Mitos e Ideas Erróneas Sobre la Electricidad

La electricidad es un fenómeno difícil de explicar debido a que no se puede observar o medir sin instrumentos. Debido a eso, mucha gente se basa en ideas erradas o demasiado simplificadas para tratar de comprender su comportamiento.

A continuación, les presento una lista de los mitos e ideas erradas con las que normalmente me topo.

1. La corriente toma el camino de menor resistencia

Esta expresión se usa para simplificar el comportamiento de la corriente eléctrica. En realidad, la corriente toma todos los caminos existentes. Sólo que mientras menos resistencia hay, más corriente pasa por ese camino.


Una buena analogía para explicar este comportamiento sería un balde lleno de agua. Si hacemos un agujero grande y un agujero pequeño en la base del cubo, la mayoría del agua saldrá por el agujero grande. Sin embargo, una cantidad menor aun pasará por el agujero pequeño.

Esto puede ser comprobado con un ejemplo simple. Si tenemos un circuito compuesto por una batería de 9V y dos resistencias en paralelo, R1=10kΩ and R2= 500Ω, R2 sería el camino de menos resistencia. Usando la ley de Ohm calculamos que la corriente de R2 es 18mA, mientras R1 tiene 0.9mA. Por lo tanto, a pesar que casi toda la corriente fluye por R2, todavía existe un pequeño flujo de corriente en el camino de mayor resistencia.

Fig 1. Circuito con resistencias en paralelo

2. Las señales digitales no son siempre cuadradas

La mayoría de los aparatos electrónicos que nos rodean utilizan algún tipos de interfaz digital. Un sistema digital utiliza valores discretos para representar información. La mayoría de sistemas digitales usa el sistema binario utilizando los valores 0 y 1. Esto es representado físicamente a través de señales eléctricas con dos voltajes diferentes (e.g. 0V y 3.3V). Debido a eso, muchos creen que una señal digital es una onda perfectamente cuadrada (figura 2). 

Las ondas pueden parecer perfectamente cuadradas cando las señales son de baja frecuencia (figura 3). Sin embargo, cuando tomamos en consideración los componentes físicos en un circuito (cables, líneas, conectores, ruido eléctrico, etc), tenemos que agregar variables por resistencia, capacidad e inducción a nuestra ecuación. Estas variables afectan las transiciones de alto a bajo, o viceversa, en la onda digital y pueden causar oscilaciones, ruido, atenuación, diafonía (crosstalk) y otros tipos de degradación en la señal. Estos efectos se hacen más notables cuando subimos la velocidad de transmisión de las señales debido a que la impedancia causada por inducción o capacidad es proporcional a la frecuencia (figura 4).

¿Y por qué nos debería de importar este fenómeno? Un diseñador electrónico siempre debe de prestar atención a la integridad de las señales. La calidad de las señales se puede degradar fácilmente si su frecuencia es demasiado alta, si la impedancia en las líneas de transmisión no están emparejadas, si los cables usados son muy largos, o si la placa (PCB) tiene sus líneas muy juntas, con mal diseño de tierra o muy cerca a fuentes de ruido. Estos efectos pueden degradar una señal a tal punto que los 1's y 0's se vuelven irreconocibles (figure 5).

Es por esto que ingenieros han creado diferentes circuitos (e.g. filtros, ecualizadores, etc), estándares de comunicación (ethernet, bits codificados, SDI, etc.) o medios de transmisión (cable coaxial, conectores, cable RJ-45, etc) para proteger la señal. Esto no significa que debas comprar cable costosos para mejorar el rendimiento de tu sistema (figura 6).

Fig 2. Señal digital de 8 bits representando el número 77

Fig 3. Señal digital de baja frecuencia 

Fig 4. Señales digitales de alta frecuencia afectadas por atenuación

Fig 5. Señal digital degradada

Fig 6. Diferencias en impedancia pueden atenuar señales digitales. Eso no significa que necesites uno de estos cables.

3. Las baterías almacenan carga eléctrica en un circuito

Después de usar nuestros teléfonos celulares por todo un día, es normal "recargar" la batería. Este término tiende a confundir a muchos con la idea que las baterías almacenan carga eléctrica, y que al ser conectadas a un circuito, lo proveemos de carga.

