Fundamentos de Electricidad: Corriente, Resistencia y Leyes Clave

Electricidad Estática

Es aquella electricidad que no se mueve respecto a una sustancia determinada. La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro.

Ley de Coulomb

La fuerza de atracción o repulsión sobre dos cargas puntuales q1 y q2 es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ambas. El culombio o Coulomb (C) es la unidad derivada del Sistema Internacional para la carga eléctrica.

Electricidad Dinámica

La electricidad dinámica es la corriente eléctrica que nos encontramos en la vida cotidiana: en las viviendas, talleres, automóviles, camiones, etc. La electricidad dinámica se puede presentar de los siguientes modos:

• Corriente continua (CC) o directa (DC).
• Corriente alterna (CA o AC).
• Corriente continua pulsada o discontinua.

Tipos de Corriente Eléctrica

Corriente Continua (CC/DC)

Se genera por un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido: desde el polo negativo hacia el polo positivo. Se caracteriza por su tensión, ya que al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de esta. Una gran ventaja de la corriente continua es que se puede almacenar en baterías y pilas.

Corriente Alterna (CA/AC)

En la corriente alterna (CA o AC), los electrones, a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan de un lado al otro de su centro dentro de un mismo entorno o amplitud, a una frecuencia determinada (número de oscilaciones por segundo). Por tanto, la corriente así generada no es un flujo en un sentido constante como la corriente continua, sino que va cambiando de sentido y, por tanto, de signo continuamente. La corriente alterna no se puede almacenar directamente en baterías o pilas.

Corriente Pulsada y Ondas Complejas

La corriente continua pulsada no se mantiene constante en el tiempo, sino que toma valores de tensión fijos altos y valores de tensión bajos.

• Nivel alto: Es el valor de tensión más alto de la señal (por ejemplo, 12V).
• Nivel bajo: Es el valor más bajo de la señal (por ejemplo, 0V).

Las tensiones eléctricas complejas las encontramos, por ejemplo, en la alimentación de los inyectores o en el primario y secundario del sistema de encendido de un vehículo.

Efectos de la Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica produce diversos efectos:

• Generación de calor: Ejemplo: el encendedor del coche.
• Actividad química: Fenómenos que ocurren en la batería al cargarse y descargarse.
• Acción magnética: Campos magnéticos creados en diferentes componentes como relés, electroimanes o máquinas eléctricas (como en el alternador).

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

Intensidad de la Corriente (I)

A la cantidad de corriente que pasa por un conductor en un tiempo determinado se le denomina intensidad de corriente. Es igual al número de electrones libres que pasan a través de una sección transversal de un conductor en un segundo. Su unidad es el Amperio (A).

Resistencia Eléctrica (R)

Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Los materiales se clasifican según su resistencia:

• Aislantes: Materiales que no dejan pasar la corriente o la dejan pasar muy difícilmente (ej. madera, plástico, goma).
• Conductores: Materiales por los que puede circular la corriente eléctrica con facilidad (ej. cobre, plata, aluminio).
• Semiconductores: Ocupan una posición especial entre los dos anteriores (ej. silicio, germanio).

Un Ohmio (Ω) es la resistencia que presenta un conductor cuando, al aplicar una diferencia de potencial de un voltio, deja pasar una corriente de un amperio.

Leyes Fundamentales de los Circuitos

Ley de Ohm

La Ley de Ohm describe la relación entre las magnitudes eléctricas fundamentales en muchos materiales y es crucial para entender los fenómenos eléctricos encontrados en los vehículos y otros circuitos. Establece que la intensidad de la corriente (I) que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial (V) aplicada en sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia (R) del conductor (I = V / R). Implicaciones:

• Aumentando la resistencia de un circuito, se reduce la corriente (si el voltaje es constante).
• Aumentando la tensión (voltaje) de un circuito, aumenta la corriente que circula (si la resistencia es constante).
• Aumentando la corriente que circula en un equipo, aumenta la caída de tensión a través de sus componentes resistivos.

Las tres magnitudes que intervienen son:

• Voltaje (V) o diferencia de potencial (Unidad: Voltio - V).
• Corriente (I) o intensidad (Unidad: Amperio - A).
• Resistencia (R) (Unidad: Ohmio - Ω).

Definiciones relacionadas:

• Un Amperio es la corriente que circula por un conductor de un ohmio de resistencia cuando se aplica un voltio de tensión.
• Un Voltio es la diferencia de potencial necesaria para que circule un amperio a través de una resistencia de un ohmio.

Potencia Eléctrica (P)

La potencia eléctrica es la energía o trabajo desarrollado en la unidad de tiempo. Se calcula multiplicando la tensión por la intensidad:

P = V * I

La unidad de potencia es el Vatio (W).

• Un Vatio es la potencia que desarrolla un aparato eléctrico al transformar la energía de un Julio en cada segundo (1 W = 1 J/s).

Generación de Calor por la Acción de la Corriente Eléctrica (Efecto Joule)

La corriente eléctrica, al circular por una resistencia, genera una energía calorífica que es de la misma magnitud que el trabajo aportado por la corriente eléctrica, pero medida en unidades de calor.

• 1 Julio (J) ≈ 0.24 calorías (cal)
• 1000 calorías = 1 kilocaloría (kcal)

Ley de Joule

La Ley de Joule establece que la cantidad de calor (Q) que desprende un conductor es directamente proporcional a su resistencia (R), al cuadrado de la intensidad de la corriente (I) que lo atraviesa y al tiempo (t) durante el cual circula la corriente:

Q = I² * R * t (El resultado estará en Julios si I está en Amperios, R en Ohmios y t en segundos).