Principios Fundamentales de Electricidad: Conceptos y Fórmulas Esenciales en Física
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Conceptos Fundamentales de Electroestática
El Culombio
Es la cantidad de carga eléctrica que circula durante 1 segundo a través de una sección recta de un conductor cuya intensidad de corriente es de 1 amperio.
Ley de Coulomb
La fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de dichas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Su fórmula es: F = K * Q₁ * Q₂ / r².
Campo Eléctrico
Es aquella región del espacio donde en cada uno de sus puntos existe una fuerza de origen electrostático causada por la presencia de una o varias cargas eléctricas. Queda definido por la intensidad y el potencial en cada uno de sus puntos.
Intensidad de Campo en un Punto
Es el cociente entre la fuerza que actúa sobre una carga de prueba positiva situada en dicho punto y el valor de esta carga. Su fórmula es: E = F / Q.
Potencial en un Punto de un Campo Eléctrico
Es la energía potencial eléctrica que posee la unidad de carga positiva situada en ese punto. Su unidad en el Sistema Internacional es el voltio. Su fórmula es: U = Ep / Q.
Voltio
En un punto de un campo eléctrico existe el potencial de 1 voltio cuando al colocar en él una carga positiva de 1 culombio adquiere una energía de 1 julio.
Diferencia de Potencial entre Dos Puntos de un Campo Eléctrico
Es el cociente que resulta de dividir el trabajo realizado al trasladar una carga desde un punto a otro del campo entre el valor de dicha carga. Se trata de una magnitud escalar. Su expresión general es: VAB = VA - VB. También se relaciona con la ley de Ohm y la fuerza electromotriz en circuitos como: VAB = Σ IR - Σ e.
Un Condensador
Es un dispositivo formado por dos conductores muy próximos, llamados armaduras, separados por un dieléctrico (aire, mica, papel parafinado…). De este modo se logra almacenar grandes cantidades de electricidad con diferencias de potencial relativamente pequeñas. Su capacidad se calcula con la fórmula: C = Q / V.
Corriente Eléctrica y Circuitos
Corriente Eléctrica
Es el movimiento de cargas eléctricas (electrones) en el seno de un conductor. La hay de dos tipos:
- Corriente Continua: Se produce si se obliga a los electrones a circular siempre en el mismo sentido a lo largo del conductor.
- Corriente Alterna: Se produce si el movimiento de los electrones cambia de sentido periódicamente.
Intensidad de una Corriente Eléctrica
Es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una sección del conductor en la unidad de tiempo. Su unidad en el SI es el amperio. Su fórmula es: I = Q / t.
Amperio
Una corriente eléctrica tiene la intensidad de 1 amperio cuando por una sección del conductor pasa una carga de 1 culombio en cada segundo.
Ley de Ohm
La intensidad de corriente que circula por un conductor metálico es directamente proporcional a la diferencia de potencial existente entre sus extremos A y B e inversamente proporcional a la resistencia del conductor. Su fórmula es: I = V / R.
El Ohmio
Es la unidad de la resistencia: un conductor ofrece la resistencia de 1 ohmio cuando al establecer entre sus extremos la diferencia de potencial de 1 voltio circula por él una corriente de 1 amperio de intensidad.
La Resistividad
Representa la resistencia eléctrica de un hilo conductor que tenga la unidad de longitud y la unidad de sección. En el SI se mide en ohmio-metro. Su fórmula es: R = ρL / S.
Potencia, Energía y Generadores
Energía Eléctrica
La energía eléctrica consumida o transferida en un circuito se puede calcular mediante la fórmula: W = V * I * t.
Potencia de la Corriente Eléctrica
Se define como la cantidad de energía eléctrica o trabajo que se transporta o que se consume en una determinada unidad de tiempo. Su unidad es el vatio (J/s). Sus fórmulas son: P = V * I, P = R * I², o P = V² / R.
El Efecto Joule
Consiste en el aumento de la temperatura de los conductores debido a la transformación de energía eléctrica en energía térmica, de forma que la energía se intercambia sin un propósito útil directo (aunque es la base de aplicaciones como fusibles, calefacción y alumbrado). La equivalencia es: 1 J = 0,24 cal.
Generador
Es todo dispositivo capaz de transformar cualquier tipo de energía no eléctrica en energía eléctrica y suministrársela a las cargas que lo atraviesan.
Fuerza Electromotriz (FEM) de un Generador
Es la relación que existe entre la energía no eléctrica que transforma y la carga eléctrica que lo atraviesa. Su fórmula es: Ε = W / Q.