Fundamentos de Electricidad y Electrónica: Conceptos Clave y Componentes

Materia y Átomos

Átomos: Componentes fundamentales de la materia. Tienen un núcleo donde se encuentran los protones (con carga positiva +) y los neutrones (sin carga). Los electrones (con carga negativa -) giran alrededor del núcleo.

• Niveles energéticos: Órbitas definidas alrededor del núcleo donde giran los electrones.
• Corteza: Parte exterior del átomo donde se localizan los electrones.
• En un átomo neutro, la cantidad de electrones es igual a la cantidad de protones.

Ion: Átomo que ha ganado o perdido electrones, adquiriendo carga eléctrica.

• Catión (+): Ion que ha perdido electrones (carga positiva).
• Anión (-): Ion que ha ganado electrones (carga negativa).

Electricidad Básica

Electricidad: Es el flujo de electrones a través de un material conductor, moviéndose desde una zona con exceso de electrones (-) hacia una zona con defecto de electrones (+).

Tipos de Materiales

• Conductores: Materiales que permiten que los electrones fluyan fácilmente. Ejemplos: oro, cobre, platino.
• Semiconductores: Materiales con propiedades de conducción intermedias entre conductores y aislantes. Son la base de la electrónica moderna (ej: diodos, transistores). Ejemplos: silicio (Si), germanio (Ge).
• Aislantes: Materiales que dificultan enormemente el paso de los electrones. Ejemplos: plásticos, vidrio, aire seco, agua destilada.

Unidades de Medida Eléctricas

• Voltaje (V): Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, es la "presión" que impulsa a los electrones. Su unidad es el Voltio (V).
• Intensidad de corriente (I): Cantidad de carga eléctrica (electrones) que pasa por un punto de un conductor en un segundo. Su unidad es el Amperio (A).
• Resistencia (R): Oposición que presenta un material al flujo de la corriente eléctrica. Su unidad es el Ohmio (Ω).
• Potencia eléctrica (P): Rapidez con la que se transfiere o consume la energía eléctrica. Se calcula como P = V * I. Su unidad es el Vatio (W).

Tipos de Corriente

• Corriente Continua (CC): El flujo de electrones ocurre siempre en el mismo sentido y su magnitud es generalmente constante en el tiempo (ej: baterías, pilas).
• Corriente Alterna (CA): El sentido del flujo de electrones cambia periódicamente (ej: la electricidad doméstica, que en muchos lugares cambia 50 o 60 veces por segundo - 50Hz o 60Hz).

Circuitos Eléctricos

Un circuito eléctrico es un camino cerrado por donde puede fluir la corriente eléctrica. Sus componentes básicos son:

• Fuente de alimentación: Suministra la energía eléctrica (ej: batería, enchufe).
• Conductores: Permiten el flujo de la electricidad (ej: cables).
• Carga: Elemento que consume la energía eléctrica para realizar un trabajo (ej: bombilla, motor).
• Interruptor: Dispositivo que permite o interrumpe el paso de la corriente.

Tipos de Circuitos

• Circuito en Serie: Los componentes están conectados uno a continuación del otro, formando un único camino para la corriente. Si un componente falla, todo el circuito deja de funcionar.
• Circuito en Paralelo: Los componentes están conectados en diferentes ramas. La corriente se divide para pasar por cada rama. Si un componente falla, los demás pueden seguir funcionando.
• Circuito Mixto: Combinación de conexiones en serie y en paralelo.

Medición Eléctrica (Tester/Multímetro)

El tester o multímetro es un instrumento que permite medir diferentes magnitudes eléctricas:

• Voltaje (V): Se selecciona la función de voltaje (V CC o V CA). Las puntas de prueba se colocan en paralelo con el componente o sección del circuito a medir (una punta a cada lado).
• Resistencia (Ω): Se selecciona la función de ohmios (Ω). La medición se realiza sin que el circuito esté alimentado y con el componente preferiblemente aislado del circuito. Las puntas se colocan en los extremos del componente.
• Intensidad (A): Se selecciona la función de amperios (A CC o A CA) y se conectan las puntas en los bornes correspondientes (puede haber uno específico para alta corriente). El circuito debe abrirse para insertar el multímetro en serie, de modo que la corriente pase a través de él.

Componentes Electrónicos Básicos

• Inductores (Bobinas): Almacenan energía en forma de campo magnético cuando la corriente eléctrica pasa a través de ellos. Ejemplos: bobinas, transformadores.
• Resistencias: Se oponen al paso de la corriente eléctrica, limitándola o generando calor. Ejemplos: resistencias fijas, potenciómetros, fusibles (que se queman para proteger).
• Capacitores (Condensadores): Almacenan energía en forma de campo eléctrico (acumulan carga eléctrica) para liberarla posteriormente.
• Semiconductores: Componentes basados en materiales como silicio o germanio. Ejemplos: diodos (permiten el paso de corriente en un solo sentido), transistores (amplifican o conmutan señales).
• LED (Diodo Emisor de Luz): Tipo especial de diodo que emite luz cuando la corriente pasa a través de él.

