Electricidad

    La  Electricidad

La electricidad (del griego ήλεκτρον electron, cuyo significado es ámbar) es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la atracción de cargas negativas o positivas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos conocidos como la iluminación, electricidad estática, inducción electromagnética y el flujo de corriente eléctrica.^1 2 3 4

HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD

La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones médicas, como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretación discutible, como la batería de Bagdad.⁶ Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos eléctricos cuando, al frotar una barra de ámbar con un paño, notó que la barra podía atraer objetos livianos.^2 4Artículo principal: Historia de la electricidad.

Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por investigadores sistemáticos como Gilbert,⁷ von Guericke,⁸ Henry Cavendish,^9 10 Du Fay,¹¹ van Musschenbroek¹² y Watson.¹³ Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani,¹⁴ Volta,¹⁵ Coulomb¹⁶ y Franklin,¹⁷ y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère,¹⁸ Faraday¹⁹ y Ohm.²⁰ No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell en 1865.²¹

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), que revolucionó las telecomunicaciones.²² La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial.²³ Fue éste el momento de grandes inventores como Gramme,²⁴ Westinghouse,²⁵ von Siemens²⁶ y Alexander Graham Bell.²⁷ Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial.^28 29

Carga eléctrica

Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.

La carga en un electroscopio causa que las láminas se repelan entre sí.

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que produce experimentar una fuerza cuando hay otra materia cerca cargada eléctricamente. La carga se origina en el átomo, el cual tiene portadores muy comunes que son el electrón y el protón. Es una cantidad conservativa, es decir, la carga neta de un sistema aislado se mantendrá constante, a menos que una carga externa se desplace a ese sistema. ³⁰ En el sistema, la carga puede transferirse entre los cuerpos por contacto directo, o al pasar por un material conductor, como un cable. ³¹ El término electricidad estática hace referencia a la presencia de carga en un cuerpo, por lo general causado por que dos materiales distintos se frotan entre sí, transfiriéndose carga uno al otro. ³²

La presencia de carga da lugar a la fuerza electromágnetica: La carga ejerce una fuerza a las otras, un efecto que era conocido en la antigüedad, pero no comprendido. ³³ Una bola liviana que estaba suspendida de un hilo podía cargarse al contacto con una barra de vidrio que ya había sido cargada por fricción con ropa. Se encontró que si una bola similar se cargaba con la misma barra de vidrio, se atraían entre sí. Este fenómeno fue investigado a finales del siglo XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que dedujo que la carga se manifiesta de dos formas opuestas.³⁴ Este descubrimiento trajo el muy famoso axioma "objetos con la misma polaridad se repelen y con diferente polaridad se atraen".^33 35

La fuerza actúa en las partículas cargadas entre sí, y además la carga tiene una tendencia a extenderse sobre una superficie conductora. La magnitud de la fuerza electromagnética, ya sea atractiva o repulsiva, está dada por la ley de Coulomb, que relaciona la fuerza con el producto de las cargas y tiene una relación cuadrática inversa a la distancia entre ellas.^36 37 La fuerza electromagnética es muy fuerte, la segunda después de la interacción nuclear fuerte ³⁸ , con la diferencia que esa fuerza opera sobre todas las distancias. ³⁹ En comparación con la débil fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética que aleja a dos electrones es 10⁴² veces más grande que la atracción gravitacional que los une.⁴⁰

La carga en los electrones y los protones tienen signos contrarios, además una cantidad de carga puede ser expresada como positiva o negativa. Por convención, la carga que posee los electrones se asume negativa y la de los protones positiva, una costumbre que se originó con el trabajo de Benjamin Franklin.⁴¹ La cantidad de carga esta dada por el símbolo Q y se expresa en Culombios. ⁴² Cada electrón posee la misma carga de aproximadamente -1.6022×10^-19 culombios. El protón tiene una carga que es igual y opuesta +1.6022×10^-19 coulombios. La carga no sólo está presente en la materia, sino también por la antimateria, cada antipartícula tiene una carga igual y opuesta a su correspondiente partícula.⁴³

La carga puede medirse de diferentes maneras, un instrumento muy antiguo es el electroscopio, que aunque todavía se usa para demostraciones en los salones de clase, ha sido superado por el electrómetro electrónico.

