La idea errónea que nos enseñan sobre la electricidad
Summary
TLDREl guion del video desentraña el verdadero funcionamiento de la electricidad, desmintiendo mitos comunes. Se explica que la energía en un circuito no viaja a través de los cables por conductividad, sino que fluye a través del espacio a través de campos eléctricos y magnéticos, tal como lo describe el vector de Poynting. Este concepto es fundamental para entender cómo la electricidad llega a nuestras casas y cómo funciona la corriente alterna, y se ilustra con ejemplos como el fallido cable transatlántico de telégrafo que solo funcionó un mes debido a la falta de comprensión de este principio.
Takeaways
- 🔋 La energía en un circuito no se transporta por los electrones moviéndose a través de los cables, sino por campos eléctricos y magnéticos que se propagan a la velocidad de la luz.
- 👀 Se desmitifica la idea de que los electrones viajan de la central eléctrica hasta el hogar, lo cual es una concepción errónea sobre cómo llega la energía.
- 🌐 La teoría de Maxwell y la ecuación de Poynting son fundamentales para entender cómo se transmite la energía electromagnética, incluyendo la luz y la electricidad.
- 👨🏫 Se explica que la corriente alterna (CA) y los campos eléctricos y magnéticos asociados se invierten en cada medio ciclo, manteniendo el flujo de energía en una sola dirección.
- 🌌 La energía en un cable se propaga a través de los campos electromagnéticos que rodean el cable, más que a través de la conducción de electrones.
- 💡 Al apagar el interruptor en el circuito gigante, la bombilla se apagara casi inmediatamente, ya que la interrupción del flujo de energía electromagnético es instantánea.
- 📡 Los cables submarinos y su aislamiento muestran la importancia de entender cómo se transmite la energía en los campos electromagnéticos para evitar distorsión y pérdida de señal.
- ⚡ La dirección del flujo de energía se puede determinar usando el vector de Poynting, que señala la dirección en la que fluye la energía en un campo electromagnético.
- 👐 La energía no fluye en ambos sentidos en una corriente, sino que es transportada unidirectionalmente por los campos eléctricos y magnéticos.
- 🔧 La impedancia de los cables y dispositivos eléctricos afecta la cantidad de energía que llega a la bombilla, lo que puede ser diferente de la energía total proporcionada por la batería.
- 🌟 La comprensión de cómo se transmite la energía es crucial para el diseño de sistemas de transmisión de energía eficientes y la resolución de problemas técnicos en infraestructuras eléctricas.
Q & A
¿Qué sucede cuando apagas un interruptor en un circuito con cables de 300 mil kilómetros de longitud?
-La bombilla se apagara casi inmediatamente, en alrededor de 1 sobre 6 segundos, debido a que los campos eléctricos y magnéticos se propagan a la velocidad de la luz y no requieren que los electrones viajen físicamente a través de los cables.
¿Por qué los cables no deben tener resistencia para que la analogía del circuito gigante funcione?
-Si los cables tuvieran resistencia, esta disminuiría la eficiencia de la propagación de la energía eléctrica y el tiempo de encendido de la bombilla sería afectado, lo que contradeciría la idea de que la energía llega a la bombilla casi instantáneamente.
¿Cómo se relaciona la teoría de Maxwell con la propagación de la energía eléctrica en un circuito?
-Las ecuaciones de Maxwell describen cómo los campos eléctricos y magnéticos oscilantes se relacionan y se propagan a través del espacio, lo que es fundamental para entender cómo la energía eléctrica se transmite en un circuito y no solo por los electrones que viajan a través de los cables.
¿Qué es el vector de Poynting y cómo se relaciona con el flujo de energía en un circuito eléctrico?
-El vector de Poynting es una ecuación que describe el flujo de energía electromagnética, mostrando cuánta energía pasa por una cierta área en un segundo. Este flujo es perpendicular a los campos eléctricos y magnéticos y es en la misma dirección que viaja la luz, lo que indica cómo la energía se transmite en un circuito.
