Principios Fundamentales de la Electricidad: Corriente, Resistencia y Circuitos
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Introducción a la Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es un flujo de cargas eléctricas a través de un conductor.
Generación de Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica se puede producir por diversos efectos:
- Por efecto del calor: Efecto termoeléctrico.
- Por efecto de la presión: Efecto piezoeléctrico.
- Por efecto de la luz: Efecto fotoeléctrico.
- Por efecto químico: Pilas y baterías.
- Por efecto magnético: Generadores electromagnéticos.
Clases de Corriente Eléctrica
- Corriente Directa o Continua (CC o DC): Es aquella en la que las cargas eléctricas siempre se mueven en el mismo sentido; es decir, la corriente continua no varía el sentido del movimiento en función del tiempo.
- Corriente Alterna (CA o AC): Es aquella en la que las cargas eléctricas unas veces van en un sentido y otras en sentido contrario, generalmente varias veces por segundo.
Conductores Eléctricos
Un conductor eléctrico es todo cuerpo que permite el paso de la electricidad.
Clases de Conductores
Conductores de Primera Clase (Metálicos)
- Son generalmente metálicos.
- Crean un campo magnético a su alrededor.
- Siempre cumplen la Ley de Ohm.
- No hay transporte de materia.
- Su resistencia aumenta con la temperatura.
- No experimentan cambios químicos en ellos.
Conductores de Segunda Clase (Disoluciones o Electrolíticos)
- Son electrolíticos.
- Crean un campo magnético a su alrededor.
- Generalmente no cumplen la Ley de Ohm.
- Hay transporte de materia.
- Su resistencia disminuye con la temperatura.
- Experimentan cambios químicos en el conductor.
Nota sobre la temperatura y la resistencia: Para la ecuación de las variaciones de la temperatura, la fórmula lleva signo positivo cuando el conductor es metálico y signo negativo cuando es una disolución.
Conceptos Fundamentales de Circuitos Eléctricos
Intensidad de la Corriente Eléctrica
La intensidad de la corriente eléctrica (I) es la carga (Q) que pasa por la sección transversal de un conductor en cada unidad de tiempo (t). Su fórmula es I = Q/t.
Ampere (A)
El Ampere es la unidad de intensidad de la corriente eléctrica. Se define como la intensidad de la corriente cuando por la sección transversal de un conductor pasa la carga de un Coulomb (C) en cada segundo.
Ley de Ohm
Ley de Ohm para una Sección de Circuito
La Ley de Ohm establece que la resistencia (R) de un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial (ddp o V) aplicada a sus extremos e inversamente proporcional a la intensidad de corriente (I) que por él circula. Matemáticamente, se expresa como V = I * R o R = V / I.
Resistencia Eléctrica
La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un conductor al paso de la corriente eléctrica.
Ohm (Ω)
El Ohm es la unidad de resistencia eléctrica. Se define como la resistencia de un conductor que, al aplicarle una diferencia de potencial de 1 Voltio (V), permite el paso de una corriente de intensidad de 1 Ampere (A).
Factores que Influyen en la Resistencia Eléctrica
La resistencia eléctrica de un conductor depende de los siguientes factores:
- La naturaleza del conductor (material).
- La longitud (L) del conductor.
- La sección transversal (A) del conductor.
- La temperatura (T) del conductor.
Resistividad (ρ)
La resistividad es una propiedad intrínseca de un material. Se define como la resistencia que ofrece un alambre de 1 cm de longitud y de 1 cm² de sección recta constante. Es un indicador de cuán fuertemente un material se opone al flujo de corriente eléctrica.
Conductancia (G)
La conductancia de un conductor es el valor inverso de la resistencia (G = 1/R). Mide la facilidad con la que un material permite el paso de la corriente eléctrica.
Fuerza Electromotriz (FEM o ε)
La Fuerza Electromotriz (FEM) es el trabajo que realiza un generador para que la unidad positiva de carga recorra el circuito completo. Es la energía por unidad de carga que el generador proporciona al circuito.
Ley de Ohm para un Circuito Completo
La Ley de Ohm para un circuito completo establece que la intensidad general del circuito es directamente proporcional a la fuerza electromotriz (FEM) del generador e inversamente proporcional a la resistencia total (Rtotal) del circuito. Se expresa como I = FEM / Rtotal.
Energía Eléctrica
La energía eléctrica se mide por el trabajo que realiza la corriente eléctrica al desplazarse entre dos puntos de diferente potencial.
Potencial Eléctrico (V)
El potencial eléctrico en un punto es la energía potencial eléctrica por unidad de carga en ese punto. Es el trabajo necesario para mover una unidad de carga positiva desde un punto de referencia (generalmente el infinito) hasta el punto considerado.
Efecto Joule
El Efecto Joule es el desprendimiento de calor originado por el paso de la corriente a través de un conductor.
Ley de Joule
La Ley de Joule establece que la cantidad de calor (Q) desprendida por una corriente eléctrica que atraviesa un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad (I²), a la resistencia (R) del conductor y al tiempo (t) durante el cual circula la corriente. Se expresa como Q = I² * R * t.
Asociación de Resistencias
Asociación en Serie
En una asociación de resistencias en serie:
- La intensidad total es la misma en cada resistencia.
- La diferencia de potencial (ddp) en los extremos de la conexión es igual a la suma de las ddp de cada resistencia.
- La resistencia equivalente o total (Req) es igual a la suma de las resistencias parciales (Req = R1 + R2 + ... + Rn).
Asociación en Paralelo
En una asociación de resistencias en paralelo:
- La intensidad total es igual a la suma de las intensidades parciales.
- La diferencia de potencial (ddp) en los extremos de la conexión es la misma en cada resistencia.
- El inverso de la resistencia equivalente o total (1/Req) es igual a la suma del inverso de cada una (1/Req = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn).