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Teslablog #7 - 2012-05-23T00:00:00

Tesla y la electricidad

Detras de todo pequeño hombre hay un gran Tesla RefNewYorker.07-1943-2924

"(La electricidad)... Una pasión que, literalmente, corre por mis venas", dice Nikola en este teslablog donde, por primera vez, le vemos interactuar con la marioneta de Edison, un instrumento que produjo verdadera perplejidad entre los analistas pero que se convertirá en un recurso habitual -quizá, dicen, atribuible a un intento de canalizar su aversión hacia Edison, cuyo retrato vemos convertido en una diana entre la disparatada colección de imágenes que decoran el despacho de Tesla.

Margaret Cheney afirmaba en "El genio al que le robaron la luz" que Tesla era feliz mientras le dejaran disfrutar de su romance con la electricidad, y lo cierto es que eligió su pasión con acierto. Sin electricidad resultaría imposible que leyeran este texto, y no porque careceríamos de corriente para alimentar el ordenador, sino porque sus cerebros no funcionarían.

 

La electricidad que corre por nuestras venas

El cerebro, un órgano eléctrico RefNewYorker.07-2011-24

De hecho, nada funcionaría en nuestro organismo sin electricidad. Nuestro cuerpo, al igual que todo lo que nos rodea, se compone de átomos, formados a su vez por neutrones (sin carga), protones (con carga positiva) y electrones (con carga negativa). Cuando las cargas no se hallan en equilibrio, tenemos átomos cargados positiva o negativamente, y es el cambio de una carga a otra lo que permite que los electrones fluyan, generando electricidad.

Una electricidad que, en nuestro organismo, no viaja a través de cables, sino saltando de una célula a otra. Veamos cómo: las células, en descanso, tienen una carga negativa debido a un desequilibrio entre los iones de sodio y potasio que hay en su interior y en su exterior. Dentro de la célula hay más iones de potasio (con carga negativa) que de sodio (con carga positiva), y fuera de ella ocurre lo contrario, de modo que existe una diferencia de carga. Cuando es necesario enviar una señal, la membrana de la célula se abre y permite el intercambio de iones: los de potasio salen al exterior atraídos por la carga positiva y los de sodio se dirigen hacia dentro. Un rápido intercambio que genera el impulso eléctrico que pasa de una célula a otra y que, como Tesla expone en el vídeo, produce una señal que llega desde nuestra mano al cerebro.

Y en el cerebro, más de lo mismo: los mensajes se transmiten en forma de señales eléctricas a través de una tupida red de células nerviosas, las neuronas, hasta llegar a las áreas especializadas para cada función (vista, oído, olfato, motricidad…). Pero tal vez lo más mágico del cerebro sea que esta red de neuronas no solo es un medio de transmisión de señales eléctricas, sino que funciona también como medio de almacenamiento de la información. El sistema nervioso no distingue, como hacen nuestros ordenadores, entre unidades de procesamiento y de almacenamiento: un recuerdo se almacena ‘simplemente’ porque el camino que sigue la señal eléctrica asociada se favorece sobre el resto de posibles caminos, mediante el refuerzo químico de las uniones entre neuronas (sinapsis) adecuadas. Igual que haría una máquina quitanieves en un prado.

Las neuronas, auténticos circuitos eléctricos RefNewYorker.07-2008-2924

Hace décadas se empezaron a estudiar estas redes neuronales con la convicción de que, en pocos años, los sistemas basados en ellas conseguirían emular el pensamiento humano y harían posible la creación de autómatas verdaderamente inteligentes. Con los años, sin embargo, se ha descubierto que no es tan fácil imitar el comportamiento de una obra de arte, el cerebro humano, diseñada y desarrollada por el simple –en realidad, no tan simple– método de prueba y error, a lo largo de millones de años de evolución. Tal vez Tesla tenga algo que decir sobre todo esto en futuros teslablogs.

 

La electricidad en imágenes

Una bombilla ¿de Edison? RefNewYorker.07-2012-564

Pero volvamos a lo que hoy nos ocupa: ¿qué es la electricidad? Como muchas cosas intangibles con las que nos encontramos a diario (los sueños, el amor, la prima de riesgo…) no es fácil de visualizar.

