Resumen

El fenómeno de la electricidad se ha estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico sistemático comenzó en los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los ingenieros lograron aprovecharla para su uso doméstico e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica la convirtió en la columna vertebral de la sociedad industrial moderna. (Michael Faraday relaciono el magnetismo con la electricidad). 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 de 2750 a.C. se referían a estos peces como los <<tronadores del Nilo>>, descritos como los protectores de otros peces. Posteriormente, los peces eléctricos también fueron descritos por los romanos, griegos, árabes y naturalistas físicos. Autores antiguos como Plinio el Viejo o Escribonio Largo, describieron un efecto adormecedor de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos. Inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Hoy en día la electricidad se manifiesta de diferentes formas, pero no toda la gente

tiene conocimiento alguno de que es  la electricidad y de cómo está fluye en nuestra vida cotidiana y de todas las necesidades que atiende.

La electricidad es el conjunto de diversos sistemas que nos dan funcionamiento a algunas tareas y herramientas que utilizamos en nuestra vida diaria, tan simple como encender el televisor y otras más complejas

Antecedentes

La Electricidad es una propiedad física de la materia. Consiste en aquella interacción  negativa o positiva existente entre los protones y los electrones de la materia. El origen etimológico de la palabra es Griego, quienes la estudiaron en esta civilización la llamaron “elektron” que significa “Ambar” por el color tan versátil y luminoso que presentaba.

Thales de Miletus (630-550 AC) fue el primero, que cerca del año 600 AC, conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos.

Sin embargo fue el filósofo Griego Theophrastus (374-287 AC) el primero que

En un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tiene ese mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.

En 1600, la Reina Elizabeth I ordena al físico real William Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las brújulas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo.

Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego “elektron”=ámbar.

Gilbert es la unidad de medida de la fuerza magneto motriz.

Debemos tener en cuenta el significado de 2 términos más en el estudio de la electricidad, la corriente eléctrica es una magnitud física, que describe la cantidad de electricidad que pasa a través de un conductor. Existen 2 tipos de corrientes, que son: La continua, que no es interrumpida por ningún lapso de vacío, debido a que es un solo sentido. La otra es la alterna, que se alterna en dirección y no es constante.

El otro término de Energía, cuando decimos energía eléctrica nos referimos a ese producto, a ese resultado en forma de movimiento que se genera cuando la corriente eléctrica interactúa con el ambiente. Por lo general, asociamos la energía eléctrica con la producción de calor, el funcionamiento de equipos eléctricos (es decir que funcionan con electricidad). También conocemos que la energía eléctrica es aquella que se guarda en una batería y es almacenada para ser utilizada posteriormente

Ejemplo de esta energía eléctrica: la que emplean los automóviles y los teléfonos celulares. Esta tecnología les permite no depender de una conexión constante con una fuente de energía.

La electricidad generada por el hombre es creada por turbinas, condensadores y maquinarias que se basan en la fuerza de la naturaleza para funcionar, como las represas, que utilizan la fuerza de grandes cantidades de agua para generar la corriente que abastece grandes ciudades. Pero el planeta tierra es también capaz de generar ella misma electricidad, esos rayos, centellas y relámpagos que vemos en el cielo en medio de una tormenta son descargas eléctricas generadas por el choque de enormes cúmulos de materia y energía. A esto se le denomina corriente eléctrica natural y puede ser aprovechada por el hombre con pararrayos y conductores súper resistentes capaces de absorber el impacto de una descarga de tal magnitud.

La electricidad es una forma de energía  que solo se puede apreciar por los efectos que produce.

El estudio de la electricidad en reposo recibe el nombre de electrostática y el estudio de la electricidad en movimiento se llama electrodinámica.

En 1752, Benjamín Franklin (1706−1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos.

Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. Invento el pararrayos.

En 1780 inventa los lentes Bifocales.

En 1776, Charles Agustín de Coulomb (1736−1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Coulomb es la unidad de medida de Carga eléctrica.

En 1800, Alejandro Volta (1745−1827) construye la primera celda Electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Físico Italiano Luigi Galvani(1737−1798) sobre las corrientes nerviosas−eléctricas en las ancas de ranas.

Galvani propuso la teoría de la Electricidad Animal, lo cual contrarió a Volta, quien creía que las contracciones musculares eran el resultado del contacto de los dos metales con el músculo.

Sus investigaciones posteriores le permitieron elaborar una celda química capaz de producir corriente continua, fue así como desarrollo la Pila.

Volt es la unidad de medida del potencial eléctrico (Tensión).

Desde 1801 a 1815, Sir Humphry Davy (1778−1829) desarrolla la electroquímica (nombre asignado por él mismo), explorando el uso de la pila de Volta o batería, y tratando de entender como ésta funciona.

En 1801 observa el arco eléctrico y la incandescencia en un conductor energizado con una batería.

Entre 1806 y 1808 publica el resultado de sus investigaciones sobre la electrólisis, donde logra la separación del Magnesio, Bario, Estroncio, Calcio, Sodio, Potasio y Boro.

En 1807 fabrica una pila con más de 2000 placas doble, con la cual descubre el Cloro y demuestra que es un elemento, en vez de un ácido.

En 1815 inventa la lámpara de seguridad para los mineros.

Sin ningún lugar a duda, el descubrimiento más importante lo realiza ese mismo año, cuando descubre al joven Michael Faraday y lo toma como asistente.

En 1819, El científico Danés Hans Christian Oersted (1777−1851) descubre el electromagnetismo, cuando en un experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltaica, se movió. Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la Electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo.

Oersted es la unidad de medida de la Reluctancia Magnética.

En 1823, Andre−Marie Ampere (1775−1836) establece los principios de la electrodinámica, cuando llega a la conclusión de que la Fuerza Electromotriz es producto de dos efectos: La tensión eléctrica y la corriente eléctrica. Experimenta con conductores, determinando que estos se atraen si las corrientes fluyen en la misma dirección, y se repelen cuando fluyen en contra.

Ampere produce un excelente resultado matemático de los fenómenos estudiados por Oersted.

Ampere es la unidad de medida de la corriente eléctrica.

En 1826, El físico Alemán Georg Simon Ohm (1789−1854) fue quien formuló con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm.

Ohm es la unidad de medida de la Resistencia Eléctrica.

R= V / I                     Ohm = Volt / Amper

En 1831, Michael Faraday (1791−1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la Física y Química. A pesar de su baja preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.

Faradio es la unidad de medida de la Capacitancia Eléctrica.

La tensión inducida en la bobina que se mueve en campo magnético no uniforme fue demostrada por Faraday.

En 1835, Simule F.B. Morse (1791−1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información, El Telégrafo.

En 1835 construye el primer telégrafo.

En 1837 se asocia con Henry y Vail con el fin de obtener financiamiento del Congreso de USA para su desarrollo, fracasa el intento, prosigue solo, obteniendo el éxito en 1843, cuando el congreso le aprueba el desarrollo de una línea de 41 millas desde Baltimor hasta el Capitolio en Washington D.C. La cual construye en 1844.

En 1840−42, James Prescott Joule (1818−1889) Físico Inglés, quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el científico Alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821−1894), quien definió la primera ley de la termodinámica demostraron que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que la Electricidad era una forma de Energía.

Adicionalmente, Joule inventó la soldadura eléctrica de arco y demostró que el calor generado por la corriente eléctrica era proporcional al cuadrado de la corriente.

Joule es la unidad de medida de Energía.

En 1845, Gustav Robert Kirchhoff (1824−1887) Físico Alemán a los 21 años de edad, anunció las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes eléctricas. Conocidas como Leyes de Kirchhoff I y II.

Estableció las técnicas para el análisis espectral, con la cual determinó la composición del sol.

En 1854, El matemático Inglés William Thomson (Lord Kelvin) (1824−1907, con su trabajo sobre el análisis teórico sobre transmisión por cable, hizo posible el desarrollo del cable transatlántico.

En 1851 definió la Segunda Ley de la Termodinámica.

En 1858 Inventó el cable flexible.

Kelvin es la unidad de medida de temperatura absoluta.

