El exceso de corriente eléctrica puede calentar los alambres en los edificios y provocar incendios, como se explicó en la sección 25-6. La corriente eléctrica también puede da- ñar al cuerpo humano o incluso ser mortal. La corriente eléctrica a través del cuerpo humano provoca daños en dos formas:1.la corriente eléctrica calienta el tejido y cau- sa quemaduras;2.la corriente eléctrica estimula nervios y músculos, y por eso se siente un “choque eléctrico” o golpe de corriente. La severidad de un choque eléctrico depen- de de la magnitud de la corriente, de cuánto tiempo actúa y de la parte del cuerpo por la que pasa. Una corriente que pasa a través de órganos vitales, como el corazón o el cerebro, es especialmente seria porque interfiere con su funcionamiento.
La mayoría de las personas pueden “sentir” una corriente de aproximadamente 1 mA. Corrientes de algunos mA causan dolor, pero rara vez provocan daño conside- rable en una persona sana. Las corrientes por arriba de 10 mA causan severa contrac- ción de los músculos; por ello, una persona sometida a una corriente de esta magnitud tal vez no sea capaz de soltar la fuente de la corriente (por ejemplo, un aparato o un alam- bre dañados). Es posible que ocurra la muerte por parálisis del sistema respiratorio. Sin embargo, en ocasiones la respiración artificial permite revivir a una víctima. Si una co- rriente por arriba de aproximadamente 80 a 100 mA pasa a través del torso, de mane- ra que una porción pase a través del corazón durante más de un segundo o dos, los músculos cardiacos comenzarán a contraerse de manera irregular y la sangre no se bombeará de manera adecuada. Esta condición se llama fibrilación ventricular. Si dura mucho tiempo, ocasiona la muerte. Aunque parezca extraño, si la corriente es mucho mayor, del orden de 1 A, la muerte por falla cardiaca es menos probable,†pero tales corrientes pueden provocar serias quemaduras, en especial si se concentran en una pe- queña área del cuerpo.
La seriedad de un choque eléctrico depende del voltaje aplicado y de la resistencia efectiva del cuerpo. El tejido vivo tiene baja resistencia, pues el fluido de las células contiene iones que son buenos conductores. Sin embargo, la capa exterior de la piel, cuando está seca, ofrece alta resistencia y, por lo tanto, es protectora. La resistencia efectiva entre dos puntos en lados opuestos del cuerpo cuando la piel está seca se loca- liza en el intervalo de 104a 106V. Pero cuando la piel está húmeda, la resistencia es de 103Vo menos. Una persona descalza o que calce zapatos con suela delgada estará en buen contacto con la tierra, y tocar una línea de 120 V con una mano húmeda podría dar por resultado una corriente de
Como se vio, esto podría ser mortal.
Una persona que recibe un choque eléctrico se convierte en parte de un circuito completo. La figura 26-23 muestra dos formas en que el circuito se puede completar
I = 120 V
1000 = 120 mA.
FIGURA 26–22 En esta radiografía de la caja torácica se distingue el marcapasos electrónico activado con una batería.
F Í S I C A A P L I C A D A Marcapasos cardiaco
F Í S I C A A P L I C A D A Peligros de la electricidad
†Las corrientes más intensas aparentemente llevan al corazón a una pausa. Al liberarse de la corriente, el corazón regresa a su ritmo normal. Esto quizá no ocurra cuando se presenta la fibrilación porque, una vez iniciada ésta, es difícil de detener. La fibrilación también ocurre como resultado de un ataque cardiaco o durante una cirugía del corazón. Un dispositivo conocido como desfibrilador(descrito en la sección 24-4) permite aplicar brevemente una corriente intensa al corazón, lo que provoca un paro car- diaco total al que, con frecuencia, sigue la reanudación del latido normal.
a)
b) I
120 V
¡Aaayyy!
FIGURA 26–23 Una persona recibe un choque eléctrico cuando el circuito se completa.
SECCIÓN 26–6 Riesgos eléctricos
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cuando una persona, accidentalmente, toca una alambre conductor de “fase” [“fase”significa un potencial alto, como 120 V (el voltaje doméstico normal), en relación con la tierra]. El otro alambre del cableado de un edificio se conecta a tierra, ya sea me- diante un alambre conectado a un conductor enterrado o a través de una tubería de agua en el suelo. En la figura 26-23a, la corriente pasa del alambre de alto voltaje, a tra- vés de la persona, hacia tierra a través de sus pies descalzos y de regreso a lo largo del suelo (un buen conductor) hacia la terminal a tierra de la fuente. Si la persona está de pie sobre un buen aislante (zapatos con gruesas suelas de goma o un piso de madera seco) habrá mucha más resistencia en el circuito y, en consecuencia, mucho menos co- rriente a través de la persona. Si el individuo está de pie con los pies descalzos sobre el suelo, o está en una bañera, existe un peligro mortal ya que la resistencia es mucho me- nor y la corriente puede ser más intensa. En una bañera (o una alberca), uno no sólo está mojado, lo que reduce la resistencia, también el agua está en contacto con la tube- ría de drenaje (por lo general metálica) que conduce a tierra. Se recomienda de forma insistente no tocar un aparato eléctrico cuando uno esté mojado o descalzo. Serían de gran ayuda como medida de seguridad códigos de construcción que requieran el uso de tuberías no metálicas.