Circuitos Integrados (Chips)

Son pequeñas cápsulas (generalmente de plástico o cerámica) que contienen una gran cantidad de componentes electrónicos miniaturizados (transistores, diodos, resistencias, capacitores) interconectados para realizar una función específica. Ejemplos:

• Microprocesadores
• Memorias:
  • ROM (Read-Only Memory): Memoria de solo lectura.
  • RAM (Random Access Memory): Memoria de acceso aleatorio (lectura y escritura).

Fuente de Alimentación ATX (Computadoras)

Componente esencial en las computadoras de escritorio.

Función

• Transforma la corriente alterna (CA) de la red eléctrica en corriente continua (CC) de diferentes voltajes requeridos por los componentes de la PC.
• Suministra los voltajes necesarios a la placa base, procesador, discos duros, etc.
• Ofrece protección contra sobretensiones y otros problemas del suministro eléctrico.

Características

• Encendido digital (controlado por la placa base).
• Consume una pequeña cantidad de electricidad incluso apagada (estado stand-by o de espera).
• Su funcionamiento puede ser monitoreado o gestionado parcialmente por software.

Partes y Conectores Principales

• Ventilador: Para refrigeración.
• Interruptor de seguridad: Corta completamente la alimentación de CA.
• Conector de alimentación CA: Donde se enchufa el cable de la red eléctrica.
• Selector de voltaje (en algunos modelos): Para ajustar a 110V/220V según la red eléctrica local.
• Conector ATX principal (20/24 pines): Alimenta la placa base.
• Conector ATX 12V / EPS (4/8 pines): Suministra energía adicional al procesador (CPU).
• Conectores SATA Power: Alimentan discos duros (HDD), unidades de estado sólido (SSD) y unidades ópticas (CD/DVD/Blu-ray).
• Conectores Molex (4 pines): Alimentaban dispositivos más antiguos (discos duros IDE, unidades ópticas, ventiladores).
• Conector Berg (4 pines pequeños): Alimentaba las antiguas disqueteras (Floppy Disk Drive - FDD).

Conceptos Adicionales de Electricidad

Cálculo de Potencia (Ley de Watt)

Relaciona potencia, voltaje e intensidad.

Fórmula: Potencia (W) = Voltaje (V) × Intensidad (A) → W = V × A

Ejemplo de problema: Si un dispositivo funciona a V = 127V y consume P = 400W, ¿cuál es la intensidad?

Solución: Despejando la intensidad: A = W / V → A = 400W / 127V ≈ 3.15 A

Origen de la Corriente Eléctrica

Se produce cuando los electrones se liberan de sus átomos y se mueven de forma ordenada. Los electrones de valencia (los que están en la capa más externa del átomo) son los que se liberan más fácilmente porque están más alejados del núcleo y tienen un nivel de energía más alto.

Voltaje Producido por Calor (Efecto Termoeléctrico / Seebeck)

Cuando la unión de dos metales distintos se calienta, se genera una diferencia de potencial (voltaje) entre los extremos no unidos. Esto provoca que los electrones libres viajen de un metal al otro, produciendo una pequeña corriente eléctrica. Este principio se usa en los termopares para medir temperatura.

Intensidad de Corriente y Carga Eléctrica

• Coulomb (C): Es la unidad de medida de la carga eléctrica. Representa la cantidad de carga transportada por una corriente de 1 amperio durante 1 segundo.
• Un Coulomb equivale a la carga de aproximadamente 6.24 x 10¹⁸ electrones.
• Amperio (A): Es la unidad de intensidad de corriente. 1 Amperio significa que 1 Coulomb de carga pasa por un punto del circuito cada segundo (1 A = 1 C/s).

Diferencia de Potencial y Fuerza Electromotriz (FEM)

• Diferencia de Potencial (Voltaje): Es la diferencia en el nivel de carga eléctrica entre dos puntos. Es necesaria para que los electrones fluyan (haya corriente). Si las cargas son iguales en ambos puntos, no hay flujo.
• Fuerza Electromotriz (FEM): Es la causa que origina y mantiene la diferencia de potencial en un circuito. Es la energía por unidad de carga que suministra una fuente (como una batería o un generador) para impulsar a los electrones. También se mide en Voltios (V).

Resistencia Eléctrica y Ley de Ohm

Resistencia Eléctrica (R): Es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica.

Ley de Ohm: Establece la relación fundamental entre voltaje (V), intensidad (I) y resistencia (R) en muchos materiales:

• V = I × R (Voltaje es igual a Intensidad por Resistencia)
• I = V / R (Intensidad es igual a Voltaje sobre Resistencia)
• R = V / I (Resistencia es igual a Voltaje sobre Intensidad)