En 1870, James Clerk Maxwell (1831−1879) Matemático Inglés formuló las cuatro ecuaciones que sirven de fundamento de la teoría Electromagnética. Dedujo que la Luz es una onda electromagnética, y que la energía se transmite por ondas electromagnéticas a la velocidad de la Luz Maxwell es la unidad del flujo Magnético.

En 1879, el Físico Inglés Joseph John Thomson (1856−1940) demostró que los rayos catódicos estaban constituido de partículas atómicas de carga negativas la cual el llamó ¨Corpúsculos¨ y hoy en día los conocemos como Electrones.

En 1881, Thomas Alva Edison (1847−1931) produce la primera Lámpara Incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas.

En 1881 desarrolló el filamento de bambú con 1.7 lúmenes por vatios. En 1904 el filamento de tungsteno con una eficiencia de 7.9 lúmenes por vatios. En 1910 la lámpara de 100 w con rendimiento de 10 lúmenes Por vatios.

Hoy en día, las lámparas incandescentes de filamento de tungsteno de 100 w tienen un rendimiento del orden de 18 lúmenes por vatios. En 1882 Edison instaló el primer sistema eléctrico para vender energía para la iluminación incandescente, en los Estados Unidos para la estación Pearl Street de la ciudad de New York.

El sistema fue en CD tres hilos, 220−110 v con una potencia total de 30 kw.

En 1884, Heinrich Rudolf Hertz (1847−1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell y las

Reescribió, en la forma que hoy en día es conocida.

En 1888 Hertz recibió el reconocimiento por sus trabajos sobre las Ondas Electromagnéticas: propagación, polarización y reflexión de ondas.

Con Hertz se abre la puerta para el desarrollo de la radio.

Hertz es la unidad de medida de la frecuencia.

La electricidad es una forma de energía. Todo lo que te rodea, incluyendo tu cuerpo, es materia hecha de átomos. Un átomo tiene un centro, llamado núcleo. Este núcleo contiene partículas cargadas positivamente (protones) y partículas sin carga (neutrones). El núcleo está rodeado por partículas cargadas negativamente llamadas electrones .

La electricidad se produce a causa del movimiento de los electrones. Obtenemos energía eléctrica de la conversión de otra fuentes de energía, como el carbón, gas, petróleo y otras fuentes naturales. Pero el cuerpo humano también produce electricidad.

Voltaje humano

Para producir electricidad la célula de tu cuerpo usa un mecanismo llamado “compuerta sodio-potasio”. Cuando el cuerpo necesita enviar un mensaje de un punto al otro, la célula abre la compuerta, y los iones de sodio y potasio se pueden mover libremente dentro y fuera de la célula. El potasio cargado negativamente sale de la célula, y los iones de sodio cargados positivamente entran en ella. El resultado es un cambio en las concentraciones de ambas sustancias, y en sus cargas eléctricas. Esto genera una especie de “chispa eléctrica”.

Esta chispa provoca que la siguiente célula haga lo mismo… y la siguiente… así sucesivamente, como una tormenta eléctrica de muy bajo voltaje… y todo ello porque tu cerebro ordenó que tu movieras un dedo, miraras a un lugar… o simplemente tu corazón se aprestaba a dar otro latido… Así ocurre constantemente

Si miras un PET-Scan mientras experimentas cualquiera de aquellos sentimientos, verás que tu cerebro se ilumina como un árbol de navidad.

Ya que todo se basa en estas señales eléctricas, cualquier avería en el sistema eléctrico de tu cuerpo puede interrumpir el funcionamiento normal del sistema, y es entonces cuando puedes confrontar problemas grandes o pequeños, desde subirte la presión arterial… hasta sufrir un ataque al corazón.

Un cuerpo humano genera entre 10 y 100 mili voltios, casi nada comparado con una bombilla que requiere 25.000 voltios. Sin embargo, esos voltios que produce tu cuerpo son suficientes para generar y mantener lo más preciado de la existencia: la vida..

Cada pensamiento, emoción, o acción, provoca una reacción en un área específica de tu cerebro. ¿Estás alegre? ¿triste? ¿Enamorado? ¡Allá va una tormenta eléctrica en tu cuerpo, y tu cerebro! La tecnología moderna de imágenes nos permite ver la intrincada danza de energía en el cerebro, que acompaña a cada pensamiento y el cuerpo

¿Y CÓMO ES QUE SE RELACIONA LA ELECTRICIDAD CON EL CUERPO HUMANO?