En la figura 26-23b, una persona toca un conductor de “fase” defectuoso con una mano, y la otra mano toca un grifo (conectado a tierra a través de la tubería). La co- rriente es particularmente peligrosa porque atraviesa el pecho, a través del corazón y los pulmones. Una regla útil: si una mano toca algo eléctrico, tenga la otra mano en el bolsillo (¡no la use!), y calce zapatos con suela de goma gruesa. También es buena idea quitarse la joyería metálica, especialmente anillos (por lo general, el dedo está húmedo debajo del anillo).
Es posible entrar en contacto con un conductor de fase al tocar un alambre desnu- do cuyo aislante se desgastó, o al manipular un aparato eléctrico que tiene un alambre desnudo en el interior. (¡Siempre desconecte el aparato eléctrico antes de investigar† en su interior!) Otra posibilidad es que un alambre en el interior de un dispositivo se rompa o pierda su aislante y entre en contacto con la cubierta. Si la cubierta es metáli- ca, conducirá electricidad. Entonces una persona podría sufrir un severo choque eléc- trico simplemente al tocar la cubierta, como se ilustra en la figura 26-24b. Para evitar un accidente, se supone que las cubiertas metálicas deben conectarse directamente a tierra mediante un alambre de tierra separado. Entonces, si un conductor de “fase” to- ca la cubierta a tierra, en el interior ocurre inmediatamente un cortocircuito, como se muestra en la figura 26-24c, y la mayor parte de la corriente pasará a través del alam- bre a tierra de baja resistencia y no a través de la persona. Más aún, la corriente inten- sa debe fundir el fusible o el interruptor de circuito. La conexión a tierra de una cubierta metálica se logra al separar el alambre de tierra conectado a la tercera pata (redonda) de un enchufe de tres patas. Nunca corte la tercera pata de un enchufe: po- dría salvar su vida.
†Incluso entonces podría recibir un choque eléctrico de un capacitor que no se descarga sino hasta que usted lo toca. Corriente 120 V c) b) 120 V a) Corriente 120 V I I I I I
FIGURA 26–24 a) Horno eléctrico que opera normalmente con un enchufe de dos patas. b) Corto en la cubierta cuando ésta no se conecta a tierra: choque eléctrico.
c) Corto en la cubierta cuando ésta se conecta a tierra mediante un enchufe de tres patas.
C U I D A D O
Tenga una mano en su bolsillo cuando la otra toque alguna fuente de electricidad
F Í S I C A A P L I C A D A Conexión a tierra y choques eléctricos
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CAPÍTULO 26En las figuras 26-25a y b se ilustran un enchufe de tres patas y un adaptador.
¿Por qué se necesita un tercer alambre? Los otros dos alambres conducen los 120 V: uno de ellos está conectado a fase(120 V de ca), el otro es neutro, que en sí mismo está conectado a tierra. El tercer alambre “dedicado” a tierra, con la pata redonda, qui- zá parezca redundante. Pero constituye una protección por dos razones:1.protege con- tra el cableado interno realizado de manera incorrecta;2.el alambre neutro conduce corriente normal (corriente “de regreso” de los 120 V) y tiene resistencia; así que puede haber una caída de voltaje a lo largo de éste, por lo general pequeña, pero si las cone- xiones son deficientes o se encuentran corroídas, o el enchufe está flojo, la resistencia podría ser lo suficientemente grande como para que uno sienta ese voltaje si toca el alambre neutro a cierta distancia de su punto de conexión.
Algunos dispositivos eléctricos vienen sólo con dos alambres, y las dos patas del enchufe tienen diferentes anchos; el enchufe sólo se puede insertar de una forma en el to- macorriente, de manera que el pretendido neutro (la pata más ancha) del dispositivo se conecta al neutro en el cableado (figura 26-25c). Por ejemplo, el enroscado de tornillo en una bombilla tiene la intención de conectarse al neutro (y el contacto de la base a la fase) para evitar choques eléctricos cuando se cambie una bombilla en un conector o portalámparas que posiblemente esté salido. Los dispositivos con enchufes de dos pa- tas no tienen puestas sus cubiertas a tierra; se supone que tienen doble aislamiento eléctrico. De cualquier forma, tome precauciones adicionales.