En primer lugar, todos los circuitos poseen carga eléctrica. Todos los átomos contienen partículas con carga eléctrica (protones y electrones), por lo tanto las líneas de cobre y los otros componentes en un circuito poseen carga eléctrica aunque no estén conectados a una batería.

Las baterías almacenan energía potencial química, que luego es convertida en energía eléctrica. Mientras exista energía en la batería, esta mantendrá un potencial eléctrico también conocido como voltaje. El potencial eléctrico actúa como una fuerza que empuja las cargas eléctricas existentes a lo largo del circuito. Una buena analogía para este comportamiento sería una bomba de agua en un sistema cerrado. La bomba no introduce más agua al sistema, simplemente hace que el agua dentro de las tuberías circule (figura 7).

En conclusión, las baterías almacenan energía, no carga.

Fig 7. Sistema de bombeo de agua junto a un circuito eléctrico. Una batería funciona como una bomba de agua utilizando energía para empujar carga eléctrica en el circuito.

4. No es el voltaje lo que mata, sino la corriente

A mucha gente le gusta usar esa frase para demostrar que saben algo de electricidad. Normalmente, estas personas utilizan como argumento el hecho que sólo se necesitan 10mA para matar a una persona, o que una descarga electrostática puede tener miles de voltios pero no lastiman a nadie.

En realidad necesitamos de la corriente y el voltaje en conjunto para poder causar daños. Si tomamos la Ley de Ohm (V=iR), podemos observar que el voltaje y la corriente son proporcionales y por lo tanto, no podemos tener uno sin el otro. Además, la corriente y el voltaje son dos cosas diferentes. La corriente es el flujo de carga eléctrica en un circuito, mientras que el voltaje es la cantidad de fuerza que tenemos para hacer que la carga fluya. Por otro lado, algunos materiales poseen una propiedad llamada voltaje de ruptura, donde un voltaje mínimo es necesario para que la corriente fluya.

Ahora, hablemos sobre el argumento de que 10mA son necesarios para matar a una persona. Esto sólo ocurre si los 10mA pasan por el corazón. La piel humana puede tener una resistencia de decenas de kilo-Ohms y por lo tanto necesitaríamos un voltaje relativamente alto para que pueda pasar esa cantidad de corriente. Esto explica por qué no morimos electrocutados al tocar las terminales de una batería de 12V en un carro, las cuales pueden pasar más de 75A de corriente. Además de eso, el camino que toma la electricidad no es predecible, por lo que no necesariamente el corazón sería electrocutado.

Ahora, hablemos de las descargas electrostáticas que sentimos cuando usamos medias y caminamos sobre un piso alfombrado. Estas descargas pueden tener un voltaje de 7kV a 10kV y sin embargo son inofensivas. Esto ocurre por la cantidad de carga eléctrica que fluye en esas descargas. Simplemente, no es suficiente para causar daño alguno.

En conclusión, es cierto que la corriente es lo que eventualmente puede causar daños. Pero sin la presencia de un voltaje lo suficientemente alto, simplemente no habrá suficiente fuerza para empujar esos electrones a través del circuit.

5. Móviles perpetuos y máquinas de energía ilimitada

Cualquier persona que alguna vez ha tomado una clase de ciencias físicas sabe que la energía no puede ser creada ni destruida, sólo transformada. Este es lo que denominamos la 1ra Ley de la Termodinámica o el Principio de Conservación de Energía. Por lo tanto, una máquina o sistema no puede producir más energía de la que originalmente recibe.

A pesar de estos principios, siempre hay inventores ofreciendo máquinas o móviles perpetuos capaces de generar energía de forma infinita usando la gravedad terrestre, magnetos, etc. El número de éstos inventores ha crecido con la aparición de plataformas en internet para recaudar fondos como Kickstarter o Indiegogo, donde uno puede proponer un proyecto y cualquier persona puede donar dinero al autor. Desafortunadamente, todo lo que se necesita para que la gente ingenua empiece a donar es un buen diseñador gráfico y una buena campaña en en las redes sociales.