El cuerpo humano en su estado de homeostasis o equilibrio requiere básicamente de tres componentes para su óptimo funcionamiento: oxígeno, sangre y glucosa. El oxígeno es tomado del medio ambiente y procesado a través del sistema respiratorio; el ser humano requiere del 21% de oxígeno para realizar las funciones básicas.

La sangre, suministrada a todo el organismo a través del corazón (un adulto registra de 60 a 80 latidos por minuto), transporta los nutrientes necesarios. Y finalmente la glucosa aporta la energía tomada de los nutrientes de los alimentos.

El cerebro es el encargado de administrar las funciones de muchos órganos, aparatos y sistemas del cuerpo, todo ello a través de la sinapsis. La palabra sinapsis viene de sinapteína, que Sir Charles Scott Sherrington y colaboradores formaron con las palabras griegas sin- que significa “juntos”, y hapteína, es decir “con firmeza”. Y que de manera general permite la unión especializada de las neuronas, a través de los impulsos eléctricos que se originan de una descarga química.

Haciendo una analogía del cuerpo humano con la electricidad, el cuerpo humano por un lado actúa como conductor al permitir el impulso eléctrico o paso de la corriente eléctrica que se define como el flujo de electrones a través de un conductor en función al tiempo que tiene como unidad de medida el Amper; asimismo, el cuerpo humano actúa como una resistencia eléctrica, como la oposición al paso de dicha corriente cuya unidad de medida es el Ohm y que además, en caso de una descarga eléctrica, dicha corriente buscaría el menor camino de resistencia en el cuerpo (tejido, piel, músculos, etcétera), teniéndose por lo regular una salida en extremidades como son los brazos y pies, etcétera.

Aunque el cuerpo humano actúa como conductor al permitir el impulso eléctrico o paso de la corriente eléctrica, también lo hace como una resistencia eléctrica.

Y hablando de descargas eléctricas o choque eléctrico ¿Cuáles son los efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano?

Los efectos son diversos, desde un simple cosquilleo hasta efectos fatales, los cuales dependen del tiempo de exposición, la magnitud de la corriente, el tipo de corriente que puede ser de tipo alterno o directo, condiciones de salud, estado físico del accidentado, entre otros.

Cosquilleo que puede al principio de la exposición causar una sensación placentera; asimismo otro efecto es el dolor y la contracción muscular, donde los músculos se tensan como cuando un trabajador toca los conductores eléctricos y que comúnmente se dice que “quedó pegado”, este fenómeno se da en la exposición con corriente alterna, como la que existe en los hogares o casa-habitación.

En el caso de una exposición con corriente continua el efecto es contrario, es decir tiende a aventar a la víctima, generando un posible trauma; cuando la persona se desmaya por el trauma u otra razón, la lengua –al considerarse un músculo- pierde su tonalidad y tiende irse hacia atrás, lo que provocaría una obstrucción de la vía aérea, generándose un posible paro respiratorio.

Asimismo, cuando la corriente eléctrica alterna pasa por el corazón, ésta provoca un desorden desde el punto de vista eléctrico. Imagínese una gráfica de dicha corriente alterna con su característica: la forma de onda senoidal, pasando por un ciclo positivo, negativo, y como común denominador de pasar por cero como parte de esta alternancia. Al llegar esta corriente o choque eléctrico esa forma de onda se distorsiona generando un caos, y si el corazón –como ya se mencionó- trabaja con esos impulsos eléctricos a través de la sinapsis, físicamente el corazón no tendría la capacidad de bombear sangre adecuadamente, por el caos provocado por la corriente externa, produciéndose una fibrilación ventricular.

Asimismo, en el caso de estar expuesta la víctima a una corriente directa, que viaja en una sola dirección, ya sea en el ciclo positivo o negativo, la lesión provocada en el corazón generaría una arritmia cardiaca, y en consecuencia una lesión llamada asistolia, que se caracteriza por la ausencia de la actividad eléctrica en el corazón.