El aislamiento de un alambre a menudo tiene un código de colores. Los medidores de mano suelen tener alambres guía rojos (fase) y negros (neutro). Pero, en una casa, el ne- gro generalmente es fase (o tal vez rojo), mientras que el blanco es neutro y el verde se dedica a tierra (figura 26-26). Pero tenga cuidado: uno no siempre debe confiar en estos códigos de colores. [En Estados Unidos, por lo general, entran tres alambres a una casa: dos conductoresde fasea 120 V cada uno (que suman 240 V para electrodomésticos o dis- positivos que operan a 240 V) más el neutroa tierra (que conduce corriente de retorno para las dos fases). Véase la figura 26-26. El alambre “dedicado” a tierra(no portador de corriente) es un cuarto alambre que no proviene de la compañía eléctrica, sino que entra a la casa desde un pesado poste cercano en la tierra o una tubería metálica enterrada. Los dos conductores de fase pueden alimentar circuitos separados de 120 V en la casa, así que cada circuito de 120 V dentro de la casa sólo tiene tres alambres, incluido el de tierra].
Los interruptores de circuito normales o disyuntores (secciones 25-6 y 28-8) prote- gen el equipo y los edificios de sobrecargas e incendios. Protegen a los humanos sólo en algunas circunstancias, como en el caso de corrientes muy altas que resultan de un corto, si responden lo suficientemente rápido. Los interruptores de circuito de falla a tierra (GFCI, por las siglas de ground fault circuit interrupters), descritos en la sección 29-8, están diseñados para proteger a la gente de las corrientes mucho más bajas (de 10 mA a 100 mA) que son mortales pero que no activarían un interruptor de circuito de 15 A ni quemarían un fusible de 20 A.
La corriente es la que daña, pero es el voltaje el que conduce la corriente. A veces se dice que 30 volts son el umbral para el peligro. Pero incluso una batería de automó- vil de 12 V (que puede suministrar grandes corrientes) es capaz de causar desagrada- bles quemaduras y choques eléctricos.
Otro peligro es la corriente de fuga, que se define como una corriente a lo largo de una trayectoria no deseada. Las corrientes de fuga con frecuencia están “acopladas capa- citivamente”. Por ejemplo, un alambre en una lámpara forma un capacitor con la cubier- ta de metal; las cargas que se mueven en un conductor atraen o repelen carga en el otro, así que existe una corriente. Los códigos eléctricos típicos limitan las corrientes de fuga a 1 mA para cualquier dispositivo. Una corriente de fuga de 1 mA generalmente no es da- ñina. Sin embargo, podría ser muy peligrosa para un paciente de hospital con electrodos implantados que se conectan a tierra a través del aparato. Esto se debe a la ausencia de la capa protectora de la piel y a que la corriente puede pasar directamente a través del corazón, en comparación con la situación habitual donde la corriente entra a las manos y se esparce a través del cuerpo. Aunque 100 mA son suficientes para provocar fibrilación cardiaca cuando entran por las manos (en realidad una pequeña porción pasa al cora- zón), se sabe de fibrilaciones producidas por tan sólo 0.02 mA cuando pasan directamen- te al corazón. Por esa razón, un paciente “conectado” está en considerable peligro por las corrientes de fuga, incluso con un acto tan simple como tocar una lámpara.
Finalmente, nunca toque una línea de potencia caída (¡es mortal!), ni siquiera se acerque a ella. Una línea de potencia viva está a miles de volts. A través del suelo o del pavimento puede fluir una enorme corriente –desde donde el alambre de alto voltaje toca el suelo a lo largo de su trayectoria hasta el punto de conexión a tierra de la línea neutra—, suficiente como para que el voltaje entre sus dos pies sea muy grande.Suge-
rencia:En tal caso, permanezca en un pie o corra (sólo un pie toca el suelo a la vez).
120 Vrms Negro (o rojo) De la compañía de electricidad Negro Blanco Fase Fase 120 V 120 V 120 V 120 V 120 Vrms 240 Vrms Neutral 0 0 0 Tierra en poste eléctrico Tierra en casa Verde FIGURA 26–26 Los cuatro alambres que entran a una casa típica (en EUA). Los códigos de color para los alambres no siempre son los que se muestran aquí. ¡Tenga cuidado!
a)
b)
c)
FIGURA 26–25 a) Enchufe con tres patas y b) un adaptador (gris) para los antiguos tomacorrientes de dos patas: asegúrese de atornillar la lengüeta a tierra.c) Enchufe polarizado de dos patas.
*SECCIÓN 26–7 Amperímetros y voltímetros
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26–7
Amperímetros y voltímetros
Un amperímetrosirve para medir corriente, y un voltímetromide diferencias de potencial o voltajes. Las mediciones de corriente y de voltaje se realizan con medidores que son de dos tipos:1.medidores analógicos, que despliegan valores numéricos mediante la posición de un puntero que se mueve a través de una escala (figura 26-27a); y 2.medidores digita- les, que despliegan el valor numérico en números (figura 26-27b). Ahora se estudiarán los medidores y cómo funcionan, luego cómo se conectan a los circuitos para efectuar las me- diciones. Finalmente veremos cómo el uso de medidores afecta al circuito que se mide, lo que posiblemente cause resultados erróneos, y explicaremos qué hacer al respecto.