Corriente eléctrica

Un arco eléctrico provee una demostración energética de la corriente eléctrica

Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de carga eléctrica, cuya intensidad está medida por lo general en amperios. La corriente puede consistir de cualquier partícula cargada en movimiento; frecuentemente son electrones, pero cualquier carga en movimiento constituye una corriente. ⁴⁵

Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.⁴⁶ Sin embargo, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir de un flujo de partículas cargadas en una dirección, o incluso en ambas direcciones al mismo tiempo. La convención positivo-negativo es ampliamente usada para simplificar esta situación.⁴⁵

El proceso por el cual la corriente eléctrica pasa a través de un material se llama conducción eléctrica, y su naturaleza varía dependiendo de las partículas cargadas y el material por el cual ellos están viajando. Ejemplos de corrientes eléctricas incluyen la conducción metálica, donde los electrones fluyen a través de un conductor eléctrico, como el 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 de deriva promedio de sólo fracciones de un milímetro por segundo,³¹ el campo eléctricoque las controla se propaga cerca a la velocidad de la luz, permitiendo que las señales eléctricas se transmitan rápidamente por los cables.⁴⁷

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 que están ubicadas en el campo. El campo eléctrico actúa entre dos cargas actúa muy parecido al campo gravitacional que actúa sobre dos masas, y como tal, se extiende hasta el infinito y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.³⁹ Sin embargo, tienen una pequeña diferencia. La gravedad siempre actúa en atracción, mientras que el campo eléctrico puede producir atracción o repulsión. Si un cuerpo grande como un planeta no tienen carga neta, el campo eléctrico a una distancia es cero. Por esto, la gravedad es la fuerza dominante en el universo, a pesar de ser mucho más débil. ⁴⁰

Un campo eléctrico varía en el espacio, y su fuerza en cualquier punto se define como la fuerza (por unidad de carga) que se necesita para que una carga se ubicará en ese punto. ⁴⁸ La carga de prueba deber 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. ⁴⁸

Potencial eléctrico

Un par de pilas AA. El signo + indica la polaridad de la diferencia de potencial entre las terminales de la batería.

El concepto de potencial eléctrico tiene mucha relación con el campo eléctrico. Una caga pequeña ubicada en un campo eléctrico experimenta una fuerza, y para haber llevado esa carga a ese punto en contra de la fuerza se necesito trabajo. El potencial eléctrico en cualquier punto se define como la energía requerida para mover una carga de prueba ubicada en el infinito a ese punto.⁴⁹ Por lo general se mide en voltios, donde un voltio es el potencia en el que un julio (unidad) de trabajo debe gastarse para traer una carga de un culombio del infinito. Esta definición formal de potencial tiene una aplicación práctica, aunque un concepto más útil es el de diferencia de potencial, y es la energía requerida para mover una carga entre dos puntos específicos. El campo eléctrico tiene la propiedad especial de serconservativo, es decir que no importa la trayectoria realizada por la carga de prueba; todas las trayectorias de dos puntos específicos consumen la misma energía, y además con un único valor de diferencia de potencial. ⁴⁹ El voltio está tan identificado como la unidad de elección de medida y descripción de la diferencia de potencial que el término voltaje se usa frecuentemente en la vida diaria.

Electromagnetismo

Fluido ferroso que se agrupa cerca de los polos de un imán o magneto.

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.

Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez de modo completo por Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga eléctrica,corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.

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

Se trata de una teoría de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales y son dependientes 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. Para la descripción de fenómenos a nivel molecular, atómico o corpuscular, es necesario emplear las expresiones clásicas de la energía electromagnética conjuntamente con las de lamecánica cuántica.

Ecuaciones de Maxwell, en su forma diferencial Nombre de la ley Forma diferencial Ley de Gauss Ley de Gauss para el magnetismo o inexistencia del monopolo magnético Ecuación de Maxwell-Faraday (ley de Faraday) Ley de Ampère-Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell describen los campos eléctricos y magnéticos como manifestaciones de un solo campo electromagnético. Además, explican la naturaleza ondulatoria de la luz como parte de una onda electromagnética.⁵⁰ Al contar con una teoría unificada consistente que describiera estos dos fenómenos antes separados, se pudieron realizar varios experimentos novedosos e inventos muy útiles, como el generador de corriente alterna inventado por Tesla.⁵¹ El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente con el experimento de Michelson y Morley llevó aEinstein a formular la teoría de la relatividad, que se apoyaba en algunos resultados previos de Lorentz yPoincaré.

Esta unificación es fundamental para describir las relaciones que existen entre los campos eléctricos variables que se utilizan en la vida diaria —como la corriente alterna utilizada en las redes eléctricas domésticas— y los campos magnéticos que inducen. Entre otras aplicaciones técnicas, se utiliza para el cálculo de antenas de telecomunicaciones y de circuitos eléctricos o electrónicos en los que hay campos eléctricos y magnéticos variables que se generan mutuamente.

CIRCUITOS

Un circuito eléctrico básico. Lafuente de tensión V en la izquierda provee una corriente I al circuito, entregándole energía eléctrica alresistor R. Del resistor, la corriente regresa a la fuente, completando el circuito.