De lo anterior, desde el punto de vista cuantitativo o de magnitudes, se puede resumir lo siguiente en las curvas de seguridad, de acuerdo a la normativa de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC, por sus siglas en inglés).

Objetivo

Demostrar como fluye la electricidad en el cuerpo humano

Justificación

A mi me intereso investigar sobre la electricidad, para poder saber los usos y beneficios que obtenemos de la electricidad y conformé fui investigando sobre el tema me dio curiosidad saber que se siente cuando uno sufre una descarga eléctrica, para poder entender de una mejor forma y más segura se me ocurrió elaborar mi propia máquina de toques, porque no todas las descargas son dañinas y en varias ocasiones salvan vidas.

Hipótesis

Si logramos elaborar una maquina de toques casera podremos demostrar como funciona la electricidad a baja escala y darnos una pequeña idea de los efectos y la sensación que se tiene al sufrir una descarga eléctrica.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

1.- Un transformador de 12 volts

2.- Un portapilas de 2 ó 3 pilas

3.- 2 ó 3 pilas AA

4.- 2 cables de ½ metro aproximadamente

5.- Un pulsador de 2 patitas

6.- Papel aluminio

7.- Cinta de aislar

8.- 2 marcadores vacios

9.- Una cajita de cartón

Procedimiento

Primero que todo hay que identificar cual es el devanado primario y cual es devanado secundario, en el caso de mi tranformador el devanado primario es el lado que tiene 3 cables y el secundario es el lado que tiene 2 cables.

Una vez identificados los devanarios procederemos al armado:

Paso 1.- Tomaremos un cable del devanario secundario y lo uniremos con el cable del portapilas y el segundo cable del devanario secundaro lo uniremos a una patita del pulsador y la otra patita la uniremos al segundo cable del portapilas.

Paso 2.- Uniremos uno de los cables del devanado primario a uno de los cables sueltos que tenemos y a su vez uniremos el segundo cable al otro del devanario primario.

Una vez unidos todos los cables tapamos las uniones con cinta de aislar para evitar que choquen los cables entre si.

Paso 3.- Pondremos todos los cables dentro de la cajita y aremos 2 orificios para pasar los cables largos y en la parte de arriba aremos un orificio pequeño para poner el pulsador.

Paso 4.- Forramos los plumones con el papel aluminio y ponemos el otro extremo del cable, debemos checar que los hilos de cobre toquen bien el papel aluminio para que pueda haber reacción. Para fijar bien el papel al cable junto con el plumón podemos poner un poco de diurex.

Paso 5.- Para que dentro de la caja no haya tanto movimiento podemos fijar los cables y las piezas a la caja con un poco de diurex o de silicón.

Para darle una mejor presentación a la cajita  puedes pintarla o decorarla según tu gusto.

Galería Método

Resultados

Logre hacer la cajita de toques y al probarla me di cuenta que si funciona, aunque las descargas que da son muy pequeñas si se puede llegar a sentir como unos leves calambres en las manos.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Demostre que si pude elaborar una maquina de toques y que las descargas que da realmente son pequeñas y no son dañinas, probablemente si mis conductores fueran totalmente de metal las descargas fueran un poco mas fuertes, también al investigar el tema supe que uno puede sufrir de quemaduras por las descargas eléctricas.

Bibliografía

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www.semanarioaccion.com/como-produce-electricidad-el-cuerpo-humano-y-para-que-la-usa

www.electrica.mx/la-relacion-de-la-electricidad-con-el-cuerpo-humano-y-sus-efectos

Summary

Research Question

Problem approach

Nowadays the electricity manifest itself in different ways but not all the people have the knowledge about what the electricity is and how this influences our  everyday life and all the needs that attends

Background

Objective

To demostrate how the electicity flows in the human body

Justification

I like to investigate on electricity, in order to know the uses and benefitsthat qe get from the electricity and also I am curious  to know how it feels like when one suffer a electrical shock to be able to undertand it in a better way and more secure, I thought develop my own machine tapping, because not all the downloads are harmful.

Hypothesis

If we develop  a home made machine with electricity then we can demostrate how the electricity works, at low scale and give us an idea of the effects and the sensation that occuru when the people receive an electrical shock.

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography