Fundamentos de Electricidad: Dispositivos, Generadores y Medición

Tecnologías de Iluminación

Bombillas Incandescentes

Las bombillas incandescentes son poco eficientes (15% de rendimiento). Utilizan un filamento de wolframio a 220 V y alcanzan temperaturas muy elevadas; por ello, el bulbo es de gran tamaño para alejar el vidrio del calor. Presentan muchas pérdidas energéticas y, para evitar que el filamento se evapore, se realiza el vacío rellenándolo con un gas inerte como el neón.

Lámparas Halógenas

La lámpara halógena es mucho más eficiente. Funciona con un filamento a 12 V (requiere un transformador de bajada de 220 V a 12 V) y opera a temperaturas más bajas. Están rellenas de gas halógeno, el cual reacciona con el filamento logrando un equilibrio que mejora notablemente el rendimiento.

Sistemas de Generación y Energía

Baterías de Ácido-Plomo

Una batería húmeda de ácido-plomo transforma energía química en eléctrica. Consta de dos electrodos sumergidos en PbO₂. Al disolverse el PbO₂, se forman iones: PbO₂ → Pb⁴⁺ + 2O²⁻. Los iones O²⁻ se mueven hacia el cátodo (cargado positivamente), donde sueltan su carga de 2 electrones, pasando a O⁰; posteriormente, dos átomos de oxígeno se unen formando una molécula de O₂ que se libera a la atmósfera. Los iones Pb⁴⁺ se mueven hacia el ánodo, donde reciben 4 electrones (carga -4e), pasando a Pb⁰, que se deposita en el fondo. Se desarrolla así una diferencia de potencial (ddp) entre el ánodo y el cátodo.

Fuerza Electromotriz (FEM)

La fuerza electromotriz es la máxima ddp que puede producir un generador entre sus bornes. Decimos "máxima" porque, dependiendo de la resistencia interna r, la tensión real que sale del generador es FEM - I·r. Alternativamente, la FEM es el trabajo realizado por la batería sobre la unidad de carga que la atraviesa, de forma que la energía potencial de los electrones es FEM = W / Δq.

Dinamo

Al girar la espira, se induce el movimiento de los electrones en los extremos, obteniéndose la corriente a través de las escobillas. Los colectores están seccionados por la mitad, lo que permite que la corriente circule siempre en el mismo sentido.

Instrumentación y Medición Eléctrica

Galvanómetro

Es el componente base de los aparatos de medida analógicos como el amperímetro o el voltímetro. Mide la cantidad de corriente que circula por el circuito y es extremadamente sensible (detecta intensidades pequeñas, menores a microamperios). En el campo magnético (B) externo de un electroimán, se coloca una bobina rectangular con N vueltas por la que circula una corriente I. Esta bobina está suspendida dentro del campo magnético de un imán permanente, de modo que el ángulo de giro es proporcional a la corriente que la atraviesa.

Amperímetro

Dispositivo utilizado para medir intensidades de corriente; se coloca siempre en serie. En su interior contiene una resistencia muy pequeña (llamada shunt) en paralelo con la resistencia del galvanómetro. Los amperímetros poseen una resistencia total muy baja (por debajo de 1 ohmio) para no afectar al circuito.

Voltímetro

Instrumento que sirve para medir la ddp entre dos puntos de un circuito eléctrico. Se coloca en paralelo con la resistencia a medir. En su interior, el voltímetro integra un galvanómetro con una resistencia muy grande, de modo que solo una pequeña intensidad pase por él para determinar la tensión.

Óhmetro

Mide la resistencia eléctrica. Se compone de una pequeña batería para aplicar una tensión a la resistencia bajo medida y, mediante un galvanómetro, mide la corriente que circula a través de ella.

Puente de Wheatstone

Se utiliza para medir el valor de una resistencia desconocida (Rx). En el montaje, R₀ es conocida, mientras que R₁ y R₂ son una única resistencia dividida por un cursor móvil. Se desplaza el cursor del galvanómetro (cambiando R₁ y R₂) hasta que la intensidad Ig sea igual a 0 (puente equilibrado). Aplicando las leyes de Kirchhoff, se llega a la fórmula: Rx = R₀ · (R₁ / R₂). Dado que R = ρ · (L / A), la relación queda como Rx = R₀ · (L₁ / L₂). Midiendo las longitudes L₁ y L₂ sobre la regleta del cursor, determinamos el valor de Rx.