Electricidad: Conceptos básicos y leyes fundamentales

Electricidad

La electricidad es el conjunto de fenómenos asociados a la presencia de carga eléctrica y a su movimiento.

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia originada por dos de las partículas que constituyen los átomos:

• Electrón: carga negativa (-1e)
• Protón: carga positiva (+1e)

La carga neta de un objeto es el balance entre las cargas positivas y negativas.

Culombio (C): Unidad de medida de la carga eléctrica. Equivale al valor absoluto de la carga de 6,25 x 10¹⁸ electrones o protones.

Ley de Coulomb

En 1785, Charles-Augustin de Coulomb estudió las fuerzas eléctricas que se establecen entre dos cargas eléctricas puntuales. La ley de Coulomb establece que:

• Las fuerzas eléctricas son repulsivas si las cargas tienen el mismo signo.
• Las fuerzas eléctricas son atractivas si las cargas tienen distinto signo.
• La intensidad de la fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las cargas.
• La intensidad de la fuerza eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas.

Fórmula de la Ley de Coulomb

F = k * (Q1 * Q2) / d²

Donde:

• F: Fuerza eléctrica (N)
• k: Constante de Coulomb (9 x 10⁹ Nm²/C²)
• Q1, Q2: Cargas eléctricas (C)
• d: Distancia entre las cargas (m)

Campo eléctrico

El campo eléctrico es la perturbación en el espacio que una carga eléctrica causa a su alrededor. Se representa mediante líneas de campo eléctrico.

Aislantes y conductores

• Conductores: Materiales en los que los electrones pueden moverse libremente. Se electrizan fácilmente.
• Aislantes: Materiales en los que los electrones no pueden moverse libremente. No se electrizan fácilmente.

Magnitudes eléctricas

• Intensidad de corriente (I): Magnitud que indica la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor por unidad de tiempo. Se mide en amperios (A).
• Voltaje o diferencia de potencial (V): Diferencia de energía eléctrica por unidad de carga entre dos puntos de un circuito. Se mide en voltios (V).
• Resistencia eléctrica (R): Representa la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).

Ley de Ohm

La ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Fórmula de la Ley de Ohm

V = I * R

Efecto Joule

El efecto Joule describe la transformación de energía eléctrica en energía térmica cuando la corriente eléctrica fluye por un conductor.

Fórmula del Efecto Joule

E = R * I² * t

Donde:

• E: Energía térmica (J)
• R: Resistencia (Ω)
• I: Intensidad de corriente (A)
• t: Tiempo (s)

Potencia eléctrica

La potencia eléctrica (P) es la velocidad a la que un componente de un circuito consume o suministra energía eléctrica. Se mide en vatios (W).

Electrización

Un cuerpo se puede cargar eléctricamente si:

• Gana o pierde electrones, de modo que su carga neta deja de ser cero.
• Aunque su carga neta sea cero, sus electrones se agrupan en un extremo del cuerpo, quedando cargado negativamente, y el otro extremo presenta carga positiva.

Existen tres métodos de electrización:

• Fricción
• Inducción
• Contacto

La diferencia de carga

La materia tiende a tener carga neta cero. Los cuerpos cargados eléctricamente tienden a descargarse.

Tipos de descargas eléctricas

• Descargas electrostáticas: Se producen de forma puntual e incontrolada.
• Corrientes eléctricas: Procesos de descarga continuos y controlados a través de materiales conductores.

Fórmulas adicionales

Múltiplos y submúltiplos del Coulomb

• 1 milicoulomb (mC) = 10^-3 C
• 1 microcoulomb (μC) = 10^-6 C
• 1 nanocoulomb (nC) = 10^-9 C