¿Por qué la analogía del tubo plástico flexible no es completamente correcta para describir la transmisión de energía eléctrica?
-La analogía del tubo plástico flexible simplifica el concepto de corriente y resistencia, pero no explica la verdadera forma en que la energía eléctrica se transmite a través de campos electromagnéticos, lo que es fundamental para entender la propagación de la energía en un circuito.
¿Cómo se relaciona la corriente alterna con la teoría del vector de Poynting?
-La corriente alterna implica que los campos eléctricos y magnéticos cambian de dirección en un ciclo, pero el vector de Poynting siempre apunta en la misma dirección, lo que muestra que la energía se transmite en una sola dirección a pesar de los cambios en la corriente.
¿Por qué los cables submarinos de telégrafo en el siglo XIX tuvieron problemas con la distorsión de señales?
-Los cables submarinos tenían distorsión de señales debido a que no se comprendía completamente cómo se transmitía la energía a través de los campos electromagnéticos. El uso de un aislante y una funda de hierro mejoró la propagación de los campos y, por lo tanto, la calidad de las señales.
¿Cómo es que los electrones no se mueven mucho en un circuito y aún así se transmite energía?
-Los electrones en un circuito siembran moverse, pero a una velocidad muy lenta, alrededor de una décima de milímetro por segundo. Sin embargo, la energía se transmite a través de los campos electromagnéticos que se propagan a la velocidad de la luz, no por el movimiento físico de los electrones.
¿Por qué es importante entender que la energía se transmite a través de campos electromagnéticos y no solo por el movimiento de electrones?
-Entender que la energía se transmite a través de campos electromagnéticos ayuda a explicar fenómenos como la propagación de la energía en circuitos a largas distancias y la eficiencia de la transmisión de energía en sistemas eléctricos modernos.
¿Qué lecciones se pueden aprender de los intentos fallidos de cables submarinos de telégrafo en el siglo XIX?
-Los intentos fallidos de cables submarinos enseñaron la importancia de comprender la teoría de la transmisión de energía a través de campos electromagnéticos y cómo proteger y aislar adecuadamente los cables para minimizar la interferencia y mejorar la calidad de la señal.
Outlines
🔋 Funcionamiento de la electricidad en un circuito teórico
El primer párrafo presenta un hipotético circuito con una batería, un interruptor, una bombilla y cables de 300 mil kilómetros de largo, planteando una pregunta sobre el tiempo que tardaría la bombilla en apagarse tras cerrar el interruptor. Se discuten conceptos erróneos sobre la electricidad, como la idea de que los electrones viajan de la central eléctrica a la casa, y se explica que la electricidad en la red es corriente alterna, donde los electrones se mueven hacia adelante y atrás, y la energía llega a través de campos eléctricos y magnéticos, no a través del flujo de electrones.
🌐 La teoría de Maxwell y el flujo de energía electromagnética
El segundo párrafo explora las ecuaciones de Maxwell y cómo describen el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos, así como el flujo de energía electromagnética. Se ilustra cómo la energía fluye perpendicularmente a estos campos y se aplica esto a un circuito simple con una batería y una bombilla, demostrando que la energía viaja por los campos y no por el flujo de electrones, y cómo esto se manifiesta tanto en corriente continua como en corriente alterna.
🚫 Errores comunes y la realidad del flujo de energía en cables
El tercer párrafo aborda los errores comunes sobre cómo se transmite la energía eléctrica, poniendo de relieve la historia de los cables submarinos de telégrafo y cómo la teoría de los campos electromagnéticos fue fundamental para entender y solucionar los problemas de distorsión en señales a larga distancia. Se concluye con la respuesta a la pregunta inicial sobre el circuito gigante, explicando que la bombilla se encendería casi inmediatamente después de cerrar el interruptor debido a la propagación de los campos electromagnéticos, y no debido al movimiento de los electrones a lo largo del cable.
Mindmap
Keywords
💡Circuito eléctrico
💡Corriente alterna
💡Campos eléctricos y magnéticos
💡Ecuaciones de Maxwell
💡Vector de Poynting
💡Resistencia
💡Carga
💡Transformadores
💡Corriente continua
💡Cables submarinos
Highlights
Un circuito hipotético con cables de 300 mil kilómetros de largo para ilustrar cómo la luz cubre esa distancia en un segundo.
La pregunta sobre el tiempo que tardaría una bombilla en apagarse tras cerrar un interruptor en dicho circuito.
La simplificación de la resistencia de los cables y la teoría de que la bombilla se enciende instantáneamente al fluir la corriente.
La explicación de cómo la electricidad llega a nuestras casas a través de corriente alterna y el movimiento de electrones.
La analogía del tubo plástico flexible y la cadena para entender el movimiento de electrones en los cables.
La distorsión de señales en cables submarinos y la discusión científica sobre el movimiento de energía.
La teoría de James Clerk Maxwell sobre los campos eléctricos y magnéticos oscilantes y su relación con la luz.
La ecuación de John Henry Poynting y su contribución al entendimiento del flujo de energía electromagnética.
La demostración de que la energía fluye perpendicularmente a los campos eléctricos y magnéticos.
La descripción del circuito con batería y bombilla y cómo los campos eléctricos y magnéticos interactúan en el espacio alrededor del circuito.
La idea errónea de que los electrones son los que llevan la energía y cómo realmente son los campos los que transmiten la energía.
La diferencia entre la corriente alterna y la corriente continua y cómo afecta la dirección del flujo de energía.
La explicación de cómo funciona la energía en cables submarinos y la importancia del aislamiento y la protección.
La respuesta a la pregunta inicial del circuito gigante y la revelación de que la bombilla se encenderá casi inmediatamente.
La discusión sobre la importancia de entender el movimiento de energía en el espacio y no solo en los cables.
La invitación a los espectadores a invertir y armar una instalación para probar la teoría del flujo de energía.
La reflexión final sobre la falta de conocimiento común sobre el funcionamiento de la electricidad a pesar de su uso diario.
Transcripts
00:00imagina que tienes un circuito gigante
00:02que consiste de una batería un
00:03interruptor una bombilla y dos cables de
00:06300 mil kilómetros cada uno esa es la
00:10distancia que la luz recorre en un
00:12segundo cubrirían la mitad de la
00:14distancia a la luna ida y vuelta para
00:16conectarse a la bombilla que está a un
00:19metro la pregunta es luego de apagar el
00:22interruptor cuánto tardará la bombilla
00:24emprenderse medio segundo un segundo dos
00:29segundos uno sobre seis segundos o
00:31ninguna de esas debes dar por sentado
00:34algunas cosas que lo simplifican como
00:36que los cables no deben tener
00:37resistencia o esto no funcionaría y que
00:40la bombilla se enciende en el instante
00:42en el que la atraviesa la corriente pero
00:44quiero que te comprometas con una
00:46respuesta y la pongas en los comentarios
00:48para que no puedas decir si sabía que
00:50esa era la respuesta cuando te la diga
00:52más adelante
00:54esta pregunta se relaciona con como la
00:57energía eléctrica llega de la central
00:59eléctrica a tu casa a diferencia de una
01:02batería la electricidad en la red llega
01:05en forma de corriente alterna o sea lo
01:07que significa que los electrones en los
01:09cables se mueven hacia adelante y atrás
01:11nunca van a ninguna parte así que si las
01:15cargas no vienen de la central a tu casa
01:18como llega la energía eléctrica hasta tu
01:21casa
01:22cuando daba clases sobre esto solía
01:25decir que los cables son como este tubo
01:27plástico flexible y que los electrones
01:30dentro son como esta cadena lo que hace
01:33la central eléctrica es empujar y tirar
01:36de los electrones ida y vuelta 60 veces
