Conceptos Fundamentales de Electricidad y Materia: Una Introducción Completa

Conceptos Fundamentales de Electricidad y Materia

Electricidad

Voltaje: Fuerza externa que hay que aplicar a los electrones de valencia (última órbita) para que se muevan en una misma dirección, generando una corriente. Su unidad de medida es el voltio.

Carga eléctrica: Son todos los dispositivos que consumen energía eléctrica.

Corriente eléctrica: Relación entre carga (electrones que pasan por un punto de medición) en un tiempo determinado.

I = dq / dt = coulomb / seg = ampere

Resistencia: Oposición que ofrece un conductor al flujo de la corriente eléctrica a través de él. Todos los materiales, incluyendo los humanos, ofrecen resistencia a la corriente en mayor o menor medida. En los conductores es baja y en los aislantes es alta.

Se mide en OHM.

La resistencia de un material es directamente proporcional a la longitud del mismo e inversamente proporcional al área del material.

Ley de Ohm: El flujo de corriente en un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje del circuito e inversamente proporcional a la resistencia equivalente del mismo.

Potencia mecánica: Relación entre el trabajo realizado al desplazar un sistema desde un punto A a un punto B en un tiempo determinado.

A menor tiempo, mayor potencia.

p = dW / dt = joules/seg = Watt

Potencia eléctrica: Producto del voltaje aplicado a un circuito por la corriente que consume dicho circuito.

Tipos de Circuitos

Circuito en serie: Aquel donde las cargas están conectadas una detrás de otra, de tal manera que solo hay un camino por donde ha de circular la corriente, por lo que en cualquier punto en que se mida será la misma.

• Intensidad igual en todos lados.
• Voltaje distinto.

Circuito en paralelo: Es cuando el potencial y el neutro deben llegar simultáneamente a todas las cargas eléctricas.

• Intensidad distinta.
• Voltaje igual.

Circuito combinado: Aquel compuesto por una parte con resistencias conectadas en serie y otra parte en paralelo, y a cada parte se le aplican sus leyes respectivas.

Fórmulas

I = E/R

P = E * I

Materia y sus Propiedades

Materia: Sustancia que nos rodea y ocupa un lugar determinado en el espacio. Se presenta en tres fases:

Fase sólida

Las moléculas están más cerca unas de las otras, por lo que la fuerza de atracción entre ellas es muy grande, y esto explica su forma. Ejemplo: borrador, lápiz, calculadora.

Fase líquida

Las moléculas están más separadas que en los sólidos, por lo que su fuerza de atracción entre moléculas disminuye. Los líquidos tienden a tomar la forma del recipiente que los contiene.

Ejemplo: agua, aceite, sangre.

Fase gaseosa

Las moléculas están extremadamente lejanas unas de las otras, por lo que la fuerza de atracción intramolecular es prácticamente nula y, por tanto, los gases ocupan todo el espacio libre mientras sean menos pesados que el aire.

Ejemplo: argón, helio, aire.

La materia se presenta como elementos y se organizan en la tabla periódica de acuerdo a la cantidad de protones que tenga su núcleo.

Elemento: Es la forma más sencilla de cómo se presenta la materia, y son aquellos que están en la tabla periódica.

Compuesto: Unión de dos elementos para formar una nueva sustancia con características diferentes a los elementos que le dieron origen.

Molécula: Parte más pequeña en que puede existir un compuesto, conservando sus propiedades.

Átomo: Parte más pequeña de un elemento. Posee una región central llamada núcleo, donde están los protones y neutrones, y otra región periférica llamada órbita.

Protones: Partículas pesadas y por eso no pueden ser desalojadas del núcleo, por tanto, no participan en la generación de corriente eléctrica. Tienen carga positiva y sus líneas de fuerza salen del protón hacia todas las direcciones.

Electrón: Extremadamente ligeros, fáciles de desalojar de su órbita porque pesan 1840 veces menos que el protón. Generan la corriente eléctrica. Las líneas de fuerza vienen desde todas las direcciones hacia el electrón.

Neutrón: No tiene carga eléctrica, por lo que no participa en la generación de la corriente eléctrica.

Generalmente los átomos son neutros. Tienen la misma cantidad de electrones y protones.

Átomo positivo: Cuando hay más protones que electrones.

Configuración electrónica de un átomo: La última órbita de un átomo, o capa de valencia, no puede tener más de 8 electrones.

Número Atómico: Número de protones que tiene un átomo en su núcleo, y es lo que se toma como base para ordenar la tabla periódica.

Todos los elementos tienen distinto número de protones.

Conductores, Semiconductores y Aislantes

Conductor: Materiales que conducen calor y energía eléctrica, y en su capa de valencia tienen menos de 4 electrones.

Ejemplo: plata, oro, cobre, aluminio.

Semiconductores: Se usan en la industria electrónica y digital, y tienen exactamente 4 electrones de valencia. (silicio y germanio).

Aislante: Aquellos que tienen más de 4 electrones de valencia y no conducen ni calor ni electricidad. (madera seca, goma, plástico).

Conceptos Adicionales de Electricidad

Circuito eléctrico: Es un camino cerrado por donde circula una corriente eléctrica y consta de una fuente de voltaje, un interruptor, una carga eléctrica y conductores que unen todos los dispositivos.

Ampere: Cuando una corriente de magnitud 6.18 x 10¹⁸ electrones fluye por un punto de control en un tiempo de un segundo.

Corriente directa (DC): El valor de la corriente permanece constante en el tiempo y tiene un solo sentido.

Corriente alterna (AC): Aquella cuyo valor varía en el tiempo desde cero hasta un máximo, retornando a cero, cambia de sentido y vuelve a cero, máximo, y retorna nuevamente a cero.

Longitud de onda: Distancia entre dos máximos de una onda de corriente alterna.

Frecuencia: Número de veces que se repite una onda en un segundo y se mide en hertz (Hz). En República Dominicana, Estados Unidos y Países Bajos la frecuencia es de 60 hertz.

Ciclo: Es aquel que queda descrito por una onda completa.

Leyes Fundamentales

Ley de cargas eléctricas: Las cargas cuando son de un mismo signo se repelen y cuando son de signo contrario se atraen.

Ley de Coulomb: Las cargas eléctricas se atraen cuando son de signo contrario y se repelen cuando son de signo igual, y con una fuerza que es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa ambas cargas F = q1*q2/d². Debido a que la fuerza de atracción entre el protón y el electrón disminuye en la medida que se aleja del núcleo, los únicos electrones que participan en la generación de corriente eléctrica son aquellos que están en la capa de valencia.