Fundamentos Esenciales de Electricidad: Conceptos, Leyes de Ohm y Kirchhoff

Conceptos Fundamentales de la Electricidad y Circuitos

Definiciones Clave

Corriente Eléctrica: Es el movimiento de carga eléctrica a través de un conductor, desde un punto de mayor potencial hasta un punto de menor potencial.

Generador Eléctrico: Es un dispositivo capaz de transformar la energía química, mecánica o térmica en energía eléctrica, generando la diferencia de potencial necesaria para mantener las cargas en movimiento.

Circuito Eléctrico: Es el recorrido de la electricidad a través de un conductor, desde la fuente de energía hasta su lugar de consumo. Las partes esenciales de un circuito eléctrico son:

1. Fuente de Energía: Pila, batería o enchufe.

2. Conductor: Cable.

3. Fuente de Consumo (Receptor): Bombilla o aparato eléctrico.

4. Interruptor: Dispositivo para abrir o cerrar el circuito.

Receptores: Son los encargados de recibir la energía eléctrica para luego transformarla en otra forma de energía. Ejemplo: Lámpara, timbre, ventilador, etc.

Conductor: Son los encargados de unir el generador con los receptores, transportando la corriente desde el primero hasta el segundo. Los receptores y los conductores constituyen el circuito externo, y el generador constituye el circuito interno.

Instrumentos de Medición Eléctrica

Galvanómetro: Es un instrumento de gran sensibilidad empleado para detectar corrientes eléctricas muy pequeñas.

Amperímetro: Tiene como finalidad medir la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un circuito.

Voltímetro: Mide la diferencia de potencial en los extremos de un circuito.

Ohmímetro: Son instrumentos que tienen como función medir la resistencia de los conductores directamente mediante una escala.

Magnitudes Físicas y Potencial

Intensidad de Corriente Eléctrica (I)

Es la cantidad de carga ($q$) que atraviesa la sección transversal del conductor en la unidad de tiempo ($t$).

Fórmula de Intensidad

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

Donde: I: Intensidad; q: Carga que atraviesa el conductor; t: Tiempo que tarda en pasar la carga.

Un Amperio (A): Es la corriente que circula cuando por la sección transversal del conductor atraviesa la carga de 1 culombio (coulomb) en cada segundo.

Campo Eléctrico y Potencial

Campo Eléctrico: Es una región del espacio en la cual se manifiestan fuerzas de atracción o repulsión entre cargas.

Diferencia de Potencial (V) entre dos puntos de un campo eléctrico: Es el trabajo que se debe realizar para trasladar la unidad de carga entre dichos puntos.

Fórmula de Diferencia de Potencial

$$V = \frac{T}{q}$$

Donde: V: Diferencia de potencial; T: Trabajo; q: Carga.

Un Voltio (V): Es la diferencia de potencial originada entre dos puntos del campo eléctrico, cuando un agente externo realiza el trabajo de un julio (joule) para trasladar la carga de un culombio (coulomb) entre dichos puntos.

Ley de Ohm y Tipos de Circuitos

Ecuaciones Fundamentales de la Ley de Ohm

$$R = \frac{V}{I} \quad ; \quad I = \frac{V}{R} \quad ; \quad V = I \cdot R \quad ; \quad P = V \cdot I$$

Donde: V: Tensión; I: Corriente; R: Resistencia; P: Potencia.

Tipos de Conexiones

Circuito en Serie (Circuito Múltiple): Es cuando las resistencias que lo constituyen están unidas de tal forma que el final de una empalma con el inicio de la siguiente.

Circuito en Paralelo: La intensidad de la corriente general es igual a la suma de las intensidades de corriente en cada rama.

Leyes de Kirchhoff para Redes Eléctricas

Cuando en un circuito intervienen dos o más fuentes de corriente, además de ramificaciones, estamos en presencia de una red eléctrica.

Elementos de una Red Eléctrica

Nodo o Nudo: Es un punto de ramificación donde convergen dos o más corrientes.

Ramas o Conductores: Son las porciones comprendidas entre dos nodos consecutivos o por donde circula una misma corriente.

Malla: Es la porción de un circuito cerrado que se inicia en un nodo y termina en el mismo nodo.

Postulados de Kirchhoff

Primera Ley de Kirchhoff (Ley de Nudos): La suma algebraica de las intensidades de la corriente que llegan y salen de un nodo es igual a cero.

Segunda Ley de Kirchhoff (Ley de Mallas): En todo circuito cerrado, la suma algebraica de los productos $I \cdot R$ (caídas de tensión) es igual a la suma algebraica de las fuerzas electromotrices (FEM).