01:39por segundo en tu casa puedes enchufar
01:42algo como una tostadora lo que significa
01:44que permites que los electrones pasen
01:47por ella así que cuando la central
01:49empuja y tira de los electrones éstos se
01:52encuentran resistencia en la tostadora y
01:55disipan su energía como un calor y
01:59puedes tostar tu pan esto es muy genial
02:02hace fácil verlo y creo que mis alumnos
02:04lo entendieron pero hay un problema es
02:07incorrecto en primer lugar no hay un
02:11cable continuo que vaya directamente
02:13desde la central de energía hasta tu
02:15casa no hay brechas físicas hay quiebres
02:19en la línea como en los transformadores
02:21donde hay una bobina de cable de un lado
02:24y otra bobina del otro lado y así los
02:26electrones no pueden fluir de una a la
02:29otra además si son los electrones los
02:33que llevan la energía de la central
02:35hasta tu aparato cuando esos mismos
02:38electrones fluyan hacia la central
02:40porque no llevan energía de vuelta desde
02:43tu casa hasta la central es decir si la
02:47corriente fluye en ambas direcciones
02:49porque la energía solo fluye en una
02:53dirección estas son las mentiras que te
02:55enseñaron sobre la electricidad que los
02:57electrones en sí mismos tienen energía
03:00potencial que son empujados o atraídos
03:03en un bucle continuo y que disipan su
03:06energía en los dispositivos en este
03:09vídeo propongo que todo eso es falso así
03:13que cómo funciona en verdad
03:18en las décadas de 1860 y 70 hubo grandes
03:21avances para entender el universo cuando
03:24el físico escocés james clerk maxwell
03:26descubrió que la luz está hecha de
03:29campos eléctricos y magnéticos
03:31oscilantes esos campos oscilan
03:34perpendicularmente entre ellos y están
03:36en fase por lo que si uno está en su
03:38máximo también el otro el hizo las
03:42ecuaciones que gobiernan el
03:43comportamiento de los campos eléctricos
03:45y magnéticos y por ende estas ondas hoy
03:48son llamadas las ecuaciones de maxwell
03:50pero en 1883 uno de los discípulos de
03:54maxwell john henry pointing comienza a
03:56pensar en la conservación de la energía
03:58si la energía se conserva localmente en
04:01cada rincón del espacio deberías ser
04:04capaz de rastrear el camino por el que
04:06fluye la energía de un lugar a otro
04:08piensa en la energía que viene a
04:10nosotros desde el sol durante esos ocho
04:13minutos en los que la luz viaja la
04:16energía se almacena y transmite en los
04:19campos eléctricos y magnéticos de la luz
04:22pointing elabora una ecuación que
04:25describe el flujo de energía es decir
04:28cuánta energía electromagnética pasa por
04:31cierta área por segundo esto se conoce
04:34como el vector de pointing y se le da el
04:36símbolo s la fórmula es bastante simple
04:39es una constante 1 sobre mucho pero que
04:42es la permeabilidad del vacío
04:43multiplicado por el producto cruz de x b
04:46esto es el producto vectorial de los
04:48campos eléctricos y magnéticos el
04:50producto cruzado es una forma particular
04:53de multiplicar dos vectores entre sí
04:54donde multiplica sus magnitudes
04:57perpendiculares y para hallar la
04:59dirección pones los dedos en la
05:01dirección del primer vector en este caso
05:03es el campo eléctrico y los curvas en la
05:05dirección del segundo vector los campos
05:07magnéticos y tu pulgar apunta en la
05:10dirección del vector resultante el flujo
05:12de energía lo que esto nos demuestra
05:14sobre la luz es que la energía fluye
05:17perpendicularmente a los campos
05:19magnéticos y eléctricos y es en la misma
05:22dirección en la que viaja la luz lo que
05:25tiene mucho sentido la luz lleva energía
05:28desde su fuente hasta destino
05:33pero la clave es esta la ecuación de
05:36pointing no solo funciona para la luz
05:38funciona cada vez que coinciden campos
05:42eléctricos y magnéticos
05:44siempre que haya campos eléctricos y
05:46magnéticos juntos hay un flujo de
