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
imagina que tienes un circuito gigante
que consiste de una batería un
interruptor una bombilla y dos cables de
300 mil kilómetros cada uno esa es la
distancia que la luz recorre en un
segundo cubrirían la mitad de la
distancia a la luna ida y vuelta para
conectarse a la bombilla que está a un
metro la pregunta es luego de apagar el
interruptor cuánto tardará la bombilla
emprenderse medio segundo un segundo dos
segundos uno sobre seis segundos o
ninguna de esas debes dar por sentado
algunas cosas que lo simplifican como
que los cables no deben tener
resistencia o esto no funcionaría y que
la bombilla se enciende en el instante
en el que la atraviesa la corriente pero
quiero que te comprometas con una
respuesta y la pongas en los comentarios
para que no puedas decir si sabía que
esa era la respuesta cuando te la diga
más adelante
esta pregunta se relaciona con como la
energía eléctrica llega de la central
eléctrica a tu casa a diferencia de una
batería la electricidad en la red llega
en forma de corriente alterna o sea lo
que significa que los electrones en los
cables se mueven hacia adelante y atrás
nunca van a ninguna parte así que si las
cargas no vienen de la central a tu casa
como llega la energía eléctrica hasta tu
casa
cuando daba clases sobre esto solía
decir que los cables son como este tubo
plástico flexible y que los electrones
dentro son como esta cadena lo que hace
la central eléctrica es empujar y tirar
de los electrones ida y vuelta 60 veces
por segundo en tu casa puedes enchufar
algo como una tostadora lo que significa
que permites que los electrones pasen
por ella así que cuando la central
empuja y tira de los electrones éstos se
encuentran resistencia en la tostadora y
disipan su energía como un calor y
puedes tostar tu pan esto es muy genial
hace fácil verlo y creo que mis alumnos
lo entendieron pero hay un problema es
incorrecto en primer lugar no hay un
cable continuo que vaya directamente
desde la central de energía hasta tu
casa no hay brechas físicas hay quiebres
en la línea como en los transformadores
donde hay una bobina de cable de un lado
y otra bobina del otro lado y así los
electrones no pueden fluir de una a la
otra además si son los electrones los
que llevan la energía de la central
hasta tu aparato cuando esos mismos
electrones fluyan hacia la central
porque no llevan energía de vuelta desde
tu casa hasta la central es decir si la
corriente fluye en ambas direcciones
porque la energía solo fluye en una
dirección estas son las mentiras que te
enseñaron sobre la electricidad que los
electrones en sí mismos tienen energía
potencial que son empujados o atraídos
en un bucle continuo y que disipan su
energía en los dispositivos en este
vídeo propongo que todo eso es falso así
que cómo funciona en verdad
en las décadas de 1860 y 70 hubo grandes
avances para entender el universo cuando
el físico escocés james clerk maxwell
descubrió que la luz está hecha de
campos eléctricos y magnéticos
oscilantes esos campos oscilan
perpendicularmente entre ellos y están
en fase por lo que si uno está en su
máximo también el otro el hizo las
ecuaciones que gobiernan el
comportamiento de los campos eléctricos
y magnéticos y por ende estas ondas hoy
son llamadas las ecuaciones de maxwell
pero en 1883 uno de los discípulos de
maxwell john henry pointing comienza a
pensar en la conservación de la energía
si la energía se conserva localmente en
cada rincón del espacio deberías ser
capaz de rastrear el camino por el que
fluye la energía de un lugar a otro
piensa en la energía que viene a
nosotros desde el sol durante esos ocho
minutos en los que la luz viaja la
energía se almacena y transmite en los
campos eléctricos y magnéticos de la luz
pointing elabora una ecuación que
describe el flujo de energía es decir
cuánta energía electromagnética pasa por
cierta área por segundo esto se conoce
como el vector de pointing y se le da el
símbolo s la fórmula es bastante simple
es una constante 1 sobre mucho pero que
es la permeabilidad del vacío
multiplicado por el producto cruz de x b
esto es el producto vectorial de los
campos eléctricos y magnéticos el
producto cruzado es una forma particular
de multiplicar dos vectores entre sí
donde multiplica sus magnitudes
perpendiculares y para hallar la
dirección pones los dedos en la
dirección del primer vector en este caso
es el campo eléctrico y los curvas en la
dirección del segundo vector los campos
magnéticos y tu pulgar apunta en la
dirección del vector resultante el flujo
de energía lo que esto nos demuestra
sobre la luz es que la energía fluye
perpendicularmente a los campos
magnéticos y eléctricos y es en la misma
dirección en la que viaja la luz lo que
tiene mucho sentido la luz lleva energía
desde su fuente hasta destino
pero la clave es esta la ecuación de
pointing no solo funciona para la luz
funciona cada vez que coinciden campos
eléctricos y magnéticos
siempre que haya campos eléctricos y
magnéticos juntos hay un flujo de
energía y puedes calcularlo usando el
vector de pointing
para ilustrar esto veamos un circuito
simple con una batería y una bombilla la
batería en sí misma tiene un campo
eléctrico pero como las cargas no se
mueven no hay campo magnético por lo que
la batería no pierde energía cuando la
batería se conecta al circuito su campo
eléctrico se extiende por ese circuito a
la velocidad de la luz este campo
eléctrico empuje electrones que se
acumulan en algunas superficies de los
conductores generando las cargas
negativas y se reducen en otras dejando
esas superficies con carga positiva
estas cargas en las superficies crean un
pequeño campo eléctrico dentro de los
cables causando que los electrones
viajen preferentemente en una dirección
la velocidad en que viajan es muy lenta
alrededor de una décima de milímetro por
segundo pero esto es la corriente bueno
la corriente convencional por definición
fluye contraria al sentido de los
electrones pero les diré cómo ocurre
esto la carga en la superficie de los
conductores también crea un campo
eléctrico afuera de los cables y la
corriente dentro de los cables crea un
campo magnético afuera de ellos ahora
existe una combinación de campos
eléctricos y magnéticos en el espacio
alrededor del circuito según la teoría
de pointing debería haber un flujo de
energía y podemos determinar la
dirección de este flujo usando la regla
de la mano derecha alrededor de la
batería el campo eléctrico está hacia
abajo y el campo magnético hacia adentro
de la pantalla así que hayas que la
energía fluya hacia afuera y a la
derecha de la batería
de hecho alrededor de la batería allá es
que la energía es radial hacia afuera la
energía va hacia fuera por los lados de
la batería hacia los campos a través de
los cables también puedes usar la misma
regla y hayas que la energía fluye hacia
la derecha esto sucede en los campos
alrededor del cable superior y del cable
inferior pero en el filamento el vector
de pointing apunta hacia adentro de la
bombilla la bombilla está obteniendo
energía del campo si haces el producto
vectorial allá es que la energía está
llegando en todas direcciones hacia la
bombilla toman muchos caminos desde la
batería hasta la bombilla pero en todos
los casos de la energía es transmitida
por los campos eléctricos y magnéticos
la gente suele creer que bombea se
electrones que compras electrones o algo
así están muy equivocados
para mucha gente al día de hoy es muy
contra intuitivo pensar que la energía
fluye en el espacio alrededor del
conductor pero la energía que viaja por
el campo lo hace bastante rápido
hay varias cosas para observar aquí a
pesar de que los electrones van en dos
direcciones hacia afuera de la batería y
hacia ella al usar el vector de pointing
allá es que la energía fluye en solo en
una dirección de la batería hacia la
bombilla esto también muestra que son
los campos y no los electrones los que
llevan la energía cuánto se mueven los
electrones en el esquema que planteas
casi nada tal vez no se muevan qué
sucede si en lugar de una batería usamos
una fuente de corriente alterna la
dirección de la corriente se revierte
cada medio ciclo esto quiere decir que
tanto los campos eléctricos como
magnéticos se invierten a la vez así que
en todo momento el vector de pointing
sigue apuntando en la misma dirección de
la fuente a la bombilla el mismo
análisis que usamos con la corriente
continua funciona con la alterna y esto
explica cómo la energía puede fluir de
las centrales eléctricas a los hogares
por el tendido eléctrico dentro de los
cables los electrones se mueven hacia
atrás y adelante aquí se puede ver de
forma exagerada
pero no llevan la energía fuera de los
cables los campos eléctricos y
magnéticos oscilantes viajan de la
central eléctrica a tu hogar puedes usar
el vector de pointing para ver que el
flujo de energía va en una dirección
quizás creas que esto es solo una
discusión académica que puedes pensar a
la energía como transmitida por los
campos o por la corriente del cable pero
no es así y la gente lo aprendió de la
forma difícil cuando colocaron cables
submarinos de telégrafo el primer cable
transatlántico fue colocado en
1858 solo funcionó un mes nunca funcionó
bien hay todo tipo de distorsiones al
enviar señales enormes distorsiones
podían usarlo a un par de palabras por
minuto hallaron que al enviar señales a
tanta distancia bajo el mar los pulsos
se distorsionaban y se alargaban era
difícil diferenciar a los puntos de las
rayas para explicar estas fallas hubo un
debate entre científicos william
thompson el futuro lord kelvin creía que
las señales eléctricas a través de
cables submarinos eran como agua
fluyendo en un tubo de goma pero otros
como javi side y fitz gerald decían que
eran los campos alrededor de los cables
los que movían la energía e información
y finalmente se probó que era cierto
y aislar y proteger el cable submarino
el conductor de cobre central fue
recubierto por un aislante e introducido
en una funda de hierro el hierro
pretendía fortalecer el cable pero como
buen conductor interfería con la
propagación de campos electromagnéticos
porque aumentaba la capacitancia del
cable por esto hoy la mayoría de los
cables están suspendidos en lo alto
incluso la tierra húmeda funciona como
un conductor así que es mejor tener un
gran espacio de aire que aísle los
cables del suelo
entonces cuál es la respuesta a la
pregunta sobre el circuito gigante con
la bombilla luego de presionar el
interruptor la bombilla se encenderá
casi inmediatamente en alrededor de 1
sobre 6 segundos la respuesta correcta
es la de creo que mucha gente imagina
que el campo eléctrico necesita viajar
de la batería a través del cable de un
segundo luz de largo por lo que debería
tardar un segundo en encenderse pero lo
que hemos aprendido es que lo que
importa no es lo que sucede en los
cables es lo que pasa a su alrededor y
los campos eléctricos y magnéticos
pueden propagarse en el espacio hasta la
bombilla que está a un metro en
nanosegundos y ese es el factor
limitante para que se encienda ahora la
bombilla no recibirá el voltaje completo
de la batería inmediatamente será una
fracción que depende de la impedancia de
los cables y de la bombilla le pregunté
a varios expertos sobre esto y obtuve
respuestas diferentes pero todos
coincidían en estos puntos
pondré sus análisis en la descripción en
caso de que quieras saber más sobre este
esquema en particular si no me creen y
la gente cree que no es cierto
definitivamente podemos invertir y armar
la instalación a ser nuestro cableado en
el desierto intentaron refutar lo estoy
de acuerdo digan que no es verdad
eso es lo que pienso creo que es algo
extraño que esto sea de esas cosas que
usamos todos los días y sobre las que
casi nadie piensa ni conoce la respuesta
las ondas electromagnéticas que viajan
alrededor de los cables son las que en
verdad traen tu energía
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