Tradicionalmente se ha comparado la electricidad con una corriente de agua entre dos puntos de distinta altura, como un acueducto, una acequia o una cascada. Así, el desnivel entre los puntos se equipararía a la diferencia de potencial eléctrico, de modo que cuanto mayor fuera la diferencia de alturas, mayor sería la energía potencial gravitatoria acumulada por la masa de agua. Siguiendo con la bucólica imagen, la intensidad de corriente podría visualizarse como el caudal de agua que fluye por la canalización.

Sería posible también describir más o menos acertadamente dispositivos como la resistencia o el condensador, pero, desgraciadamente, aquí termina la analogía. Para describir la corriente alterna habría que imaginar una corriente de agua en la que la dirección del flujo cambiara decenas, cientos, incluso miles de veces por segundo, lo cual implicaría que el agua ascendería desde el suelo al punto más elevado. O, más correctamente expresado, que el desnivel cambiaría de sentido decenas o cientos de veces por segundo, de forma parecida a un balancín gigante. En cualquier caso, no resulta nada intuitivo. Por no hablar del hecho de que la representación de un absurdo columpio que se balancea cientos de veces por segundo podría producirnos una sensación de mareo y náuseas, lo cual haría que inconscientemente tomáramos parte por la más sencilla y relajada interpretación del acueducto y, por ende, de la corriente continua.

Como la corriente continua se identifica con Edison, es posible que este inocente intento de descripción gráfica de la electricidad redundara instintivamente en una inexplicable simpatía por el empresario de Ohio en detrimento del genio serbo-croata. Ni que decir tiene que no hay nada más lejos de nuestra intención, como se ha demostrado en varias ocasiones en este blog.

 

AC vs DC

Corriente contínua versus corriente alterna. Edison versus Tesla @Familiy guy RefNewYorker.07-2006-2922

Abandonemos, pues, las acequias, y recurramos en su lugar a la explicación clásica: la electricidad como el movimiento de cargas eléctricas. La intensidad de corriente se definiría como la cantidad de cargas que circulan por unidad de tiempo, mientras que el potencial eléctrico o voltaje representaría la energía que posee cada unidad de carga en un punto de un circuito.

Así, si dicha unidad de carga recorre un circuito transformándose en corriente eléctrica, esta irá perdiendo su voltaje a medida que atraviesa los diferentes componentes del mismo, y la energía perdida se transformará en energía de otro tipo (calentamiento en una resistencia, luz en una lámpara, movimiento en un motor…). En la corriente continua la diferencia de potencial se mantiene constante en el tiempo, y la corriente fluye por tanto siempre en el mismo sentido. En la corriente alterna, en cambio, la diferencia de potencial cambia muchas veces por segundo (sesenta en la red eléctrica de nuestras casas) y, en consecuencia, el sentido de la corriente eléctrica también se modifica.

En principio este concepto parece poco intuitivo, rayano en lo absurdo. ¿Para qué ir, si luego hay que volver? No parece muy lógico regresar al mismo sitio de donde se salió, salvo que uno esté corriendo la etapa prólogo del tour de Francia. Pero la realidad es que si una corriente eléctrica atraviesa, digamos, el filamento de una bombilla o de un brasero, va a producir los mismos efectos independientemente de su sentido, así que no nos importa que cambie continuamente de polaridad si somos capaces de aprovechar la luz o el calor que se genera. Y, a cambio de esta peculiaridad, la corriente alterna ofrece una gran ventaja respecto a la continua: la posibilidad de ser transportada a grandes distancias sin sufrir pérdidas significativas.

Según la ley de Joule, (ver enlace al final) las pérdidas por calor en un conductor por el que circula una corriente son proporcionales al cuadrado de la intensidad de dicha corriente. Así que, con objeto de minimizar las pérdidas, se usa un ingenioso truco: reducir la intensidad de la señal eléctrica aumentando proporcionalmente su tensión.

Claro, los defensores de la corriente continua podrían argumentar que ese truco no solo vale para la corriente alterna, sino que también podría utilizarse con la continua. Y, de hecho, se utiliza: existe la corriente continua de alta tensión (enlace al final), aunque su uso está mucho menos extendido que el de la alterna. ¿Cuál es la razón? La diferencia fundamental, la que proporcionó la ventaja sustancial a la corriente alterna para imponerse como fuente de energía eléctrica en el mundo desarrollado, reside en que puede convertirse fácilmente mediante el uso de transformadores.

