Conceptos Fundamentales de Electricidad y Circuitos: De la Carga a la Medición
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Fundamentos de la Carga Eléctrica y Electrostática
Formas de Cargar Eléctricamente un Cuerpo
Existen dos métodos principales para transferir carga:
Carga por Contacto
Se produce cuando, al frotar un cuerpo cargado negativamente con uno neutro, algunos electrones se ceden de un cuerpo a otro, quedando el cuerpo neutro cargado negativamente.
Carga por Inducción
Sucede sin contacto físico. Un cuerpo cargado negativamente atraerá las cargas positivas del cuerpo neutro, polarizándolo.
Electroscopio
Dispositivo que permite detectar la presencia de un objeto cargado, a menudo utilizando el fenómeno de la inducción.
Leyes y Campos Eléctricos
Ley de Coulomb
Utilizando una balanza de torsión, Coulomb percibió que entre dos cuerpos cargados eléctricamente existía una fuerza que podía ser de atracción o de repulsión. Posteriormente, formuló una ley que describe esta interacción.
El Campo Eléctrico
El campo eléctrico que existe en un punto es la fuerza electrostática experimentada por una carga eléctrica colocada en ese punto, dividida entre el valor de esa misma carga.
Comportamiento del Campo en Conductores
- Ausencia de Campo Interno: No existe campo eléctrico dentro de un conductor, a menos que exista una carga interna.
- Campo en la Superficie: El campo en el interior de un conductor cargado, en cualquier punto de su superficie, es cero.
Flujo de un Campo
El flujo de un campo es la cantidad de ese campo que pasa perpendicularmente a través de un área, multiplicada por esa misma área.
Energía y Potencial
Potencial Eléctrico
Es la cantidad de energía potencial que existe en una carga, dividida entre el valor de la misma.
El Electrovolt (eV)
Es la cantidad de energía que corresponde a la de un electrón que pasa por una diferencia de potencial de un voltio (1 V).
Circuitos y Corriente
Corriente Eléctrica
Cantidad de carga eléctrica que atraviesa la sección transversal de un conductor por unidad de tiempo. Se mide en coulombs por segundo (Amperios).
La Resistencia de un Material
La resistencia se mide en Ohms, en honor al físico alemán Georg Simon Ohm.
Circuito Eléctrico
Representación gráfica de elementos conectados entre sí para formar una trayectoria por donde circula la corriente eléctrica.
Tipos de Circuitos
Circuito en Serie
El voltaje final será igual a la sumatoria de todos los voltajes individuales, y su corriente eléctrica es la misma en todos sus elementos.
Circuito en Paralelo
El voltaje es el mismo en todos los elementos. La corriente eléctrica total será igual a la sumatoria de todas las corrientes individuales. La resistencia total es igual al inverso de la suma algebraica de los inversos de las resistencias que lo integran. La corriente se divide entre las ramas paralelas del circuito.
Circuito Mixto
La intensidad de la corriente total depende de la resistencia total cuando se le conecta a una fuente de voltaje.
Medición, Seguridad y Tipos de Corriente
Potencia Eléctrica
La potencia eléctrica se mide en watts.
Fusible
Es un conductor metálico de baja resistencia destinado a abrir un circuito eléctrico si la corriente se excede, actuando como un dispositivo de seguridad.
Instrumentos de Medición
El voltaje y la corriente eléctrica son medidos con:
Voltímetros
Miden el voltaje (diferencia de potencial) entre dos puntos (A y B) y deben conectarse en paralelo. No deben insertarse directamente en la trayectoria principal de la corriente.
Amperímetros
Se usan para medir la corriente eléctrica y deben conectarse en el circuito de manera que la corriente pase directamente sobre él, es decir, en serie.
El dispositivo principal de ambos instrumentos es el galvanómetro.
Tipos de Corriente
Corriente Alterna (CA)
Los electrones del circuito se desplazan primero en una dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de vaivén en torno a posiciones relativamente fijas.
Corriente Directa (CD)
Implica un flujo de carga que fluye siempre en una sola dirección. Una batería produce corriente directa en un circuito porque sus bornes tienen siempre el mismo signo de carga. Los electrones se mueven siempre en el circuito en la misma dirección.
Fallas Comunes en Circuitos
Circuito Abierto
Es un circuito eléctrico en el cual no circula la corriente eléctrica por estar este interrumpido o no comunicado por medio de un conductor eléctrico.
Cortocircuito
Fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo al neutro. Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente y produce arco eléctrico, esfuerzos electrodinámicos y esfuerzos térmicos.