Conceptos Fundamentales de Electricidad

¿Qué es la Electricidad?

Los materiales o elementos químicos en la naturaleza se encuentran formados por átomos. Los electrones giran en sus órbitas alrededor del núcleo (que contiene protones con carga + y neutrones). Los electrones tienen carga - y son atraídos por la carga + del protón. Por lo tanto, definimos la electricidad como el movimiento de electrones libres.

Clasificación de Materiales Eléctricos

Hay 3 tipos de clasificación:

• Conductores: Permiten el paso de la corriente eléctrica fácilmente (ej: Cobre-Cu, Plata-Ag, Hierro-Fe, Oro-Au).
• Semiconductores: Materiales con propiedades intermedias entre conductores y aislantes (ej: Germanio-Ge, Silicio-Si).
• Aislantes: Dificultan o impiden el paso de la corriente eléctrica (ej: Plástico, Madera, Mica, Porcelana, Aceite, Vidrio, etc.).

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

Voltaje (V)

Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos (unidad: Voltio).

Intensidad (A)

Cantidad de electrones que pasan por el conductor en 1 segundo (unidad: Amperio).

Resistencia (Ω)

Magnitud que se opone al paso de la corriente eléctrica (unidad: Ohmio).

Potencia (W)

Magnitud eléctrica que relaciona el consumo eléctrico. En las lámparas, relaciona la luminosidad (A mayor potencia, mayor luminosidad) (unidad: Vatio).

Leyes y Efectos Eléctricos

Ley de Ohm

Ley que relaciona las magnitudes fundamentales en los circuitos eléctricos. Establece que la diferencia de potencial (Voltaje) en un circuito es igual a la intensidad de la corriente multiplicada por su resistencia (V = I · R).

Efecto Joule

Fenómeno por el cual la energía eléctrica se transforma en calor al pasar por un conductor. La cantidad de calor (Q) generada se calcula como: Q = 0.24 · V · I · T (en segundos). El factor 0.24 convierte Julios a calorías.

Propiedades de los Materiales Conductores

Resistividad y Conductividad

Conductividad: Facilidad con la que la corriente eléctrica pasa a través de un material.

Resistividad: Contrario a la conductividad; es la oposición específica de un material al paso de la corriente.

Resistencia de un Hilo Conductor

La resistencia de un conductor depende de su material (resistividad), longitud y sección. Ejemplos de resistividad (ρ): Cobre (ρCu=0.018), Plata (ρAg=0.016).

Tipos de Circuitos Eléctricos

Circuito Serie

Las resistencias o componentes están conectados uno a continuación del otro. Características: Intensidad constante en todo el circuito (I=), Voltajes en cada componente se suman para dar el total (V+), Resistencia total es la suma de las resistencias individuales (R+).

Circuito Paralelo

Las resistencias o componentes están conectados en ramas separadas, compartiendo los mismos puntos de conexión. Características: Intensidades en cada rama se suman para dar la total (I+), Voltaje constante en todas las ramas (V=), Resistencia total es la suma de las inversas de las resistencias individuales (1/R_total = 1/R1 + 1/R2 + ...).

Sentido de la Corriente Eléctrica

Existen dos convenciones:

• Sentido Convencional: Se considera que la corriente fluye del polo positivo (+) al negativo (-).
• Sentido Real Electrónico: La corriente fluye del polo negativo (-) al positivo (+), siguiendo el movimiento real de los electrones.

Generación de Electricidad

Principio de Inducción Electromagnética

Todo hilo conductor genera un campo magnético a su alrededor cuando circula corriente. Si existe una variación de magnetismo (campo magnético variable o conductor moviéndose en un campo), se generará una corriente eléctrica inducida en el conductor.

Otros Métodos de Producción de Electricidad

Hay varios modos de producir electricidad (6 principales):

• Químicamente: Mediante reacciones químicas (ej: pila, batería).
• Magnéticamente: Mediante el movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético (ej: alternador, generador).
• Presión o fuerza: Mediante materiales piezoeléctricos que generan voltaje al ser deformados.
• Células fotoeléctricas: Convierten la luz en electricidad (ej: placas fotovoltaicas).
• Calor: Mediante materiales termopares que generan voltaje por diferencia de temperatura (Efecto Seebeck).
• Fricción: Acumulación de carga por frotamiento (ej: electricidad estática).

Componentes Eléctricos: La Resistencia

La resistencia eléctrica es un componente o consumidor eléctrico cuya misión es limitar el paso de la corriente eléctrica.

Tipos comunes de resistencias:

• Resistencia lineal o fija: Valor de resistencia constante.
• Resistencia variable: Su valor puede ajustarse (ej: reostato o potenciómetro).
• Resistencias dependientes: Su valor varía según factores externos (ej: NTC y PTC - temperatura, LDR - luz).

Las resistencias lineales suelen ser de forma cilíndrica, encapsuladas y codificadas. Están codificadas mediante un código de colores, que a su vez se basa en un código numérico. Este código proporciona el valor de la resistencia, así como su valor máximo y mínimo de tolerancia.