Conceptos Fundamentales de Electricidad: De los Átomos a los Circuitos

Estructura Atómica: La Base de la Electricidad

Todo fenómeno eléctrico comienza en el componente más básico de la materia: el átomo. Su estructura determina cómo los materiales interactúan con la electricidad.

• Electrones: Partículas con carga negativa que orbitan alrededor del núcleo. Su movimiento es la base de la corriente eléctrica.
• Protones: Partículas con carga positiva ubicadas en el núcleo del átomo.
• Neutrones: Partículas sin carga eléctrica (neutras) que se encuentran en el núcleo junto a los protones.

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

Para entender y medir los fenómenos eléctricos, utilizamos las siguientes magnitudes:

Corriente Eléctrica (Intensidad)

Es el flujo ordenado de cargas eléctricas, generalmente electrones, que se mueven a través de un material conductor en un circuito. Se mide en amperios (A). Un amperio equivale al paso de un culombio de carga por segundo.

Voltaje (Tensión o Diferencia de Potencial)

Es la fuerza o 'presión' eléctrica que impulsa a los electrones a moverse a través de un conductor en un circuito. Se mide en voltios (V).

Resistencia Eléctrica

Es la medida de la oposición que presenta un material al flujo de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).

Materiales según su Conductividad Eléctrica

No todos los materiales se comportan igual ante la corriente eléctrica.

• Conductores: Materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica con facilidad, ya que ofrecen muy baja resistencia al flujo de electrones (ej. cobre, plata).
• Aislantes: Materiales que no permiten el paso fácil de la corriente eléctrica debido a que sus electrones están fuertemente ligados a los átomos y no pueden moverse libremente (ej. plástico, vidrio).
• Semiconductores: Materiales con una conductividad eléctrica intermedia, mayor que la de un aislante pero menor que la de un conductor. Su resistencia disminuye al aumentar la temperatura, una propiedad clave en la electrónica (ej. silicio, germanio).

El Circuito Eléctrico y sus Leyes

Elementos de un Circuito Eléctrico

Un circuito básico se compone de tres magnitudes interrelacionadas: Tensión (V), Intensidad (I) y Resistencia (R). Los componentes físicos incluyen una fuente de alimentación, conductores y una carga o receptor.

Ley de Ohm

Establece la relación fundamental entre tensión, corriente y resistencia. Postula que la corriente (I) que circula por un conductor es directamente proporcional a la tensión (V) aplicada e inversamente proporcional a la resistencia (R) del mismo. Su fórmula es:

V = I · R

Potencia y Energía

• Potencia: Es la velocidad con la que se consume o se transfiere energía en un circuito eléctrico. Se mide en vatios (W).
• Energía: Es la capacidad de un sistema para realizar un trabajo. En electricidad, se suele medir en julios (J) o en kilovatios-hora (kWh).

Protección y Fallas en Circuitos

Cortocircuito

Es una falla eléctrica que ocurre cuando dos conductores de diferente polaridad entran en contacto directo, generalmente por la pérdida de su aislamiento. Esto crea un camino de muy baja resistencia, provocando un aumento brusco y peligroso de la corriente.

Elementos de Protección

Los fusibles son dispositivos de protección clave contra sobrecorrientes y cortocircuitos. Contienen un filamento que se funde y corta el paso de la corriente cuando esta supera un valor seguro, protegiendo así el circuito.

Niveles de Tensión y Redes Eléctricas

Clasificación de la Tensión

• Alta Tensión (AT): Se emplea para transportar energía a grandes distancias, minimizando las pérdidas. Generalmente, tensiones superiores a 25 kV.
• Media Tensión (MT): Tensiones mayores a 1 kV y menores a 25 kV. Se emplea para la distribución a subestaciones o grandes consumidores.
• Baja Tensión (BT): Tensiones inferiores a 1 kV. Son las utilizadas en la industria, el alumbrado público y el consumo doméstico.

Fases de la Red Eléctrica

1. Red de Generación: Comprende las centrales donde se produce la energía. La tensión de salida de los generadores no suele superar los 25 kV.
2. Red de Transporte: Para minimizar pérdidas, la tensión se eleva a niveles de alta tensión (por encima de 66 kV) y se transporta a través de grandes torres hasta las subestaciones.
3. Red de Distribución: En las subestaciones, la tensión se reduce a media tensión para distribuirla a áreas urbanas e industriales, y finalmente se vuelve a reducir a baja tensión para el consumo final.