Fundamentos de la Electricidad: Conceptos Clave y Circuitos Eléctricos

Conceptos Fundamentales de la Electricidad

La electricidad es una fuerza fundamental que impulsa nuestro mundo moderno. Para comprenderla, es esencial familiarizarse con sus magnitudes clave y las leyes que rigen su comportamiento en los circuitos.

Magnitudes Eléctricas Fundamentales y Fórmulas

• Intensidad de Corriente (I): Se define como la cantidad de carga eléctrica (culombios) que pasa por una sección del conductor en la unidad de tiempo.
  • Fórmula: I = Q/t
  • Unidad SI: Amperio (A)
  • (Q = carga eléctrica, culombio (C); t = tiempo, segundo (s))
• Voltaje (V) o Diferencia de Potencial: También conocido como voltaje, es la energía que se aporta a la unidad de carga para que se mueva entre dos puntos.
  • Fórmula: V = energía/carga
  • Unidad SI: Voltio (V)
  • (energía = julios (J); carga = culombio (C))
• Resistencia (R): Es una magnitud que mide la dificultad que se ofrece al paso de la corriente eléctrica.
  • Fórmula: R = ρ ⋅ L/S
  • Unidad SI: Ohmio (Ω)
  • (ρ = resistividad, Ω⋅m; L = longitud, m; S = sección, m²)

  Esta magnitud depende del tipo de material conductor y de su geometría, pues es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la sección del conductor. La constante de proporcionalidad se llama resistividad y su valor depende del tipo de material.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que “El voltaje en los extremos de un conductor es directamente proporcional a la intensidad de corriente que circula”. La constante de proporcionalidad es la resistencia.

• Fórmula: V = R ⋅ I

Energía y Potencia Eléctrica

Partiendo del concepto de voltaje, podemos deducir que la energía aportada o consumida en un generador o un receptor viene dada por el producto de la carga que circula por el voltaje aplicado.

• Energía (E):
  • Fórmula: E = voltaje ⋅ carga
  • También: E = V ⋅ I ⋅ t
  • Unidad SI: Julios (J)
• Potencia (P): Se define como la energía por unidad de tiempo.
  • Fórmula: P = energía / tiempo
  • También: P = V ⋅ I
  • Y: P = R ⋅ I²
  • Unidad SI: Vatio (W)

Otra Unidad de Medida de Energía

Además del Julio, una unidad común para medir la energía eléctrica, especialmente en el consumo doméstico, es el kilovatio-hora (kWh):

• 1 kWh = 1000 W ⋅ 3600 s = 3 600 000 J

Circuitos Eléctricos y sus Componentes

La corriente eléctrica es un movimiento ordenado de cargas en una dirección. Se caracteriza por tres magnitudes principales: intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia eléctrica.

La corriente eléctrica normalmente circula por circuitos eléctricos, los cuales están constituidos por tres elementos fundamentales:

• Generadores: Suministran la energía (ej., pilas, placas solares).
• Receptores: Transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía (ej., motores, bombillas, resistencias).
• Conectores: Permiten el flujo de la corriente y el control del circuito (ej., cables, interruptores).

Efectos de la Corriente Eléctrica

Una corriente eléctrica puede producir distintos tipos de efectos:

• Efectos Térmicos: Calentamiento de un conductor (ej., resistencia de un calentador o una plancha).
• Efectos Luminosos: Emisión de luz (ej., encendido de bombillas).
• Efectos Químicos: Reacciones químicas (ej., electrólisis de compuestos).
• Efectos Magnéticos: Creación de campos magnéticos (ej., construcción de electroimanes).
• Efectos Mecánicos: Producción de movimiento (ej., movimiento giratorio de espiras dentro de un imán, que constituye un motor).

Asociación de Resistencias

Cuando no se dispone de una resistencia con un valor concreto, se pueden realizar combinaciones para obtener el valor deseado. Las resistencias se pueden asociar de dos maneras principales:

Conexión en Serie

Las resistencias se conectan en serie cuando se une el extremo de una resistencia con el extremo de la siguiente, de forma que la intensidad de corriente que pasa por todas ellas es la misma. El voltaje total es igual a la suma de los voltajes en cada resistencia.

• Resistencia Total: R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ...
• Voltaje Total: V_total = V₁ + V₂ + V₃ + ...
• Intensidad Total: I_total = I₁ = I₂ = I₃ = ...

Para obtener resistencias mayores de las que se disponen, se asocian en serie.

Conexión en Paralelo

Las resistencias están en paralelo cuando sus extremos están unidos a un punto en común, de modo que el voltaje en los extremos de cada una es el mismo.

• Voltaje Total: V_total = V₁ = V₂ = V₃ = ...
• Intensidad Total: I_total = I₁ + I₂ + I₃ + ...
• Resistencia Total: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ...

Si se desean obtener resistencias menores, se asocian en paralelo.

Conexión de Aparatos de Medida

Para medir las magnitudes eléctricas en un circuito, se utilizan instrumentos específicos que deben conectarse de forma particular:

• Amperímetro: Se conecta en serie con el componente cuya intensidad se desea medir (es necesario abrir el circuito). Su resistencia interna es muy pequeña.
• Voltímetro: Se conecta en paralelo con el componente o sección del circuito donde se quiere medir la diferencia de potencial. Su resistencia interna es muy grande.
• Ohmímetro: Se utiliza para medir la resistencia de un componente. Se conecta directamente al componente, asegurándose de que este no esté conectado a ninguna fuente de energía (sin estar conectado a la pila o fuente de alimentación).