Fig 8. Ejemplos de máquinas perpetuas que nunca funcionarán

Una de las campañas para recaudar fondos que vale la pena mencionar es el proyecto para crear carreteras solares. Este proyecto se hizo viral en las redes sociales gracias al impresionante video animado y a la campaña publicitaria que se le hizo. El proyecto básicamente consiste en cubrir caminos con paneles solares para proveer de energía eléctrica a postes de luz, carteles luminosos e incluso derretir la nieve acumulada en el suelo. Para no dañar los paneles, éstos serían cubiertos por paneles de vidrio templado.

¿Y por qué menciono este proyecto? Desde el punto de vista de científico, el proyecto es implementable. Desde el punto de vista de un ingeniero, estamos hablando del uso de paneles solares en las peores condiciones posibles y a más alto costo. Los paneles solares y los paneles de vidrio son costosos; los paneles de vidrio bloquearían parte de la luz llegando al panel solar, además el paso de los transeuntes haría que se ensucien rápido; debido al ángulo de los paneles, estos no recibirían mucha luz solar durante el día. No obstante, el proyecto ha recibido más de $2.2M en donaciones. Lo cómico es que es mucho más eficiente instalar paneles solares en techos o postes. Además, estos paneles producirían más energía ya que estarían inclinados para recibir  más luz solar.

Uno de los objetivos de la ingeniería es la eficiencia en costo vs ganancia. Este proyecto es todo lo opuesto. Los componentes son costosos, la instalación es costosa, el mantenimiento sería costoso y al final produciría poco.

Fig 9. Ejemplos de proyectos solicitando fondos que en la realidad nunca van a funcionar

6. Los teléfonos celulares causan cáncer

En primer lugar, vivimos rodeados de ondas electromagnéticas. Estas son emitidas por estaciones de radio y televisión, torres de telefonía celular, radares, routers de wi-fi, satélites e incluso el sol, entre otros. Todas estas ondas son lo que se llama radiación no ionizante, pues no poseen suficiente energía como para arrancar electrones de los átomos en otros objetos.

La única forma por la que este tipo de ondas podría causarnos daño es mediante el uso de radiación de alta energía, como los hornos microondas. Sin embargo, las antenas de televisión, radio o telefonía celular producen ondas electromagnéticas miles de veces menos intensas.

De acuerdo a la Sociedad Norteamericana del Cáncer , se han hecho múltiples estudios para investigar los efectos de las ondas en los teléfonos celulares y ninguna encontro evidencia alguna que éstos puedan causar cancer.

Y cómo es que los hornos microondas calientan nuestra comida? Los hornos microondas simplemente producen ondas que hacen vibrar las moléculas de agua en las comidas. Estas vibraciones simplemente generan calor y no modifican la configuración molecular de la comida. Tampoco la hace radioactiva como muchos creen. La diferencia entre las ondas emitidas por teléfonos celulares y hornos microondas, es que los hornos producen radiación miles de veces más intensas. Para proteger a sus usuarios, los hornos están hechos de metal y la puerta contiene una malla metálica, los cuales absorben o rebotan las ondas. Así que no te preocupes, la próxima vez que mires tu comida calentándose en el microondas o hables por teléfono, no te va a dar a cáncer al cerebro.

Fig 10. Si la radiación todavía te preocupa, puedes hacer un sombrero con papel de aluminio para protegerte

7. Los transformadores pueden convertir cualquier voltaje

Aunque no es muy común, de vez en cuando alguien me pregunta qué transformador usar para reducir o aumentar el voltaje de una fuente de poder de corriente directa (DC).

Los transformadores sólo funcionan con corriente alterna (AC). Un transformador es un dispositivo hecho con un núcleo ferromagnético (metal propenso al magnetismo) y dos bobinas (alambres con aislante eléctrico) enrolladas alrededor del núcleo. Cuando la corriente pasa por una de las bobinas (primaria), ésta genera un flujo magnético que es absorbido por el núcleo ferromagnético. Este flujo magnético es luego absorbido por la segunda bobina (secundaria) convirtiéndose de nuevo en corriente eléctrica. 

El voltaje en la bobina secundaria es proporcional al voltaje de la bobina primaria. La proporción se define de acuerdo al número de vueltas enrolladas alrededor del núcleo. Por ejemplo, si la bobina primaria tiene un voltaje de 100V y es enrollada 50 veces, enrollando la bobina secundaria 100 veces obtendríamos un voltaje 200V.

Sin embargo, la única forma de crear un flujo magnético es teniendo una corriente eléctrica que cambia constantemente, lo cual ocurre con corriente alterna (AC). Debido a esto, los trasformadores no funcionan con corriente directa (DC). Para cambiar los niveles de corriente DC, podemos usar convertidores de tipo buck, boost, buck-boost o reguladores de voltaje, dependiendo de la aplicación.

Fig 11. A basic transformer

8. Las llantas de caucho protegen a los carros de los rayos

Es bien sabido que uno de los lugares más seguros durante una tormenta eléctrica es dentro de un automóvil. Esto se debe a que los rayos no pueden electrocutar a los ocupantes del vehículo. Muchos creen que este fenómeno se debe a que las llantas o neumáticos del carro son de caucho, un excelente aislante eléctrico. Sin embargo, esto es falso. Todos los conductores pueden pasar corriente si el voltaje es lo suficientemente alto. Esta propiedad se llama voltaje de ruptura, y apenas se llega a éste punto, nuestro aislante se convierte en un conductor.

La resistividad eléctrica del caucho es aproximadamente 1000 veces menor a la del aire (de acuerdo a Wikipedia) y en caso que no lo hayas notado, los rayos atraviesan cientos de metros de aire antes de pegarle a un carro.

La razón por la que los ocupantes de un carro no son electrocutados es porque la carrocería actúa como una Jaula de Faraday, una jaula o caja metálica que conduce la electricidad alrededor de esta, pero no a través o dentra de ésta. Este fenómeno es descrito por la Ley de Gauss, que explica que la carga eléctrica dentro de un conductor hueco es cero, y por lo tanto, el campo eléctrico también es cero. Esta es la misma razón por la que los aviones pueden son golpeados constantemente por rayos o relámpagos sin recibir daño alguno.

Fig 12. Una jaula de Faraday protegiendo a una persona de los rayos de una bobina de Tesla

9. Tierra

Comprender el concepto de tierra es muchas veces difícil. Cuando estudiamos circuitos por primera vez, el símbolo de tierra es usado en el nodo negativo de la fuente de poder; cuando creamos un circuito en PSPICE, el simulador no nos permite ejecutar la simulación hasta que un nodo de tierra es definido; los electrodomésticos modernos tienen un pin de tierra, sin embargo la corriente no está diseñada para pasar por ahí pues esta pasa por los pines de fase o neutro.

Entonces, qué es la tierra? Cuando analizamos un circuito, es común calcular la caída de voltaje en todos los nodos. La tierra es simplemente un punto de referencia con el cual podemos medir las caídas de voltaje en nuestro circuito.

El término tiene su origen en las compañias electricas, las cuales utilizan la superficie de la tierra como parte del circuito para distribuir energía eléctrica (figura 13). Hasta hace unas décadas, la gran mayoría de dispositivos eléctricos debían de ser conectados al sistema eléctrico en nuestras casas o edificios para funcionar. Es por eso que el término tierra se convirtió en estándar para el nodo de referencia de todos los circuitos eléctricos, incluso aquellos que son portátiles y no están conectados físicamente a la tierra.

Para aquellos que están diseñando dispositivos portátiles, no hay que olvidar que a pesar de que cada uno de estos circuitos tienen un nodo de tierra, las referencias entre ambos dispositivos son diferentes. Para solucionar este problema, sólo basta conectar los nodos de tierra de ambos dispositivos.

Fig 13. A excepción de sistemas portátiles, todos los dispositivos están conectados de alguna manera a la tierra

10. La cometa de Benjamin Franklin nunca fue golpeada por un rayo

Ben Franklin fue uno de los Padres Fundadores de los Estados Unidos de América. Franklin es también conocido como el científico que voló una cometa atada a una llave en medio de una tormenta eléctrica. La historia que la mayoría conoce es que un rayo golpeó a la cometa, la electricidad fue absorbida por la llave y eso es todo lo que saben dee esa historia.

Muchos científicos creen que el experimento nunca ocurrió. Para aquellos que sí creen en ella, la historia es la siguiente: Benjamin Franklin voló una cometa con una llave atada al cordel. La llave estaba conectada a una Jarra de Leyden, uno de los primeros tipos de condensadores, para absorber la descarga eléctrica. Por su seguridad, Franklin mantuvo el final del cordel seco para que sirva como aislante al resto del circuito.

La cometa nunca fue alcanzada por los rayos. La sección de cordel seca nunca lo habría aislado de las decenas de miles de voltios en un rayo. Mucha gente es electrocutada cada año por estar parada a varios metros de donde un rayo cae. De hecho, Franklin pensó que su experimento había fallado. Sin embargo, Franklin notó que el cordel estaba repeliendo otro pedazo del cordel y cuando trató de coger la llave, ésta le pasó una pequeña descarga eléctrica. Esto ocurrió debido a que la cometa y el cordel estuvieron absorbiendo la carga eléctrica en la atmósfera.

Este fenómeno probó la existencia de partículas de carga eléctrica durante una tormenta, lo cual fue un gran descubrimiento científico para la época pues en esos tiempos nadie sabía mucho sobre los rayos.

Fig 14. Ben Franklin recibiendo una pequeña descarga eléctrica de la llave

Myths About Electricity

[Updated 2/19/2017]

Electricity is always hard to understand. It can't be easily measured or observed, and knowledge of math and physics is usually required to have a decent understanding of its behavior. Because of that, lots of assumptions are made in an attempt to explain its behavior. Some of them are too oversimplified, while others are simply wrong.

Below is a list of the most common myths and misconceptions I usually hear or read about. 


1. Current takes the path of least resistance

We have all heard it. This oversimplification is commonly used to explain the behavior of electric current and oftentimes, electric shorts. In reality, current takes all paths in a circuit. Most current will take the path of least resistance, but some will still flow through the paths of lower resistance.

A good analogy to this would be a bucket full of water. If you drill small hole and a large hole at the bottom, water will leak from both holes. While most water will be coming out of the large hole, some water will still pour from the small hole.

This statement can be easily proven. If we build a circuit with a 9V battery and two resistors in parallel, R1=10kΩ and R2= 500Ω, R2 would be the path of least resistance. Using Ohm’s Law and some basic circuit analysis, we will find that 18mA will flow through R1 and 0.9mA through R2. Therefore, the path of higher resistance will still have a small current flow.

Fig 1. Parallel resistor circuit

2. Digital signals aren't always square

Computers, phones and most devices around us use some sort of digital interface. A digital system uses discrete values to represent information. Most digital systems are based on the binary system which uses electric signals at two different voltages (e.g. 0V and 3.3V) to represent the numbers 0 and 1. Because of that, a lot of people believe that digital electric signals are shaped like perfect square waves (figure 2).

For real circuits, we have to take into consideration the effects that the physical components (cables, connectors, electric noise, etc.) can cause on the signal since they can add small resistance, capacitance and inductance to the circuit. These variables cause signal degradation due to crosstalk, coupling, ringing, noise, attenuation, etc. depending on how the circuit is build. For low frequency signals, the waves can look perfectly square (figure 3). However, the degradation becomes more noticeable with higher frequency signals because the effects on inductance or capacitance are proportional to the frequency (figure 4).

So, how does this affect us? An electronics designer has to take signal integrity into consideration when creating a new device. Signal integrity can be compromised if the frequency of the signals is too high, if the impedance of the transmission lines is mismatched, if the cables used are too long, or if the PCB packs too many traces, has a poor ground layout or places data lines too close to sources of noise, among other reasons. These effects can ultimately degrade the signal to a point where the 1's and 0's can't be recognized anymore.

That's the reason why engineers have come up with different ways for preserving signal integrity, such as using circuits (filters, equalizers, twisted pair wiring, etc), communication standards (ethernet, bit encoding, SDI, etc) or even special cables (twisted pair, coaxial cable, RF conectors, etc.). This doesn't mean you need to buy overpriced cables for your home theater system though (figure 6).

Fig 2. 8-bit digital signal representing number 77

Fig 3. Low-speed digital signal shown in the oscilloscope

Fig 4. High-speed digital signals showing attenuation

Fig 5. Degraded digital signal

Fig 6. Impedance mismatches can attenuate digital signals. You still DON'T need one of these cables.

3. Batteries supply charge

After using a cell phone for an entire day, we “recharge” the battery. This term tends to confuse many people by giving the wrong idea that batteries store electric charge.

First of all, electric charge is present everywhere. Atoms have charged particles (protons, electrons) and therefore, copper wires and other circuit components have charge. It's a part of their atoms. This means that unplugging a battery won’t take the charge away.

Batteries stores chemical potential energy, which is then converted to electrical energy. As long as this chemical energy is available, the battery will maintain an electric potential (aka voltage). The electric potential simply “pushes” the charge already existing in the circuit just as a water pump pushes the water already present in the pipes (see figure 7).

In other words, batteries store energy, not charge. I know this is just semantics, but now you have something new to argue with people in the internet.

Fig 7. Water pump system compared to electric circuit. A battery works like a water pump by using energy to push the electric charge in the circuit.

4. It’s not the volts that kills, it’s the amps
[Updated - thanks to Mustang Irving]

Lots of people love to use this statement to show-off their knowledge of electricity. The main explanation I usually hear is that it only takes 10mA to kill a person, and that an electrostatic discharge can have thousands of volts but can’t kill people.

In reality, we need both and you can't have one without the other. If we take a look at Ohm’s Law (V=iR), we can see that voltage and current are proportional to each other. Therefore, assuming we have a constant resistance, we need to increase the voltage to increase the current flow. Also, for some materials, there's something called the breakdown voltage, where a certain voltage needs to be reached in order to conduct electricity at all (this is the main concept of semiconductors). We also need to take into account the amount of time electricity is being applied. Regarding the 10mA needed to kill a person, this occurs when that current flows through the heart. However, we need to keep in mind that the human skin has several thousand ohms of resistance and because of that, a very high voltage needs to be applied. We also need to add the fact that current can take different paths depending on the shape and composition of the conductor (i.e. our organs), as well as where the current is being applied. This explains why we can touch the terminals of a 12V car battery, which can put out more than 75A, without being electrocuted. Now, let’s explain why electrostatic discharges (ESD) don’t kill. An ESD is caused by the buildup of electrostatic charge on our skin and can have a potential of 7kV to 10kV, as well as a few Amps of current. However, because of how quickly it discharges, the total amount of energy going through you is negligible.
Physics time: The equation for energy is voltage x charge (E=V*q). The equation for charge is current x time (q=i*t). Thus, energy is the product of voltage, current and time (E=V*i*t). The length of an ESD is usually measured in the nanoseconds which results in tiny amounts of energy. Just as a reference, the IEC61000-4-2 ESD Safety Standard defines a human body discharge as a pulse with a 25ns rise time and usually completely dissipates within the 500ns. That's 1 second divided by 2 millions.

So, what does all this mean? While it is the amps that kills you, we won’t see any current without a voltage high enough to push all those electrons. Remember, while current is the charge flowing through a circuit, voltage is the force that pushes the charge. Also this needs to happen for long enough to actually cause any damage.

5. Free energy. Perpetual motion machines.

Anyone who has ever sat in a physics class knows that energy can’t be created or destroyed, only transformed. This is what we know as the 1st Law of Thermodynamics or the Law of Conservation of Energy. In other words, you can’t expect more energy coming out of a system than what you put in. Nevertheless, we keep seeing all these perpetual motion machines or devices capable of generating energy out of magnets or thin air. Since the appearance of crowdfunding websites like Indiegogo and Kickstarter, a lot of inventors have appeared asking for money to fund their perpetual motion machines. Sadly, all it takes is some pseudo-science, a good graphic designer and a good social media campaign to take money from the unsuspecting.

Fig 8. Examples of perpetual motion machines that won't work

Another crowdfunding campaign worth mentioning is the solar roadways project which thanks to an impressive video and social media marketing went viral and even got mentioned in several technology websites. The idea of the project is to build roads out of PV panels to power up street lights, signs, melt snow, etc. The PV panels would be protected by hard glass panels.

Why am I mentioning this project? Because the creator of the project is using solar panels under the worst possible conditions, both in terms of price (PV panels are expensive, hard glass panels are expensive, replacing or fixing a PV sealed under a glass panel on the floor is expensive) and efficiency (the glass panels can get dirty and block sunlight). Yet, it was able to collect more than $2.2M in donations. Solar panels do produce electric energy, but you can’t promise to produce more energy than standard rooftop PV panels, which happen to be placed in much better sunlight conditions, cost multiple times less and are easier to fix and maintain. One of the main goals in engineering is to be efficient, and this project is the total opposite to that.

Fig 9. Examples of crowdfunding projects that promised the impossible

6. Cell phones can give you cancer

First of all, we live surrounded by electromagnetic waves. These waves are emitted by TV and radio stations, cell phone towers, radars, wi-fi routers, satellites and the sun produce radiation. Even people produce EM wave (brain waves and infrared radiation). All these EM waves are what we’d consider non-ionizing radiation. Unlike ionizing radiation (x-rays, gamma rays, cosmic rays, higher UV, etc), non-ionizing waves don’t have enough energy to remove the ions from an atom to harm us.

The only effect that non-ionizing waves could have is to create heat. However, this only occurs if the waves have enough energy (such as the waves in a microwave oven), which an average cell phone or TV station transmitter is unable to create.

Additionally, according to the American Cancer Society, multiple research studies have found no evidence that cell phones can cause cancer.

What about microwave ovens? Just like as other non-ionizing EM waves, microwave ovens produce radiation that is absorbed by the water molecules in food. These water molecules vibrate and produce heat without altering their molecular configuration or becoming radioactive, as many believe. In other words, food is heated just as in any other cooking method. Also, a well designed microwave oven won’t let any waves leave its enclosure. The waves are blocked by the mesh in the oven’s door (like a Faraday cage), so staring at your food won’t give you brain cancer either.

Fig 10. If you are still concerned about cell phone radiation,you can always protect yourself.

7. Transformers can convert any voltage source

This isn't a common one, but every now and then someone will ask what transformer to use to increase or reduce the voltage of a DC power source.

Transformers only work with alternating current (AC). A transformer is made of a ferromagnetic core and two wires coiled around it. When a current passes through the input wire (primary), a magnetic flux is generated and absorbed by the core. At the same time, when a magnetic flux passes around a wire (secondary), the energy is absorbed by it as electric current. This wire can then be used as an output. Since the voltage is proportional to the number of turns coiled around the core, we can use this proportionality to increase or decrease the voltage of our AC signal. However, in order to create a magnetic flux, the electric current needs to fluctuate (alternate). This doesn't occur with DC current, unless you count the instants when you turn the power on and off.

To change the voltage level of DC current, we can use buck, boost or buck-boost converters. These circuits use a combination of inductors, capacitors, resistors and diodes in a circuit that is switched on and off at high speeds to produce different levels of DC voltages.

Fig 11. A basic transformer

8. Rubber tires protect car occupants from lightning

Rubber is a well known insulator. It is also known that your car is the safest place to be if you are outdoors during an electric storm. However, unlike popular belief, the tires are not the reason why people don’t get electrocuted in their cars. All insulators can conduct electricity if the voltage is high enough. This voltage is called breakdown voltage and once this threshold is reached, there is a rush of current and electricity simply flows.

Also, the electrical resistivity of rubber (what makes it a good insulator) is around 1000 times lower than air (according to Wikipedia) and in case you didn’t notice, we are talking about lighting bolts with enough force to travel through hundreds of feet of air (already a good insulator) before hitting the car.

The reason car occupants aren’t electrocuted is because the car acts as a Faraday cage, an enclosure made of a conductive material which channels electricity around it, but not through it. This can be explained by Gauss’ Law, which states that the electric charge inside a hollow conductor is zero, and therefore, the electric field inside is also zero. This is the same reason airplane passengers aren't electrocuted when the plane is hit by lightning.

Fig 12. A Faraday cage blocking electric bolts from Tesla coil

9. Ground

Understanding ground is often confusing. When we are taught circuits for the first time, a ground symbol is always connected to the lowest voltage rail; when we create a circuit in SPICE, the tool won’t run simulations unless you define a ground; modern appliances have a ground pin, however it uses the neutral line as a the return path for current.

So, what is ground? Whenever we analyze a circuit, we look at the voltages across the different components. The ground is simply a reference point used to measure the voltage across the different node in an electric circuit.

The term ground started being used after power companies started using the earth as a return path for their power distribution circuit. After all, everyone has access to it. Because of this, the term ground was coined as the reference point for electric circuits. By the time battery operated devices made an appearance, the industry was already using the term ground for the voltage reference. By the way, utility companies still use a neutral wire in transmission lines since the impedance is much lower than using the ground.

When designing wireless devices, we need to keep in mind that their grounds pins aren’t really connected and therefore, they don’t share the same reference. This can be easily fixed by connecting the grounds in the devices.

Fig 13. Besides handheld or portable devices, all systems are somehow connected to the earth.

10. Benjamin Franklin's kite was never hit by lighting

Ben Franklin was one of the Founding Fathers of the United States. However, he is better known by many as the scientist who flew a kite in the middle of a storm to prove the electric nature of lightning. The common belief is that the kite was struck by lighting, electricity went down the string and was absorbed by a metal key tied to the string... and that's as far as people know the story.

Many scientists still believe the experiment didn't happen at all. But for those who do believe, this was the real story. According to the legend, Ben Franklin flew a kite with a key tied to the string. The key was connected to a Leyden Jar, an early form of capacitor meant to absorb the electric discharge. For safety reasons, his end of the string kept dry to insulate him from the electric discharge.

Lightning never hit the kite, since the dry string section would have failed to protect Franklin from the tens of thousands of volts in lightning. People are electrocuted when lighting hits the ground several feet away from them. In fact, he though that his experiment had failed. However, Franklin observed that the end of the string was repelling another piece of string he had around and when he went to grab the key, he was shocked by a small electric discharge. This proved the existence of electric charge in the atmosphere during an electric storm, which at the time was a huge discovery.

Fig 14. Ben Franklin being shocked by the key at the end the kite string

11. Overhead power lines are not insulated

A lot of people believe that the overhead lines used to deliver electric power to our homes are insulated. After all, birds stand on them without being electrocuted.  The truth is that the great majority of lines aren't insulated and birds aren't electrocuted because they do not complete a circuit. Birds are only touching one line in a 3-phase circuit. If they touched two, the circuit would be closed and they would be toasted. The biggest power lines can have as much as 700,000kV and are usually placed on very tall towers. However, the lines that usually kill people are the ones with just a few hundred volts. The most common accidents occur when people do construction or backyard work and a ladder, a crane or some some other piece of equipment touches the power lines.

So, why aren't power lines insulated with rubber? The reason is very simple: cost.  

Transmission lines are designed to last for decades. However, the rubber insulation is only good for some years before it starts peeling off and needs to be replaced. Rubber is an expensive material and higher voltages require more insulation (around 5mm for every thousand volts). To that we have to add the cost of replacing the wires since the insulation can't be replaced on-site.

If we take into consideration the number of power lines going through an entire city, county or region, not using rubber insulation is still cheaper than using towers and glass or ceramic insulators.

So, make sure you keep an eye on those lines next time you decide to trim your trees.

Fig 15. Overhead power lines outside a house

12. Rubber gloves and shoes can protect you from electrocution

This is another common belief that could end up hurting people. If you read item 8 and 11 in this article, you probably already know what I am talking about. Insulators such as rubber have a property called breakdown voltage in which electricity is able to flow if the voltage is high enough. According to AllAboutCircuits the breakdown voltage of rubber is 450 to 700 kV per inch. What does this mean? Well, despite being less than 1mm thick, your kitchen rubber gloves may be good enough to handle the voltage in the mains power (or maybe not, depending on the materials used in the gloves). But for any high voltage application, that simply wouldn't work. The same can be said about rubber shoes. The main problem with shoes is that there's no guarantee that they are made of pure rubber and therefore the insulation properties may vary.

Fig 16. Do I really need to label this image?

13. Surge protectors can protect my electronics from lightning

This explanation just derives from the previous item so I'll be brief. A lighting bolt is an electrostatic discharge (ESD) where the voltage was so high that it surpassed the breakdown voltage of hundreds of feet of air. The few millimeter gap created when your surge protector is turned off is just a grain of sand compared to the distance already traveled by the discharge. The best solution during an electric storm is to unplug your appliances.

Fig 17. Standard surge protector