05:48energía y puedes calcularlo usando el
05:51vector de pointing
05:54para ilustrar esto veamos un circuito
05:57simple con una batería y una bombilla la
06:00batería en sí misma tiene un campo
06:02eléctrico pero como las cargas no se
06:04mueven no hay campo magnético por lo que
06:07la batería no pierde energía cuando la
06:10batería se conecta al circuito su campo
06:12eléctrico se extiende por ese circuito a
06:15la velocidad de la luz este campo
06:17eléctrico empuje electrones que se
06:19acumulan en algunas superficies de los
06:21conductores generando las cargas
06:24negativas y se reducen en otras dejando
06:27esas superficies con carga positiva
06:30estas cargas en las superficies crean un
06:33pequeño campo eléctrico dentro de los
06:35cables causando que los electrones
06:37viajen preferentemente en una dirección
06:39la velocidad en que viajan es muy lenta
06:42alrededor de una décima de milímetro por
06:44segundo pero esto es la corriente bueno
06:47la corriente convencional por definición
06:49fluye contraria al sentido de los
06:51electrones pero les diré cómo ocurre
06:53esto la carga en la superficie de los
06:56conductores también crea un campo
06:58eléctrico afuera de los cables y la
07:01corriente dentro de los cables crea un
07:03campo magnético afuera de ellos ahora
07:06existe una combinación de campos
07:08eléctricos y magnéticos en el espacio
07:10alrededor del circuito según la teoría
07:13de pointing debería haber un flujo de
07:16energía y podemos determinar la
07:18dirección de este flujo usando la regla
07:20de la mano derecha alrededor de la
07:22batería el campo eléctrico está hacia
07:25abajo y el campo magnético hacia adentro
07:27de la pantalla así que hayas que la
07:29energía fluya hacia afuera y a la
07:31derecha de la batería
07:33de hecho alrededor de la batería allá es
07:36que la energía es radial hacia afuera la
07:39energía va hacia fuera por los lados de
07:42la batería hacia los campos a través de
07:45los cables también puedes usar la misma
07:47regla y hayas que la energía fluye hacia
07:50la derecha esto sucede en los campos
07:52alrededor del cable superior y del cable
07:55inferior pero en el filamento el vector
07:57de pointing apunta hacia adentro de la
07:59bombilla la bombilla está obteniendo
08:02energía del campo si haces el producto
08:04vectorial allá es que la energía está
08:06llegando en todas direcciones hacia la
08:08bombilla toman muchos caminos desde la
08:11batería hasta la bombilla pero en todos
08:13los casos de la energía es transmitida
08:15por los campos eléctricos y magnéticos
08:16la gente suele creer que bombea se
08:19electrones que compras electrones o algo
08:22así están muy equivocados
08:24para mucha gente al día de hoy es muy
08:27contra intuitivo pensar que la energía
08:29fluye en el espacio alrededor del
08:31conductor pero la energía que viaja por
08:34el campo lo hace bastante rápido
08:38hay varias cosas para observar aquí a
08:40pesar de que los electrones van en dos
08:42direcciones hacia afuera de la batería y
08:44hacia ella al usar el vector de pointing
08:47allá es que la energía fluye en solo en
08:49una dirección de la batería hacia la
08:51bombilla esto también muestra que son
08:53los campos y no los electrones los que
08:56llevan la energía cuánto se mueven los
08:58electrones en el esquema que planteas
09:01casi nada tal vez no se muevan qué
09:04sucede si en lugar de una batería usamos
09:07una fuente de corriente alterna la
09:09dirección de la corriente se revierte
09:11cada medio ciclo esto quiere decir que
09:14tanto los campos eléctricos como
09:15magnéticos se invierten a la vez así que
09:18en todo momento el vector de pointing
09:21sigue apuntando en la misma dirección de
09:23la fuente a la bombilla el mismo
09:26análisis que usamos con la corriente
09:27continua funciona con la alterna y esto
09:31explica cómo la energía puede fluir de
