Electricidad: Principios Básicos, Componentes y Seguridad

Fundamentos de Electricidad

Generación de Energía Eléctrica

• Central Hidroeléctrica: Aprovecha la energía del agua almacenada en un pantano al caer sobre una turbina, que a su vez acciona un generador eléctrico.
• Central Térmica y Nuclear: Utilizan vapor de agua a presión para mover turbinas conectadas a generadores eléctricos. En las térmicas, el vapor se produce por combustión, mientras que en las nucleares se utiliza una reacción nuclear controlada con uranio.
• Parque Eólico: Aprovecha la energía cinética del viento para generar electricidad mediante aerogeneradores.
• Central Eléctrica Fotovoltaica: Genera energía eléctrica mediante células fotovoltaicas que aprovechan la energía solar.

Conceptos Fundamentales

Charles Coulomb: Enunció la Ley de Coulomb, demostrando que la fuerza entre dos partículas cargadas es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

• Campo Eléctrico: Región del espacio donde se manifiestan fuerzas de atracción o repulsión sobre cargas eléctricas.
• Diferencia de Potencial: Trabajo necesario para desplazar una unidad de carga entre dos puntos en un campo eléctrico. U_AB = E · d
• Tensión Eléctrica: Energía con la que un generador impulsa una carga eléctrica de 1 culombio entre dos puntos del circuito, medida en voltios (V).
• Frecuencia: Número de veces por segundo que una onda de tensión o corriente alterna cambia de signo, medida en hercios (Hz).
• Intensidad Eléctrica: Cantidad de carga eléctrica que circula por un material en un segundo. i = ΔQ/Δt
• Densidad de Corriente: Relación entre la corriente eléctrica que atraviesa un cuerpo y su sección geométrica. j = i/S
• Resistividad: Resistencia característica de un conductor de 1 mm² de sección y 1 metro de longitud a una temperatura dada.
• Coeficiente de Temperatura: Parámetro que indica el cambio en la resistividad específica de un material debido a la temperatura.
• Conductancia: Facilidad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. G = 1/R

Leyes Fundamentales

• Ley de Ohm: La corriente en un conductor metálico es proporcional a la tensión en sus extremos, siendo la resistencia la constante de proporcionalidad. U = I · R
• Ley de Joule: La energía calorífica generada en un conductor por el que circula corriente es proporcional al producto de la resistencia, el cuadrado de la corriente y el tiempo. T = i² · R · t

Componentes de un Circuito Eléctrico

Elementos de un circuito: generador eléctrico, receptores o cargas eléctricas, conductores eléctricos, elementos de maniobra y elementos de seguridad y protección.

En un circuito simple encontramos: fusible (protección), interruptor (maniobra), bombilla (receptor de carga eléctrica), cable (conductor eléctrico).

Receptores o Cargas Eléctricas

• Receptores Lumínicos: Transforman energía eléctrica en energía luminosa (ej., bombillas de incandescencia).
• Receptores Térmicos: Transforman energía eléctrica en energía térmica (ej., estufas eléctricas).
• Receptores Mecánicos: Transforman energía eléctrica en energía mecánica (ej., motores de corriente continua y alterna).
• Receptores Electroquímicos: Transforman energía eléctrica en energía química (ej., baterías recargables).

Elementos de Seguridad y Protección

• Sobrecargas o Sobrecorrientes: Corrientes anormalmente altas debido a un consumo excesivo de las cargas conectadas.
• Cortocircuitos: Conexión directa de los polos de un circuito, generalmente por accidente.
• Sobretensión: Aumento del voltaje por mal funcionamiento del generador.
• Fusibles: Dispositivos de protección simples que evitan sobrecorrientes y cortocircuitos.
• Magnetotérmicos (PIAs): Dispositivos de protección más sofisticados que los fusibles.
• Interruptores Diferenciales: Dispositivos de seguridad que previenen efectos perjudiciales por corrientes de fuga.