Conceptos Fundamentales de Electricidad: Corriente, Circuitos y Leyes Clave

Conductores Eléctricos

Los materiales se clasifican según su capacidad para conducir la electricidad. Los buenos conductores, como la plata, el cobre y el oro, facilitan el flujo de corriente porque tienen electrones libres en su última capa de valencia.

Ejemplo: La plata, el cobre y el oro son buenos conductores porque tienen un electrón libre en la última capa.

Tipos de Corriente Eléctrica

La electricidad puede manifestarse principalmente de dos formas, según el comportamiento de los electrones:

• Corriente Continua (CC o DC): Los electrones fluyen siempre en el mismo sentido, desde el polo negativo al positivo. Es la corriente generada por pilas, baterías y cargadores.
• Corriente Alterna (CA o AC): El sentido del flujo de los electrones cambia periódicamente. En Europa, este cambio ocurre 50 veces por segundo, lo que se conoce como una frecuencia de 50 Hercios (Hz). Es la que encontramos en la red eléctrica doméstica.

Clasificación de la Corriente Alterna

• Corriente monofásica: Es la que utilizamos comúnmente en nuestros hogares.
• Corriente trifásica: Se emplea principalmente en entornos industriales por su capacidad para alimentar motores y maquinaria de alta potencia.

El Circuito Eléctrico

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos interconectados que permiten el paso de la corriente eléctrica para realizar un trabajo útil.

Elementos Principales de un Circuito

• Generador (o fuente): Proporciona la energía necesaria para que los electrones se muevan. Ejemplos: pila, batería.
• Conductores: Son los cables por donde circulan los electrones.
• Receptores: Transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía (luz, calor, movimiento). Ejemplos: bombillas, motores.
• Elementos de maniobra y control: Permiten dirigir o interrumpir el paso de la corriente. Ejemplo: interruptores.

Tipos de Conexión en un Circuito

• Circuito en Serie

  Los componentes se conectan uno a continuación del otro, formando un único camino para la corriente. Si un elemento falla, todo el circuito se interrumpe.

• Circuito en Paralelo

  Los componentes se conectan en diferentes ramales. La corriente se divide para pasar por cada uno, por lo que cada elemento tiene su propio camino. Si uno se rompe, los demás siguen funcionando.

• Cortocircuito

  Ocurre cuando hay una conexión directa, sin resistencia apreciable, entre los dos polos de la fuente de alimentación. Esto provoca un aumento brusco de la corriente, generando un riesgo de incendio o daño en los componentes del circuito.

Magnitudes Eléctricas Básicas

Para entender y medir los fenómenos eléctricos, utilizamos las siguientes magnitudes fundamentales:

• Tensión (V): También llamada voltaje o diferencia de potencial. Es la "fuerza" que impulsa a los electrones a moverse. Se mide en Voltios (V) con un voltímetro. (Analogía: la diferencia de altura en una tubería de agua).
• Intensidad (I): Es la cantidad de electrones (carga eléctrica) que circulan por un punto del circuito en un segundo. Se mide en Amperios (A) con un amperímetro. (Analogía: la cantidad de agua que pasa por la tubería).
• Resistencia (R): Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide en Ohmios (Ω) con un ohmímetro. (Analogía: la cal o estrechez en la tubería que dificulta el paso del agua).
• Potencia (P): Es la energía que consume o genera un elemento del circuito por unidad de tiempo. Se mide en Vatios (W) con un vatímetro.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm es un principio fundamental que relaciona la tensión (V), la intensidad (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico.

Las fórmulas derivadas son:

• V = I · R
• I = V / R
• R = V / I

Triángulo de Ohm

Es una regla mnemotécnica para recordar fácilmente las fórmulas. Tapando la magnitud que se quiere calcular, las otras dos indican la operación a realizar:

   V
 -----
 I × R

Ley de Watt (Potencia Eléctrica)

La Ley de Watt establece que la potencia eléctrica (P) en un circuito es directamente proporcional al voltaje (V) y a la corriente (I).

La fórmula principal es:

P = V · I

• P: Potencia, medida en Vatios (W).
• V: Voltaje, medido en Voltios (V).
• I: Intensidad, medida en Amperios (A).

A partir de la potencia, se puede calcular la energía eléctrica (E) consumida durante un tiempo determinado (t):

E = P · t

Donde E es la energía (en Julios o Vatios-hora) y t es el tiempo (en segundos u horas).

Tipos de Potencia en Corriente Alterna

En los circuitos de corriente alterna (CA), la potencia es más compleja y se descompone en tres tipos:

• Potencia Activa (P): Es la energía útil que realmente realiza un trabajo (convertida en luz, calor, etc.). Se mide en Vatios (W). Su fórmula es P = S · cos(φ).
• Potencia Reactiva (Q): Es la energía que los campos eléctricos y magnéticos de algunos componentes (como motores o transformadores) necesitan para funcionar, pero que no se convierte en trabajo útil. Va y viene por el circuito. Se mide en Voltiamperios Reactivos (VAr). Su fórmula es Q = S · sen(φ).
• Potencia Aparente (S): Es la suma vectorial de la potencia activa y la reactiva. Representa la energía total que la fuente entrega al circuito. Se mide en Voltiamperios (VA). Se calcula con la fórmula S² = P² + Q².

El factor de potencia (cos φ) es la relación entre la potencia activa y la aparente. Para evitar penalizaciones en la factura eléctrica industrial, su valor debe ser cercano a 1 (generalmente, mayor que 0,7).

Instrumentos de Medición Eléctrica

• Amperímetro: Mide la intensidad de corriente. Debe conectarse en serie en el circuito. Si se conecta en paralelo, provoca un cortocircuito.
• Voltímetro: Mide la tensión o voltaje. Debe conectarse en paralelo con el componente a medir. Si se conecta en serie, bloquea el paso de la corriente debido a su alta resistencia interna.
• Ohmímetro: Mide la resistencia de un componente. La medición debe realizarse sin tensión en el circuito, es decir, con el circuito apagado y el componente aislado.
• Vatímetro: Mide la potencia eléctrica. Internamente, es una combinación de un voltímetro y un amperímetro.
• Polímetro (o Multímetro): Es un instrumento versátil que integra las funciones de los anteriores (voltímetro, amperímetro, ohmímetro) y, a menudo, otras mediciones adicionales.