Fundamentos de Electricidad y Circuitos: Corriente, Resistencia y Leyes de Kirchhoff
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Conceptos Fundamentales de la Corriente Eléctrica
Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es un desplazamiento de cargas eléctricas a través de los materiales conductores.
Tipos de Portadores de Carga
- Conductores metálicos: Los portadores de carga son los electrones libres, que se desplazan desde el potencial más bajo (B) hacia el más alto (A).
- Semiconductores: Se produce un doble movimiento: el de los electrones (de B a A) y el de los huecos (cargados positivamente) hacia el potencial más bajo (de A a B).
- Electrólitos: Los portadores de carga son iones: cationes (positivos, se mueven de A a B) y aniones (negativos, se mueven de B a A).
- Gases: En condiciones normales son aislantes. Para que se vuelvan conductores, requieren una diferencia de potencial muy alta. En ese caso, se produce un movimiento de electrones (de B a A) y una corriente de cationes (de A a B).
Intensidad de Corriente Eléctrica
La intensidad de corriente eléctrica se define como la carga eléctrica neta que atraviesa una sección transversal del conductor en un tiempo determinado.
Tipos de Corriente
- Corriente Continua (CC): Los electrones se mueven siempre en el mismo sentido y, generalmente, con una intensidad constante.
- Corriente Alterna (CA): El flujo de electrones cambia de sentido periódicamente y la intensidad de corriente es variable en el tiempo.
Resistencia y Conductividad
Resistencia Eléctrica
La resistencia eléctrica representa el grado de dificultad que ofrecen los distintos materiales al paso de la corriente eléctrica.
Resistividad
La resistividad (ρ) es una propiedad intrínseca de cada material que indica el grado de dificultad que encuentran los electrones para desplazarse a través de él. Es una constante para un material dado a una temperatura específica.
Conductancia Eléctrica
La conductancia eléctrica (G) es la propiedad inversa a la resistencia. Mide la facilidad que ofrecen los conductores al paso de la corriente eléctrica.
Conductividad
La conductividad (σ) es la inversa de la resistividad. Se define como la facilidad que ofrecen los materiales al paso de la corriente por unidad de longitud y sección.
Capacitancia y Dieléctricos
Capacidad de un Condensador
La capacidad o capacitancia de un condensador es la propiedad que posee para almacenar una mayor o menor cantidad de cargas eléctricas cuando se le aplica una diferencia de potencial.
Dieléctricos
Los dieléctricos son materiales aislantes en cuyo interior puede establecerse un campo eléctrico sin pérdida significativa de energía, como consecuencia del fenómeno de la polarización dieléctrica.
Permitividad
La permitividad (ε) es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio dieléctrico. Indica el grado de polarización del material en respuesta a un campo eléctrico exterior.
Leyes de Kirchhoff para el Análisis de Circuitos
Primera Ley de Kirchhoff: Ley de Nodos o de Corrientes (LCK)
En cualquier nodo (unión de varios conductores) de un circuito, la suma de las intensidades de corriente que entran en dicho nodo es igual a la suma de las intensidades que salen de él. De forma equivalente, la suma algebraica de todas las corrientes que concurren en un nodo es igual a cero.
Segunda Ley de Kirchhoff: Ley de Mallas o de Tensiones (LVK)
En cualquier malla o bucle cerrado de un circuito, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices (fem) es igual a la suma algebraica de las caídas de tensión en los componentes de dicha malla.