Un circuito eléctrico es una interconexión de componentes eléctricos tales que la carga eléctrica fluye en un camino cerrado, por lo general para ejecutar alguna tarea útil.

Los componentes en un circuito eléctrico pueden ser muy variados, puede tener elementos comoresistores, capacitores, interruptores, transformadores y electronicos. Los circuitos electrónicos contienen componentes activos, normalmente semiconductores, exhibiendo un comportamiento no linear, necesitando análisis complejos. Los componentes eléctricos más simples son los pasivos ylineales.

El comportamiento de los circuitos eléctricos que contienen solamente resistencias y fuentes electromotrices de corriente continua está gobernado por las Leyes de Kirchoff. Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas eléctricas, estableciendo un sistema de ecuaciones linealescuya resolución brinda los valores de los voltajes y corrientes que circulan entre sus diferentes partes.

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 ycondensadores. 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.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES

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

Origen microscópico

La posibilidad de generar corrientes eléctricas 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 de los materiales sólidos, cuando existe, se debe a los electrones más exteriores, ya que tanto los electrones interiores como los protones de losnúcleos atómicos no pueden desplazarse con facilidad. Los materiales conductores por excelencia son metales, como el cobre, que usualmente tienen un único electrón en la última capa electrónica. Estos electrones pueden pasar con facilidad a átomos contiguos, constituyendo los electrones libres responsables del flujo de corriente eléctrica. En otros materiales sólidos los electrones se liberan con dificultad constituyendo semiconductores, cuando la liberación puede ser producida por excitación térmica, o aisladores, cuando no se logra esta liberación.

Los mecanismos microscópicos de conducción eléctrica son diferentes en los materialessuperconductores y en los líquidos. En los primeros, a muy bajas temperaturas y como consecuencia de fenómenos cuánticos, los electrones no interactúan con los átomos desplazándose con total libertad (resistividad nula). En los segundos, como en los electrólitos de las baterías eléctricas, la conducción de corriente es producida por el desplazamiento de átomos o moléculas completas ionizadas de modo positivo o negativo. Los materiales superconductores se usan en imanes superconductores para la generación de elevadísimos campos magnéticos.

En todos los materiales sometidos a campos eléctricos se modifican, en mayor o menor grado, las distribuciones espaciales relativas de las cargas negativas (electrones) y positivas (núcleos atómicos). Este fenómeno se denomina polarización eléctrica y es más notorio en los aisladores eléctricos debido a la ausencia de apantallamiento del campo eléctrico aplicado por los electrones libres.

Conductividad 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. 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. 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.

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 ésta 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 más ligero, 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.⁵²

• 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 pero, bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.

La conductividad se designa por la letra griega sigma minúscula () y se mide en siemens por metro, mientras que la resistividad se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohms por metro (Ω•m, a veces también en Ω•mm²/m).

PRODUCCIÓN Y USOS DE LA ELECTRICIDAD

Generación y transmisión

La energía eólica está tomando importancia en muchos países.

Hasta la invención de la pila voltaica en el siglo XVIII no se tenía una fuente viable de electricidad. La pila voltaica y su descendiente moderna, la batería eléctrica, almacenaba energía químicamente y la entregaba según la demanda en forma de energía eléctrica. 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 reemplazada o descargada. Para una demanda eléctrica mucho más grande la energía debe ser generada y transmitida continuamente sobre líneas de transmisión conductivas.

Por lo general, la energía eléctrica es generada por generadores electromecánicos controlados por el vapor producido por combustibles fósiles, o por el calor generado por reacciones nucleares, o de otras fuentes como la energía cinética extraída del viento o el agua. La modernaturbina de vapor inventada por Charles Algernon Parsons en 1884 genera cerca del 80% de laenergía eléctrica en el mundo usando una gran variedad de fuentes de calentamiento. Este generador no tiene ningún parecido al generador de disco homopolar de Faraday, aunque ambos funcionan bajo el mismo principio electromágnetico de que un conductor al cambiarle el campo mágnetico produce una diferencia de potencial en sus terminales. La invención a finales del siglo XIX del transformador implico transmitir la energía eléctrica de una forma más eficiente. La transmisión eléctrica eficiente significó en permitir generar electricidad en plantas generadoras, para entonces ser despachada a largas distancias donde fuera necesario.

Debido a que la energía eléctrica no puede ser almacenada fácilmente para atender la demanda a una escala nacional, la mayoría de las veces todo lo que se produce es lo que se requiere. Esto requiere de una bolsa eléctrica quienes hacen predicciones de la carga eléctrica, y mantener una coordinación constante con las plantas generadoras. Una cierta cantidad de generación debe mantenerse en reserva para soportar cualquier anomalía en la red.

