Fundamentos de la Electricidad: Materia, Cargas y Circuitos Eléctricos

¿Qué es la Electricidad?

La **electricidad** es un tipo de energía que, como tal, no se puede crear ni destruir, pero sí que se puede transformar en otras formas de energía. Para obtener electricidad, transformamos otras energías. Para que cualquier tipo de energía desarrolle un trabajo, debe haber movimiento.

La Materia, el Electrón y la Electricidad

Estructura de la Materia (Átomo)

Las partículas fundamentales que componen la materia son:

• Núcleo (esencialmente la masa del átomo):
  • Neutrones
  • Protones
• Órbita:
  • Electrones

Tanto los electrones como los protones poseen carga eléctrica:

• Protones: carga positiva.
• Electrones: carga negativa.

La última capa de electrones que tiene un átomo se denomina la capa de valencia. Los electrones tienen tendencia a completar su última capa.

Ejemplo de Conductividad en el Cobre

El Cobre tiene 29 electrones (configuración: 2+8+18+1). Su última capa solo tiene un electrón, el cual pierde con facilidad. Como este electrón libre pasa a otro átomo con facilidad, el cobre es un muy buen conductor eléctrico.

Circuitos Eléctricos: Conductores, Semiconductores y Aislantes

La capacidad de un material para transmitir electricidad se clasifica según su conductividad:

• Conductores: Principalmente los metales.
• Aislantes: Como el vidrio, el plástico, etc.
• Semiconductores: El silicio y el germanio son ejemplos clave.

Definiciones Clave

• Conductividad: Propiedad natural de los cuerpos que consiste en transmitir el calor o la electricidad.
• Semiconductores: Materiales que a veces conducen electricidad y a veces no (son intermedios entre conductor y aislante).

Que un cuerpo o materia sea conductor, aislante o semiconductor depende del tipo de enlace químico:

• Iónico: Generalmente no conduce $\rightarrow$ aislante (Ejemplo: $\text{Na}^+\text{Cl}^-$).
• Covalente: Conduce poco $\rightarrow$ semiconductor (Ejemplo: $\text{C}_2\text{H}_4$ o plástico).
• Metálico: Conduce bien $\rightarrow$ conductor.

Tipos de Corriente Eléctrica

Existen dos formas principales en que los electrones se mueven:

• Corriente Continua (CC): Los electrones van siempre en el mismo sentido.
• Corriente Alterna (CA): Los electrones cambian de sentido constantemente.

Electricidad Estática vs. Dinámica

Electricidad Estática (Coulomb)

• Significado: Se refiere a las cargas quietas, que no se mueven.
• Ejemplo: Globo frotado que se pega al pelo.

Electricidad Dinámica (Intensidad)

• Significado: Se refiere a las cargas en movimiento $\rightarrow$ corriente eléctrica. La intensidad mide cuántas cargas pasan por un punto.
• Ejemplo: Lámpara encendida.

Cargas Eléctricas

• Carga eléctrica positiva: Falta de electrones.
• Carga eléctrica negativa: Exceso de electrones.

La unidad de carga del Sistema Internacional (SI) es el Coulomb (C). Un coulomb equivale a $6.3 \times 10^{18}$ electrones.

Campo Eléctrico y Potencial

Campo eléctrico: Es la zona alrededor de una carga donde esta puede atraer o repeler a otras cargas.

Si colocas una carga positiva $\text{A}(+)$ cerca de una negativa $\text{B}(-)$:

• La carga positiva atrae a la negativa.
• La carga negativa atrae a la positiva.
• El espacio entre ellas está afectado por estas fuerzas; esto es el campo eléctrico.

Intensidad del campo eléctrico: Es la fuerza que el campo ejerce sobre una carga unitaria en un punto específico.

Potencial eléctrico (U): Es la energía que necesita una carga para moverse dentro del campo. Se define como el trabajo ($T$) necesario para mover una carga ($q$) de un punto a otro: $U = T/q$.

Parámetros de la Corriente Eléctrica

Tipos de Corriente (Revisión)

• Corriente Continua (CC): La electricidad va siempre en la misma dirección (Ejemplo: pilas, baterías).
• Corriente Alterna (CA): La electricidad cambia de dirección constantemente (Ejemplo: enchufes de casa).
• Corriente Continua Pulsante: Es continua, pero fluye a golpes o pulsos, no de manera suave (Ejemplo: algunos cargadores antiguos o fuentes rectificadas sin filtrar).

Voltaje y Tensión

VOLTAJE: Es la “fuerza” con la que circula la electricidad. Su unidad es el voltio (V) y se mide con el voltímetro.

Tensión: Es la “fuerza” que empuja a los electrones para que circule la corriente eléctrica (sinónimo de voltaje en este contexto).

Resistencia

La resistencia es la oposición que frena el paso de la electricidad. Se mide en ohmios ($\Omega$) usando un ohmímetro.