Fundamentos de Electricidad: Corriente, Resistencia y Leyes de Kirchhoff

Fundamentos de la Electricidad

Corriente Eléctrica

La Corriente Eléctrica es el movimiento ordenado y permanente de las cargas eléctricas en un conductor bajo la influencia de un campo eléctrico.

Intensidad de Corriente Eléctrica (I)

Es la cantidad de carga (q) que pasa por una sección transversal del conductor en una unidad de tiempo.

Fórmula de la Intensidad

$$I = \frac{q}{t}$$

Resistencia Eléctrica (R)

Es la oposición que ofrece un conductor a la circulación de la corriente eléctrica a través de él.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que la resistencia de un conductor es tal que, al aplicarle una diferencia de potencial de un voltio, permite el paso de una corriente de un amperio.

Fórmula de la Ley de Ohm

$$R = \frac{V}{I}$$

Limitaciones de la Ley de Ohm

La aplicación de la Ley de Ohm presenta las siguientes restricciones:

• Solo es válida para conductores sólidos.
• Es aplicable solamente en corriente continua (CC).
• Es preciso tener en cuenta el calentamiento de los circuitos, pues estos, al variar la temperatura, alteran las propiedades físicas y la resistencia eléctrica.
• No se cumple en dispositivos no lineales como lámparas, rectificadores y amplificadores usados en radio y TV.

Factores que Determinan la Resistencia de un Conductor

La resistencia de un conductor depende de los siguientes factores:

• La longitud del conductor ($$L$$).
• El área de la sección transversal del conductor ($$A$$).
• La clase de material del cual está fabricado (resistividad, $$\rho$$).
• La temperatura a la que se encuentra.

Energía y Potencia en Circuitos

Fuerza Electromotriz (FEM o E)

Es el trabajo o energía ($$W$$) que debe realizar un generador para trasladar la unidad de carga ($$q$$) a través de todo el circuito.

Fórmula de la FEM

$$E = \frac{W}{q}$$

La unidad de medida es el voltio (V).

Potencia Eléctrica (P)

Es el trabajo ($$W$$) que se realiza sobre una carga por unidad de tiempo ($$t$$).

Fórmula de la Potencia

$$P = \frac{W}{t}$$

La unidad de medida es el vatio (W).

Ley de Joule y Efecto Joule

La Ley de Joule establece que la cantidad de calor (Q) desprendida por un conductor metálico cuando la corriente circula a través de él es directamente proporcional a:

• El cuadrado de la intensidad de la corriente que circula ($$I^2$$).
• La resistencia del conductor ($$R$$).
• El tiempo que tarda la corriente en atravesarlo ($$t$$).

Efecto Joule

Consiste en el proceso de transformación de energía eléctrica en energía térmica (calor) en una resistencia atravesada por una corriente eléctrica.

Fórmulas del Calor Generado (Q)

1. $$Q = I \cdot V \cdot t$$ (en Julios)
2. $$Q = 0,24 \cdot I^2 \cdot R \cdot t$$ (en calorías, donde 0,24 es el factor de conversión)

Redes Eléctricas y Leyes de Kirchhoff

Definición de Red Eléctrica

Una Red Eléctrica es un circuito cerrado que permite determinar las intensidades de corriente que circulan por cada rama, una vez conocidos los elementos del circuito o red.

Elementos de la Red Eléctrica

• Nudo o Nodo: Punto donde convergen dos o más intensidades de corriente (ejemplo: puntos A y B).
• Ramas o Conductores: Porción de la red donde circula una misma intensidad; es la porción del circuito entre dos nodos consecutivos (ejemplo: ADCB, AB, AEFB).
• Malla: Porción del circuito cerrado que se inicia en un nodo y termina en el mismo nodo (ejemplo: ADCBA y AEFBA).

Leyes de Kirchhoff

1ª Ley de Kirchhoff (Ley de Nudos)

La suma algebraica de las intensidades de corriente que entran o salen de un nodo es igual a cero.

$$\sum I = 0$$ (Ejemplo: $$I_1 - I_2 - I_3 = 0$$)

2ª Ley de Kirchhoff (Ley de Mallas)

La suma algebraica de los productos de la intensidad por la resistencia ($$I \cdot R$$) en una malla es igual a la suma algebraica de las fuerzas electromotrices (FEM) presentes en esa malla.

$$\sum (I \cdot R) = \sum E$$