Conceptos Esenciales de Electricidad y Magnetismo: Fundamentos y Aplicaciones

Conceptos Fundamentales de la Electricidad

Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica (electrones) por unidad de tiempo que recorre un material conductor. Su sentido real es el movimiento de los electrones (de negativo a positivo), mientras que el sentido convencional es de positivo a negativo.

Corriente Alterna (CA)

La corriente alterna (CA) es la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente, presentando un comportamiento oscilante.

Corriente Continua (CC)

La corriente continua (CC) se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece la relación entre la tensión, la intensidad y la resistencia en un circuito eléctrico. Se expresa mediante las fórmulas:

• I = V/R (Intensidad = Tensión / Resistencia)
• R = V/I (Resistencia = Tensión / Intensidad)

Componentes Clave:

• Tensión (V): Es la fuerza eléctrica que empuja los electrones a través de un circuito. Para que haya movimiento, debe existir una diferencia de potencial.
• Intensidad (I): Es la cantidad de corriente que pasa por un conductor en un tiempo determinado (I = Q_carga / t).
• Resistencia (R): Es el grado de dificultad con que se mueven los electrones en un material. La resistencia de un material se calcula con la fórmula: R = ρ * (L/S), donde:
  • ρ (rho): Resistividad del material.
  • L: Longitud del conductor (en metros).
  • S: Sección transversal del conductor (en mm²).

  Es importante destacar que al aumentar la temperatura, la resistencia también aumenta.

Fuerza Electromotriz (FEM)

La Fuerza Electromotriz (FEM) es la energía proveniente de cualquier fuente que suministra corriente eléctrica. Para que se genere, se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos. Es la fuerza con la que los electrones son impulsados.

Fenómenos y Componentes Eléctricos

Efectos de la Corriente Eléctrica

Los principales efectos de la corriente eléctrica son:

• Generación de calor (efecto Joule).
• Actividad química (electrólisis).
• Acción magnética (electromagnetismo).

Unidades de Capacitancia: El Faradio (F)

El Faradio (F) es la unidad de capacitancia. Sus submúltiplos comunes son:

• Milifaradio (mF): 10^-3 F
• Microfaradio (µF): 10^-6 F
• Nanofaradio (nF): 10^-9 F
• Picofaradio (pF): 10^-12 F

Ley de Faraday de la Inducción Electromagnética

La Ley de Faraday establece que la fuerza electromotriz inducida en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde. Se puede expresar como:

FEM = -N * (∆Φ / ∆t)

Donde:

• ∆Φ: Variación del flujo magnético (en Weber, Wb).
• ∆t: Variación del tiempo (en segundos, s).
• N: Número de espiras de la bobina.

Esto significa que si se excita una bobina con una intensidad de corriente, y esta se acerca o aleja de un solenoide, habrá una variación de flujo magnético en el mismo sentido, lo que generará una corriente de inducción.

Resistencias Dependientes

Existen tipos de resistencias cuyo valor varía en función de factores externos:

• Resistencia Variable con la Tensión (VDR): Es un componente que, al aplicarle diferentes tensiones entre sus extremos, varía su resistencia debido a las propiedades de sus cristales (comúnmente de carburo de silicio).
• Resistencia Dependiente de la Luz (LDR): Limita el voltaje dependiendo de la intensidad de luz que incide sobre ella. A mayor luz, menor resistencia.
• Termistores (NTC/PTC): Su valor de resistencia depende de la temperatura.
  • NTC (Negative Temperature Coefficient): Su resistencia disminuye al aumentar la temperatura.
  • PTC (Positive Temperature Coefficient): Su resistencia aumenta al aumentar la temperatura.

Corrientes de Foucault

Las Corrientes de Foucault (o corrientes parásitas) se producen cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable. Este fenómeno causa una corriente inducida dentro del conductor, la cual, a su vez, crea campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado. Esto resulta en pérdidas de energía en forma de calor y una disminución de la eficiencia del sistema. Para minimizarlas, los núcleos de los transformadores y motores suelen ser laminados (troceados y barnizados).

Fuerza Electromotriz Autoinducida

Cuando por un circuito circula una corriente eléctrica, alrededor de este se crea un campo magnético. Si la corriente que circula por el circuito varía, el campo magnético asociado también varía. Esta variación del flujo magnético a través del propio circuito induce en él una fuerza electromotriz (FEM) o voltaje inducido, conocido como fuerza electromotriz autoinducida.

Condensador Electrolítico

Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que utiliza un líquido iónico conductor (electrolito) como una de sus placas. Esta característica le permite ofrecer una mayor capacidad de almacenamiento de carga en un volumen reducido, además de tener propiedades de rectificación en ciertos contextos.