 

Transformadores

El sistema de corriente alterna del señor Tesla RefNewYorker.07-1889-364

Estos dispositivos se basan en una propiedad física de las corrientes variables: su capacidad de generar campos magnéticos. De hecho, puede decirse que los campos eléctrico y magnético son esencialmente intercambiables, y por eso se estudian bajo la disciplina común del electromagnetismo. Para aprovechar esta propiedad, el transformador se vale de una estructura muy simple: un par de rollos de cable eléctrico enrollados en torno a un núcleo metálico. El primer rollo genera un campo magnético que es recogido y transmitido por el núcleo metálico hasta el segundo rollo de cable. Y ahí, en el secundario, se produce el efecto inverso: el campo magnético del núcleo se convierte en corriente alterna. Pero ahora es donde viene lo bueno: la corriente del primario y la del secundario no tienen por qué ser iguales, porque la conversión de corriente a campo magnético y viceversa depende del número de vueltas que le hayamos dado al cable. Así que, jugando con el número de vueltas o espiras de primario y secundario se pueden variar las tensiones e intensidades de las corrientes. De esta forma, utilizando sucesivos transformadores, es posible generar electricidad de media tensión en las centrales eléctricas, elevarla a altas tensiones para su transmisión sin pérdidas y volver a transformarla a bajas tensiones, más seguras y estables, para su uso doméstico.

Esquema de un transformador RefNewYorker.07-2012-245

Como la generación de campos magnéticos es una propiedad exclusiva de las corrientes eléctricas variables, no es posible utilizar esta técnica para la corriente continua. No sería justo, sin embargo, utilizar las indudables virtudes de la corriente alterna para vilipendiar la continua. El hecho de que esta última no sea la más adecuada para su transmisión a grandes distancias, para la iluminación de nuestros hogares ni para su utilización en sistemas de potencia no quiere decir que no tenga un uso extendido y vital en nuestra altamente tecnificada sociedad actual. La corriente continua es ampliamente utilizada en electrónica analógica y digital. Sin ir más lejos, todos nuestros aparatos a pilas la usan, pero no solo ellos: muchos electrodomésticos y la gran mayoría de sistemas informáticos e instrumentos electrónicos que conectamos a los enchufes de la pared utilizan en realidad corriente continua, realizando internamente una conversión previa a partir de la corriente alterna de la red doméstica con la que los alimentamos.

 

¡Guerra!

La guerra de las corrientes RefNewYorker.07-1995-224

El debate entre corriente continua y alterna empezó a plantearse allá por los años ochenta del siglo XIX, cuando Tesla y Edison se enzarzaron en lo que desde entonces se ha conocido como ‘La guerra de las corrientes’ (enlace al final). Edison, partidario de la corriente continua, llegó a iluminar la casa del banquero John Pierpont Morgan y varios barrios de Nueva York, pero topándose con numerosos problemas técnicos de difícil solución. Tesla abogaba por la corriente alterna, cuyas innegables ventajas precisaban, sin embargo, de ingentes inversiones iniciales y tecnologías no desarrolladas hasta ese momento. No obstante, la guerra de las corrientes fue mucho más allá de aspectos puramente técnicos. Envidias, engaños, intereses financieros, banqueros, traiciones, prensa, celos y elefantes sacrificados se entrelazan en un argumento digno del mejor Hollywood que, de hecho, ha sido el germen de más de una película, y cuyo colofón fue la Exposición Universal de Chicago de 1893 y su Ciudad Blanca. Pero dejemos que sea el propio Tesla el que nos hable de ello…

Topsy, muerte de una elefanta. RefNewYorker.07-1903-214

 

Enlaces

Efecto Joule: http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule Corriente continua de alta tension: http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua_de_alta_tensi%C3%B3n La guerra de las corrientes: http://es.wikipedia.org/wiki/Guerra_de_las_corrientes

 



 

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"Los Teslablogs" han sido galardonados con una Mención de Honor en la categoría de Trabajos de divulgación científica en el certamen Ciencia en Acción 2013