09:33las centrales eléctricas a los hogares
09:34por el tendido eléctrico dentro de los
09:37cables los electrones se mueven hacia
09:39atrás y adelante aquí se puede ver de
09:41forma exagerada
09:42pero no llevan la energía fuera de los
09:45cables los campos eléctricos y
09:47magnéticos oscilantes viajan de la
09:49central eléctrica a tu hogar puedes usar
09:52el vector de pointing para ver que el
09:54flujo de energía va en una dirección
09:58quizás creas que esto es solo una
10:00discusión académica que puedes pensar a
10:02la energía como transmitida por los
10:04campos o por la corriente del cable pero
10:07no es así y la gente lo aprendió de la
10:10forma difícil cuando colocaron cables
10:12submarinos de telégrafo el primer cable
10:15transatlántico fue colocado en
10:171858 solo funcionó un mes nunca funcionó
10:21bien hay todo tipo de distorsiones al
10:23enviar señales enormes distorsiones
10:25podían usarlo a un par de palabras por
10:27minuto hallaron que al enviar señales a
10:31tanta distancia bajo el mar los pulsos
10:33se distorsionaban y se alargaban era
10:36difícil diferenciar a los puntos de las
10:38rayas para explicar estas fallas hubo un
10:41debate entre científicos william
10:44thompson el futuro lord kelvin creía que
10:46las señales eléctricas a través de
10:48cables submarinos eran como agua
10:50fluyendo en un tubo de goma pero otros
10:52como javi side y fitz gerald decían que
10:55eran los campos alrededor de los cables
10:57los que movían la energía e información
10:59y finalmente se probó que era cierto
11:03y aislar y proteger el cable submarino
11:05el conductor de cobre central fue
11:08recubierto por un aislante e introducido
11:10en una funda de hierro el hierro
11:13pretendía fortalecer el cable pero como
11:15buen conductor interfería con la
11:17propagación de campos electromagnéticos
11:19porque aumentaba la capacitancia del
11:22cable por esto hoy la mayoría de los
11:24cables están suspendidos en lo alto
11:26incluso la tierra húmeda funciona como
11:29un conductor así que es mejor tener un
11:31gran espacio de aire que aísle los
11:33cables del suelo
11:36entonces cuál es la respuesta a la
11:38pregunta sobre el circuito gigante con
11:40la bombilla luego de presionar el
11:42interruptor la bombilla se encenderá
11:45casi inmediatamente en alrededor de 1
11:49sobre 6 segundos la respuesta correcta
11:51es la de creo que mucha gente imagina
11:54que el campo eléctrico necesita viajar
11:56de la batería a través del cable de un
11:59segundo luz de largo por lo que debería
12:01tardar un segundo en encenderse pero lo
12:04que hemos aprendido es que lo que
12:06importa no es lo que sucede en los
12:08cables es lo que pasa a su alrededor y
12:12los campos eléctricos y magnéticos
12:13pueden propagarse en el espacio hasta la
12:16bombilla que está a un metro en
12:18nanosegundos y ese es el factor
12:22limitante para que se encienda ahora la
12:25bombilla no recibirá el voltaje completo
12:28de la batería inmediatamente será una
12:30fracción que depende de la impedancia de
12:33los cables y de la bombilla le pregunté
12:36a varios expertos sobre esto y obtuve
12:38respuestas diferentes pero todos
12:40coincidían en estos puntos
12:42pondré sus análisis en la descripción en
12:45caso de que quieras saber más sobre este
12:47esquema en particular si no me creen y
12:49la gente cree que no es cierto
12:51definitivamente podemos invertir y armar
12:54la instalación a ser nuestro cableado en
12:56el desierto intentaron refutar lo estoy
12:59de acuerdo digan que no es verdad
13:04eso es lo que pienso creo que es algo
13:07extraño que esto sea de esas cosas que
13:10usamos todos los días y sobre las que
13:12casi nadie piensa ni conoce la respuesta
13:15las ondas electromagnéticas que viajan
13:18alrededor de los cables son las que en
13:20verdad traen tu energía
تصفح المزيد من مقاطع الفيديو ذات الصلة
5.0 / 5 (0 votes)
