Principios Básicos de la Electricidad y sus Aplicaciones

Conceptos Clave de Electricidad

Electricidad

Movimiento e interacción entre cargas positivas y negativas.

Cargas Eléctricas

Propiedad de la materia presente en las partículas subatómicas, que se evidencia por fuerzas de atracción o repulsión.

Leyes Fundamentales de las Cargas Eléctricas

• Ley de la Conservación: Las cargas eléctricas no se crean ni se destruyen, solo se transfieren de un objeto a otro.
• Ley de Atracción y Repulsión: Cargas con signos iguales se repelen y cargas con signos diferentes se atraen.

Ley de Coulomb

Rige la magnitud de la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales.

Campo Eléctrico y Magnético

Campo Eléctrico

Campo físico que interactúa con cargas eléctricas.

Campo Magnético

Teoría que explica las fuerzas que aparecen entre corrientes eléctricas.

El campo eléctrico solo existe si hay cargas eléctricas. El campo magnético existe cuando las cargas están en movimiento, es decir, cuando hay un flujo de corrientes eléctricas.

Partículas Fundamentales y Fenómenos Eléctricos

Átomo

Unidad básica de la materia, con un núcleo formado por protones y neutrones, rodeado por electrones.

Electrón

Partícula subatómica con carga negativa (-1) y masa despreciable en comparación con protones y neutrones.

Protón

Partícula subatómica localizada en el núcleo del átomo, con carga positiva (+1) y masa unitaria.

Neutrón

Partícula subatómica localizada en el núcleo del átomo, sin carga eléctrica y con masa unitaria.

Formas de Generar Energía Eléctrica

• Contacto

  Generación de energía por contacto directo entre conductores (ejemplo: cargar un teléfono celular).

• Inducción

  Generación de energía de forma inalámbrica mediante campos magnéticos variables.

• Rozamiento (Fricción)

  Generación de electricidad estática por el roce entre dos materiales (ejemplo: frotar un globo con el pelo).

Tipos de Materiales Eléctricos

• Aislante

  Material que no permite el paso de las cargas eléctricas (ejemplos: hule, madera, plástico).

• Semiconductor

  Material que presenta una oposición intermedia al paso de las cargas eléctricas, cuya conductividad puede variar (ejemplos: silicio, germanio, zinc).

• Conductor

  Material que permite el libre paso de las cargas eléctricas (ejemplos: hierro, cobre, agua con sales).

Tipos de Corriente Eléctrica

• Corriente Alterna (CA)

  Corriente cuyo sentido y magnitud varían periódicamente (ejemplo: la electricidad que llega a los enchufes desde la red eléctrica).

• Corriente Continua (CC)

  Corriente cuyo sentido es constante (ejemplo: la electricidad utilizada en dispositivos electrónicos como celulares y laptops, proveniente de baterías).

Tipos de Energía

• Energía Eólica

  Generada por el movimiento del viento que mueve turbinas (bobina giratoria).

• Energía Nuclear

  Generada por la fisión o fusión de núcleos atómicos, liberando calor que produce vapor para mover turbinas. Es una fuente de energía con muy bajas emisiones de carbono.

• Energía Solar

  Generada a partir de la radiación del sol, ya sea mediante paneles fotovoltaicos (electricidad) o colectores térmicos (calor).

• Energía Geotérmica

  Generada a partir del calor interno de la Tierra, utilizando vapor o agua caliente de fuentes como géiseres.

• Energía Hidroeléctrica

  Generada por el movimiento del agua en ríos o embalses que mueve turbinas.

• Energía Hidráulica

  Término general que se refiere a la energía obtenida del movimiento del agua.

• Energía Maremotriz

  Generada a partir del movimiento de las mareas.

Magnetismo

Fenómeno físico por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Históricamente asociado a la piedra magnetita, descubierto en la Antigua Grecia en la región de Magnesia. Se manifiesta por la acumulación de cargas positivas y negativas en polos opuestos, creando el efecto imán.

Leyes y Fórmulas Fundamentales

Ley de Ohm

Determina la relación entre la tensión (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico.

Fórmulas:

• V = I * R
• R = V / I
• I = V / R

Intensidad de un Campo Eléctrico (E)

Fórmulas:

• E = F / Q (Fuerza por unidad de carga)
• F = E * Q (Fuerza ejercida sobre una carga)
• E = K * Q / D² (Campo eléctrico a una distancia D de una carga puntual Q)

Circuitos Eléctricos

Circuito en Serie

Componentes conectados uno detrás de otro, compartiendo la misma corriente. Si un componente se desconecta o falla, el circuito completo se interrumpe.

Fórmulas para un circuito en serie:

• Intensidad Total (I_T) = I₁ = I₂ = I₃ = ...
• Resistencia Total (R_T) = R₁ + R₂ + R₃ + ...
• Voltaje Total (V_T) = V₁ + V₂ + V₃ + ...

Circuito en Paralelo

Componentes conectados en ramas separadas, compartiendo el mismo voltaje. Si un componente se desconecta o falla, los demás componentes en otras ramas siguen funcionando.

Fórmulas para un circuito en paralelo:

• Intensidad Total (I_T) = I₁ + I₂ + I₃ + ...
• Resistencia Total (R_T): 1 / R_T = 1 / R₁ + 1 / R₂ + 1 / R₃ + ...
• Voltaje Total (V_T) = V₁ = V₂ = V₃ = ...