La demanda de la electricidad crece con una gran rapidez si una nación se moderniza y su economía se desarrolla. Estados Unidostuvo un aumento del 12% anual de la demanda en las tres primeras décadas del siglo XX, una tasa de crecimiento que es similar a las economías emergentes como India o China. Históricamente, la tasa de crecimiento de la demanda eléctrica ha superado a otras formas de energía.

Las preocupaciones medioambientales con la generación de energía eléctrica han hecho que se enfoque en las energías renovables, en particular la energía eólica e hidráulica. Mientras el debate continúe sobre el impacto medioambiental de diferentes tipos de producción eléctrica, su forma final sera relativamente limpia.

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 electrónica, Generador eléctrico, Motor eléctrico, Transformador, Maquinas frigoríficas, aire acondicionado,electroimanes, Telecomunicaciones, Electroquímica, electrovalvulas, Iluminación y alumbrado, Producción de calor, Electrodomésticos,Robótica, Señales luminosas. También se aplica la inducción electromagnética para la construcción de motores movidos por energía eléctrica, que permiten el funcionamiento de innumerables dispositivos.

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 excede el de ruptura 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, luz.

Son de origen similar las centellas y el fuego de San Telmo. Este último es común en los barcos durante las tormentas y es similar alefecto corona que se produce en algunos cables de alta tensión.

El daño que producen los rayos a las personas y sus instalaciones puede prevenirse derivando la descarga a tierra, de modo inocuo, mediante pararrayos.

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.

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 fotoeléctricomediante 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 de los polos, en lasauroras polares.

Mundo orgánico

El bioelectromagnetismo (a veces denominado parcialmente como bioelectricidad o biomagnetismo) es el fenómeno biológico presente en todos los seres vivos, incluidas todas las plantas y los animales, consistente en la producción de campos electromagnéticos (se manifiesten como eléctricos o magnéticos) 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. No debe confundirse con la bioelectromagnética, que se ocupa de los efectos de una fuente externa de electromagnetismo sobre los organismos vivos.

Impulso nervioso

Grabado antiguo mostrando la excitación del nervio crural de una rana mediante una máquina electrostática.

El fenómeno de excitación de los músculos de las patas de una rana, descubierto por Galvani, puso en evidencia la importancia de los fenómenos eléctricos en los organismos vivientes. Aunque inicialmente se pensó que se trataba de una clase especial de electricidad, se verificó gradualmente que estaban en juego las cargas eléctricas usuales de la física. En los organismos con sistema nervioso lasneuronas son los canales por los que se trasmiten a los músculos las señales que comandan su contracción y relajación. Las neuronas también transmiten alcerebro las señales de los órganos internos, de la piel y de los transductores que son los órganos de los sentidos, señales como dolor, calor, textura, presión, imágenes, sonidos, olores y sabores. Los mecanismos de propagación de las señales por las neuronas, sin embargo, son muy diferentes del de conducción de electrones en los cables eléctricos. Consisten en la modificación de la concentración de iones de sodio y de potasio a ambos lados de una membrana celular. Se generan así diferencias de potencial, variables a lo largo del interior de la neurona, que varían en el tiempo propagándose de un extremo al otro de la misma con altas velocidades.

El pez torpedo es uno de los "fuertemente eléctricos".

Uso biológico

Muchos peces y unos pocos mamíferos tienen la capacidad de detectar la variación de los campos eléctricos en los que están inmersos, entre los que se cuentan los teleostei, lasrayas⁵³ y los ornitorrincos. Esta detección es hecha por neuronas especializadas llamadasneuromastos,⁵⁴ que en los gimnótidos están ubicadas en la línea lateral del pez.⁵⁵

La localización por medios eléctricos (electrorrecepción) puede ser pasiva o activa. En la localización pasiva el animal sólo detecta la variación de los campos eléctricos circundantes, a los que no genera. Los "peces poco eléctricos" son capaces de generar campos eléctricos débiles a través de órganos y circuitos especiales de neuronas, cuya única función es detectar variaciones del entorno y comunicarse con otros miembros de su especie. Los voltajes generados son inferiores a 1 V y las características de los sistemas de detección y control varían grandemente de especie a especie.⁵⁶

Algunos peces, como las anguilas y las rayas eléctricas son capaces de producir grandes descargas eléctricas con fines defensivos u ofensivos, son los llamados peces eléctricos. Estos peces, también llamados "peces fuertemente eléctricos", pueden generar voltajes de hasta 2.000 V y corrientes superiores a 1 A. Entre los peces eléctricos se cuentan losApteronotidae, Gymnotidae, Electrophoridae, Hypopomidae, Rhamphichthyidae,Sternopygidae, Gymnarchidae, Mormyridae y Malapteruridae.