Fundamentos de Electricidad y Electrónica: Conceptos Esenciales

Conceptos Fundamentales de Electricidad

¿Qué es la Electricidad?

La Electricidad es el movimiento de electrones por un circuito cerrado, desde una carga negativa a una positiva.

Estructura Atómica y Cargas

• Átomo

  La partícula más pequeña en la que puede dividirse un elemento.

• Electrón

  Gira en órbitas externas de manera ordenada, tiene carga negativa y se transmiten la fuerza entre sí. Está en constante movimiento y apenas tiene masa.

• Protón

  Se encuentra en el núcleo y tiene carga positiva. Posee masa.

• Neutrón

  Se encuentra en el núcleo y no tiene carga eléctrica. Posee masa.

Clasificación de Materiales Eléctricos

Los Materiales se clasifican según su capacidad para conducir la electricidad:

• Aislantes

  Cuando un elemento de la tabla periódica tiene todas sus capas electrónicas completas, es un material aislante.

• Conductores

  Si un elemento tiene alguna capa sin llenar, los electrones pueden saltar para llenar otras capas, convirtiéndolos en conductores.

• Semiconductores

  A diferencia de los aislantes y conductores, los materiales semiconductores no tienen el mismo número de protones y electrones, lo que les permite comportarse como aislantes o conductores bajo ciertas condiciones (por ejemplo, variando la temperatura o la tensión).

Tipos de Corriente Eléctrica

Existen dos tipos principales de Corrientes eléctricas:

• Corriente Alterna (CA)

  El sentido de la corriente alterna en cada ciclo, describiendo una forma de onda sinusoidal. No se puede almacenar y se utiliza comúnmente para grandes tensiones y distribución de energía.

• Corriente Continua (CC)

  La corriente fluye de negativo a positivo constantemente en una dirección lineal. Se puede almacenar (por ejemplo, en baterías) y es común en dispositivos electrónicos.

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

Las principales Magnitudes eléctricas son:

• Intensidad

  El número de electrones que circulan por un circuito en un segundo (su velocidad). Se mide en Amperios (A).

• Resistencia

  Es la unidad que mide la dificultad que encuentran los electrones para atravesar un material o circuito. Se mide en Ohmios (Ω).

• Voltaje, Fuerza Electromotriz (FEM), Diferencia de Potencial (DDP) o Tensión

  Es la fuerza que impulsa a los electrones a moverse. También se define como la diferencia de cargas positiva y negativa entre dos puntos. Parte de esta fuerza se pierde al paso por una resistencia. Se mide en Voltios (V).

• Conductividad

  La facilidad con la que un material conduce la electricidad. Ejemplos de materiales con alta conductividad son la Plata, el Cobre y el Oro.

• Resistencia de un Hilo Conductor

  Los hilos conductores presentan una resistencia al paso de la electricidad, que depende de:

  • El material
  • La longitud
  • La sección (área transversal)

• Resistividad Eléctrica

  Es el valor de la resistencia al paso de la corriente eléctrica que presenta un cubo de una determinada sustancia de 1 mm² de sección y 1 metro de longitud.

• Potencia Eléctrica

  La cantidad de energía transferida por unidad de tiempo. Se relaciona con el número de electrones que circulan por un circuito en 1 segundo y la fuerza con la que lo hacen. Se mide en Vatios (W).

• Calor (Efecto Joule)

  Fenómeno por el cual, siempre que los electrones atraviesan un hilo conductor, se genera calor a través de la energía cinética. Se mide en Calorías (cal) o Julios (J).

• Trabajo

  Se mide en Julios (J).

Componentes y Fenómenos Eléctricos Comunes

• Componentes Básicos de un Circuito

  Para un circuito eléctrico, necesitamos una fuente de alimentación que genere la energía, conductores, y un receptor o consumidor. También se utilizan interruptores para controlar el encendido y apagado.

• Ley de Ohm

  Establece la relación entre la tensión (V) aplicada a los terminales de un conductor y la intensidad de corriente (I) que circula por él, considerando la resistencia (R) del circuito. Se expresa como V = I * R. Esta relación se mide típicamente a 20 grados Celsius.

• Cortocircuito

  Ocurre cuando los electrones no encuentran ninguna resistencia significativa a su paso, lo que provoca un aumento drástico de la corriente.

• Derivaciones a Masa

  Se refiere a la conexión accidental de un cable a la masa o chasis, lo que puede causar un cortocircuito o un mal funcionamiento del circuito.

• Cableado Estándar del Automóvil

  • 30: Positivo directo de batería (cable rojo).
  • 15: Positivo con la llave de contacto puesta (cable amarillo).
  • 31: Negativo de batería (cable negro).
  • X o R: Positivo, excepto durante el arranque del motor.

• Fusible

  Elemento de protección del circuito diseñado para prevenir sobrecargas o cortocircuitos. Están fabricados para soportar una intensidad de corriente determinada; cada color corresponde a un límite de intensidad. Cuando la corriente supera este límite, el fusible se destruye por efecto Joule, interrumpiendo el circuito.

• Disyuntores (Interruptores Termomagnéticos)

  Son dispositivos de protección reutilizables, muy adecuados para componentes que pueden sufrir sobrecargas puntuales. Funcionan con dos láminas de distintos materiales que se dilatan por el efecto Joule, abriendo el circuito y protegiéndolo.

• Condensadores

  Dispositivos que sirven para almacenar carga eléctrica (tensión) mientras existe una Diferencia de Potencial (DDP) y liberarla cuando esta ya no existe. Permiten alimentar a los consumos cuando la tensión principal desaparece, hasta que se descargan. Están compuestos por dos placas conductoras separadas por un material dieléctrico (aislante). La capacidad de un condensador depende de la superficie de las placas, la distancia entre ellas y el tipo de material dieléctrico. Se mide en Faradios (F).

• Resistencias Variables

  Son resistencias cuyo valor óhmico puede modificarse. Incluyen:

  • Potenciómetros

    Resistencias variables que no admiten intensidades de paso muy altas, utilizadas para control de tensión o señal.

  • Reóstatos

    Resistencias variables diseñadas para mayores intensidades de paso, utilizadas para control de corriente.

  • Termistores (PTC y NTC)

    • PTC (Positive Temperature Coefficient, +T +R): Su resistencia aumenta con la temperatura.
    • NTC (Negative Temperature Coefficient, +T -R): Su resistencia disminuye con la temperatura.

  • VDR (Voltage Dependent Resistor, +V -R)

    Son resistencias que varían su valor en función del voltaje al que están sometidas.

  • LDR (Light Dependent Resistor, +L -R)

    El valor óhmico de estas resistencias varía en función de la intensidad de la luz a la que están expuestas.