Fundamentos de Electricidad y Circuitos: Conceptos Clave y Ley de Ohm

Conceptos Fundamentales de la Electricidad

¿Qué es un Electrón?

Es una partícula subatómica o partícula elemental de tipo fermiónico.

¿Qué relación tiene el Electrón con la Electricidad?

Un electrón tiene carga negativa. El movimiento de estos electrones es lo que permite conducir la electricidad.

¿Qué es la Corriente Eléctrica?

La corriente eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo (por segundo) que recorre un material conductor.

Tipos de Corriente Eléctrica

• Corriente Continua (CC): Los electrones circulan siempre en el mismo sentido.
• Corriente Alterna (CA): Los electrones cambian de sentido periódicamente, comúnmente 50 o 60 veces por segundo, dependiendo de la región.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece la relación fundamental entre tensión, corriente y resistencia en un circuito eléctrico.

• Resistencia (R): Se mide en ohmios (Ω). Representa la oposición al flujo de corriente.
  Fórmula: R = V / I
• Intensidad (I): Se mide en amperios (A). Es la cantidad de carga que fluye por unidad de tiempo.
  Fórmula: I = V / R
• Tensión (V): Se mide en voltios (V). También conocida como voltaje o diferencia de potencial, es la fuerza que impulsa los electrones.
  Fórmula: V = R × I

¿Qué es un Circuito Eléctrico?

Un circuito eléctrico es el camino cerrado por el que circulan los electrones, permitiendo el flujo de corriente.

Elementos Básicos de un Circuito Eléctrico

1. Generador: Fuente de energía (ej. pila, batería).
2. Conductor: Material por donde fluye la corriente (ej. cables).
3. Receptor: Dispositivo que transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía (ej. bombilla, motor, timbre).
4. Elemento de Control: Permite abrir o cerrar el circuito (ej. interruptor).

Componentes Clave de un Circuito Eléctrico

• Generadores: Pila, batería.
• Receptores: Relé, bombilla, motor, timbre.
• Elementos de Control: Interruptores, conmutadores, pulsadores.
• Elementos de Protección: Fusible, resistencia (como elemento de protección, aunque también es un receptor).
• Instrumentos de Medida: Amperímetro, voltímetro.

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

1. Voltaje, Tensión o Diferencia de Potencial (V): Es la energía por unidad de carga que impulsa los electrones a través de un circuito. Se mide en voltios (V).
2. Intensidad (I): Se mide en Amperios (A). Es la cantidad de carga eléctrica que pasa por un conductor en 1 segundo.
   Fórmula: I (Amperios) = Carga (Culombios) / Tiempo (Segundos)
3. Resistencia (R): Es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).

Tipos de Conexión de Circuitos

Circuito en Serie

Dos o más componentes están conectados en serie cuando la salida de uno es la entrada del siguiente, formando un único camino para la corriente.

• La corriente (I) es la misma en todos los elementos.
• El voltaje total (V_total) es la suma de los voltajes en cada uno de los elementos: Vtotal = V1 + V2 + V3 + ...
• La resistencia total (R_total o R_eq) es la suma de las resistencias individuales: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ...

Circuito en Paralelo

Los componentes se colocan de forma que todos tienen la misma entrada y salida, creando múltiples caminos para la corriente.

• La diferencia de potencial (voltaje) en todos los elementos es la misma: Vtotal = V1 = V2 = V3 = ...
• La intensidad total (I_total) es la suma de las intensidades que circulan por cada rama: Itotal = I1 + I2 + I3 + ...
• La resistencia total en paralelo se calcula con la fórmula: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ...

Circuito Mixto

Un circuito mixto es una combinación de componentes conectados tanto en serie como en paralelo.

Potencia y Energía Eléctrica

Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica (P) es la capacidad que tiene un receptor para transformar energía en un tiempo determinado.

Fórmula: P = V × I

Energía Eléctrica Consumida

La energía eléctrica consumida (E) se puede expresar en función de la potencia y el tiempo. Una unidad común para medir el consumo es el kilovatio-hora (kWh).

• Equivalencia: 1 kWh = 3,600,000 J (julios) = 3,600 kJ
• Los julios (J) son la unidad de energía en el Sistema Internacional y pueden convertirse a calorías.

Si se conoce la potencia de un receptor, es fácil calcular la energía eléctrica que consume.

Fórmula General de Energía: E = P × t

• E (Energía): Se mide en Julios (J) si P está en Vatios y t en segundos.
• P (Potencia): Se mide en Vatios (W) o Kilovatios (kW).
• t (Tiempo): Se mide en segundos (para Julios) o en horas (para kWh).