Fundamentos de electricidad: magnitudes, Ley de Ohm y circuitos

Conceptos Fundamentales de la Materia y la Electricidad

La materia está formada por átomos que contienen distintas partículas subatómicas:

• Protones: poseen carga positiva (+).
• Electrones: poseen carga negativa (-).
• Neutrones: no tienen carga eléctrica (neutros).

Carga eléctrica: es la propiedad intrínseca de la materia responsable de los fenómenos eléctricos.

Conductores: son materiales a través de los cuales los electrones pueden desplazarse libremente.

Corriente eléctrica: es la circulación ordenada de electrones a través de un conductor.

Generador: dispositivo que suministra energía para que los electrones se muevan.

Circuito eléctrico: es un camino cerrado formado por cables, receptores y elementos de maniobra que permite la circulación de corriente.

Esquema eléctrico: es un circuito eléctrico representado de forma gráfica mediante símbolos normalizados.

Magnitudes Eléctricas

• Tensión (o voltaje): es la diferencia de energía eléctrica por unidad de carga. Se representa con la letra V y se mide en voltios (V).
• Intensidad de la corriente: cantidad de electrones que pasan por una sección del circuito en un segundo. Se representa con la letra I y se mide en amperios (A).
• Resistencia eléctrica: es la oposición que presenta el circuito al paso de la corriente eléctrica. Se designa con la letra R y se mide en ohmios (Ω).

Múltiplos y Submúltiplos Comunes

• Milivoltio (mV): milésima parte de un voltio.
• Miliamperio (mA): milésima parte de un amperio.
• Kiloohmio (kΩ): equivalente a mil ohmios.

Instrumentos de Medida

• Voltímetro: sirve para medir la tensión eléctrica; se conecta siempre en paralelo con el componente o generador.
• Amperímetro: se utiliza para medir la intensidad de la corriente; se conecta en serie dentro del circuito.
• Polímetro o multímetro: instrumento multifunción que permite medir distintas magnitudes eléctricas (tensión, intensidad, resistencia, etc.).

Ley de Ohm y Conexiones en Circuitos

Formulada por Georg Ohm en 1822, establece la relación entre las principales magnitudes:

V = I · R

Tipos de Conexión de Elementos en un Circuito

• Disposición en serie: dos o más elementos están conectados de manera continua, donde la salida de uno es la entrada del siguiente.
• Disposición en paralelo: los componentes se colocan de tal forma que comparten los mismos puntos de entrada y de salida.
• Disposición mixta: circuito que combina conexiones en serie y en paralelo simultáneamente.

Energía y Potencia Eléctrica

La energía consumida se mide en julios (J), aunque también puede expresarse en calorías (cal). Dicha energía se puede transformar de diversas maneras a través de diferentes receptores:

• Motores: transforman la energía eléctrica en energía mecánica de rotación.
• Bombillas: transforman la electricidad en energía luminosa.
• Radiadores: transforman la energía eléctrica en calor.

Potencia eléctrica: es la capacidad que tiene un receptor eléctrico para transformar energía en un intervalo de tiempo determinado. La potencia se mide en vatios (W), aunque frecuentemente se utiliza el kilovatio (kW), equivalente a 1000 W. Su fórmula es:

P = V · I

Elementos de Maniobra y Protección

Elementos de Maniobra

• Interruptores: permiten o interrumpen de modo permanente el paso de la corriente eléctrica.
• Pulsadores: interruptores que actúan únicamente mientras se mantienen presionados.
• Conmutadores: permiten dirigir la corriente eléctrica por una rama específica del circuito, impidiendo el paso por otra.

Elementos de Protección

Los elementos de protección se emplean para proteger los cables y componentes frente a sobrecargas o fallos, así como para evitar riesgos y daños a las personas.

Cortocircuito: fenómeno que se produce cuando la corriente no encuentra apenas resistencia en su recorrido, lo que provoca la salida de una corriente de gran intensidad desde el generador.

Ventajas del Uso de la Electricidad

La gran utilidad de la electricidad en la vida cotidiana e industrial se fundamenta en los siguientes aspectos:

• Transporta la energía de forma segura y fiable.
• Es fácil de transformar en otros tipos de energía.
• Transmite señales de manera prácticamente instantánea en telefonía y electrónica.

Electromagnetismo y Máquinas Eléctricas

Los imanes son cuerpos magnéticos capaces de atraer a ciertos metales. Cuentan siempre con dos polos magnéticos denominados polo norte y polo sur.

Electroimán: consiste en una bobina eléctrica enrollada alrededor de una barra alargada de material ferromagnético.

• Oersted: demostró experimentalmente la relación existente entre la electricidad y el magnetismo.
• Faraday: comprobó el fenómeno inverso, demostrando que al mover un imán cerca de un conductor eléctrico se genera corriente eléctrica inducida.

Máquinas y Dispositivos Electromagnéticos

• Motor eléctrico: es una de las máquinas motrices más eficaces, silenciosas y limpias; transforma energía eléctrica directamente en movimiento.
• Generador eléctrico: mecanismo capaz de transformar otro tipo de energía en electricidad.
• Dínamo: generador electromagnético similar a un motor de corriente continua; cuenta en su interior con una bobina conectada a dos semianillos (colector de delgas).
• Alternador: generador semejante a la dínamo, pero cuya bobina finaliza en dos anillos rozantes completos sobre los que se apoyan las escobillas.
• Timbre: mecanismo basado en un electroimán alimentado por un circuito simple compuesto por un generador y un pulsador.