrica. Por ejemplo, la energía nuclear, la energía hidráulica, la energía eólica o la energía solar. En menor escala, también, la energía química puede transformarse en energía eléctrica. Los principales métodos para obtener energía eléctrica son:

1. Por inducción electromagnética

Es la más usada y, hasta ahora, la más eficiente. Se basa en la ley de inducción electromagnética, según la cual, un campo magnético en movimiento, genera un campo eléctrico en un conductor asociado a él. Dicha ley se puede aplicar, por ejemplo, en un generador. Hippolyte Pixii construyó el primer generador de corriente eléctrica alterna.

Un generador eléctrico consta de un rotor y un estator. Por un lado, el rotor está formado por un conjunto de bobinas enrolladas alrededor de un núcleo de hierro. Por otro lado, el estator está formado por un conjunto de imanes permanentes o electroimanes (figura 1). Cuando el rotor gira, las bobinas del rotor se mueven a través del campo magnético generado por los imanes del estator. Esto induce una fuerza electromotriz en las bobinas del rotor. En consecuencia, parte de la energía mecánica del generador se transforma en electricidad.

Generador de energía eléctrica
Figura 1. Partes de un generador.

Un generador eléctrico se pone en movimiento de diversas formas. Por ejemplo, mediante una corriente de agua en la hidroeléctricas o usando la energía del viento (energía eólica). Igualmente, puede usarse vapor de agua como en el caso de las termoeléctricas, que calientan agua quemando carbón o gas natural. Del mismo modo, las centrales nucleares utilizan la energía atómica para calentar agua e impulsar, con el vapor producido, los generadores eléctricos. En resumen, estos sistemas no convierten, directamente, la energía de la fuente primaria en energía eléctrica. Más bien, la transforman en la energía mecánica que mueve los generadores.

2. Por efecto Fotoeléctrico

Este fenómeno permite transformar la energía lumínica del sol en electricidad. Cuando la luz solar incide en un panel solar, los fotones de la luz excitan y ponen en movimiento algunos electrones, generando una corriente eléctrica. La energía eléctrica, producida de esta manera, tiene algunas ventajas. Primero, la energía solar se considera inagotable. Segundo, es un tipo de energía limpia. Tercero, se puede instalar tanto en grandes superficies para generar electricidad a gran escala, como en superficies a nivel doméstico. No obstante, tiene algunas desventajas, tales como su alto costo de adquisición y mantenimiento. De todas maneras, es el método para obtener energía eléctrica más prometedor a futuro.

3. Por reacción química

Este tipo de electrización se da en las llamadas celdas electrolíticas. Una celda electrolítica está formada por un electrolito, generalmente ácido y dos electrodos de diferente metal o material. Los electrodos reaccionan con el electrolito mediante reacciones de oxido-reducción, generando transferencia de electrones. Como resultado, se produce una diferencia de potencial entre los electrodos. Por ejemplo, en las baterías de los autos, el electrolito es una solución de ácido sulfúrico (H2SO4). Los electrodos, por su parte, son uno (-) de plomo (Pb) y uno (+) de dióxido de plomo (PbO2). Las reacciones entre los electrodos y el ácido, generan la diferencia de potencial, que hace funcionar los dispositivos eléctricos del automóvil. En todas las batería y pilas ocurren procesos similares, aunque los reactivos sean diferentes.

4. Por efecto Termoeléctrico

Es la electricidad generada por la aplicación de calor a la unión de dos materiales metálicos diferentes. Al calentar la unión, surge una tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre los extremos caliente y frío. A este tipo de circuito se le llama termopar. Este método, hasta ahora, solo tiene aplicaciones de laboratorio.

Taller de lectura

  1. ¿Qué es la energía eléctrica?
  2. Escriba las diferencias entre energía eléctrica, electricidad y corriente eléctrica.
  3. ¿Cómo se obtiene energía eléctrica por inducción electromagnética?
  4. Describa las partes y el funcionamiento de un generador eléctrico.
  5. Nombre los 5 tipos de energía que se usan para mover un generador.
  6. ¿Cómo se obtiene energía eléctrica por efecto fotoeléctrico?
  7. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la energía solar?
  8. ¿Cómo se obtiene energía por reacción química?
  9. Describa el funcionamiento de una batería.
  10. ¿En qué consiste la obtención de electricidad por efecto termoeléctrico?