Modulo # 2_ Introduccion a la Electricidad

Conceptos básicos de electricidad: 

La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo significado es ‘ámbar’)1 es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación e Informática.2

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:

• Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

• Corriente eléctrica: el flujo de electrones que circula por un conductor en un determinado momento. Se mide en amperios.

• Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

• Potencial eléctrico: es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para atraer una carga positiva unitaria que desde el punto de referencia hasta el punto considerado, va en contra de la fuerza eléctrica y a velocidad constante.

• Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

Iones:

Un ion1(tomado del inglés y este del griego ἰών [ion], «que va»; hasta 2010,2 ión3) es una partícula cargada eléctricamente constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutro. Conceptualmente esto se puede entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo o molécula, se han ganado o perdido electrones;4 este fenómeno se conoce como ionización.

Cuándo un átomo pierde o gana electrones, la especie formada es un ion y lleva una carga eléctrica neta. Como el electrón tiene carga negativa, cuando se añaden uno o más electrones a un átomo eléctricamente neutro, se forma un ion cargado negativamente. Al perder electrones se produce un ion cargado positivamente. El número de protones no cambia cuando un átomo se convierte en un ion.5

Los iones cargados negativamente, producidos por haber más electrones que protones, se conocen como aniones (que son atraídos por el ánodo) y los cargados positivamente, consecuencia de una pérdida de electrones, se conocen como cationes6 (los que son atraídos por el cátodo).

Anión y catión significan:

• Anión ("el que va hacia arriba") tiene carga eléctrica negativa.

• Catión ("el que va hacia abajo") tiene carga eléctrica positiva.

Unas definiciones más formales son:7 Un catión es una especie monoatómica o poliatómica que tiene una o más cargas elementales del protón. Un anión es una especie monoatómica o poliatómica que tiene una o más cargas elementales del electrón.

Ánodo y cátodo utilizan el sufijo '-odo', del griego odos (-οδος), que significa camino o vía.

• Ánodo: ("camino ascendente de la corriente eléctrica")".8 Es el lugar dónde se produce la reacción de oxidación, que provoca un aumento del estado de oxidación.

• Cátodo: ("camino descendente de la corriente eléctrica")". Es el lugar dónde se produce la reacción de reducción que provoca una disminución del estado de oxidación.

Un ion conformado por un solo átomo se denomina ion monoatómico, a diferencia de uno conformado por dos o más átomos, que se denomina ion poliatómico.

Atracción de iones: Enlace iónico es la atracción entre iones con carga positiva y negativa. Estos iones con carga opuesta se atraen entre sí para formar redes iónicas (o retículas ). La electrostática explica por qué sucede esto: las cargas opuestas se atraen y las cargas similares se repelen. Cuando muchos iones se atraen entre sí, forman grandes redes de cristal ordenadas en las que cada ión está rodeado por iones de la carga opuesta. En general, cuando los metales reaccionan con los no metales, los electrones se transfieren de los metales a los no metales. Los metales forman iones cargados positivamente y los no metales forman iones cargados negativamente.

(O puede que te guste este)

Un enlace iónico o electrovalente1 es el resultado de la presencia de atracción electrostática entre los iones de distinto signo respecto a las valencias de los elementos y el número de electrones que deben perder o ganar para completar las capas, es decir, uno fuertemente electropositivo y otro fuertemente electronegativo.2 Eso se da cuando en el enlace, uno de los átomos capta electrones del otro. La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un compuesto químico simple, aquí no se fusionan; sino que uno da y otro recibe. Para que un enlace iónico se genere es necesario que la diferencia (delta) de electronegatividades sea mayor que 1,7 o igual. (Escala de Pauling).3

Cabe resaltar que ningún enlace es totalmente iónico, siempre habrá una contribución en el enlace que se le pueda atribuir a la compartición de los electrones en el mismo enlace (covalencia).4 El modelo del enlace iónico es una exageración que resulta conveniente ya que muchos datos termodinámicos se pueden obtener con muy buena precisión si se piensa que los átomos son iones y no hay compartición de electrones

Dado que los elementos implicados tienen elevadas diferencias de electronegatividad, este enlace suele darse entre un compuesto metálico y uno no metálico.5 Se produce una transferencia electrónica total de un átomo6 a otro formándose iones de diferente signo. El metal dona uno o más electrones formando iones con carga positiva o cationes con una configuración electrónica estable.7 Estos electrones luego ingresan en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anión, que también tiene configuración electrónica estable. Son estables pues ambos, según la regla del octeto o por la estructura de Lewis adquieren 8 electrones en su capa más exterior (capa de valencia), aunque esto no es del todo cierto ya que contamos con varias excepciones, la del hidrógeno (H) que se llega al octeto con dos electrones, el berilio (Be) con 4, el aluminio (Al) y el boro (B) que se rodean de seis (estas últimas dos especies forman aductos ácido-base para llegar al octeto convencional de 8 electrones).

Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por N iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares, como el benceno o el disulfuro de carbono.8

Repulsión de iones:

• Un enlace iónico puede ser modelado en términos de la energía de ionización para producir el ión positivo, la afinidad electrónica asociada con el ión negativo, la energía de disociación de la molécula, el potencial de Coulomb entre los iones, y la fuerza de repulsión que limita la proximidad de acercamiento de los iones. Esta fuerza de repulsión se suele llamar repulsión de Pauli. El balance de energía de todos estos términos se puede escribir en la forma

• Los datos medidos sobre las moléculas diatómicas iónicas nos permiten obtener la energía de la fuerza de repulsión de Pauli en la separación de equilibrio. Está modelado arriba con dos parámetros, C, y uno que puede ser ajustado para calcular los datos. Esta fuerza de repulsión es más que una repulsión electrostática entre las nubes de electrones de los dos átomos. Tiene un carácter mecánico cuántico basado en el principio de exclusión de Pauli, llamado a menudo simplemente "repulsión por el principio de exclusión". Cuando los iones están muy separados, las funciones de onda de sus principales electrones no se superponen de manera significativa, y pueden tener idénticos números cuánticos. A medida que se acerca, la creciente superposición de las funciones de onda hace que algunos se vean obligados a estados de energía más altos. No hay dos electrones que puedan ocupar el mismo estado, de manera que el nuevo conjunto de estados de energía está formado por un sistema de dos núcleos, los estados de menor energía se llenan y algunos de los electrones son empujados a estados superiores. Esto requiere energía y es experimentado como una repulsión, impidiendo que los iones se acerquen mas el uno al otro. La naturaleza del término de la repulsión de Pauli para el cloruro de sodio se muestra a continuación en el diagrama de energía.

O este: 

Aislantes:

Un aislante eléctrico es un material cuyas cargas eléctricas internas no pueden moverse causando una escasa magnitud de corriente bajo la influencia de un campo eléctrico, a diferencia de los materiales conductores y semiconductores, que conducen fácilmente una corriente eléctrica. La característica fundamental que distingue a los materiales aislantes es su alta resistividad comparada con los semiconductores y conductores.

El aislamiento eléctrico perfecto no existe; incluso el mejor aislamiento contiene pequeños portadores móviles (portadores de carga), capaces de transportar corriente. Por lo cual, cualquier tipo de aislamiento se vuelve conductor cuando se le aplica una tensión lo suficientemente alta como para que dispare electrones de los átomos que constituyen el material. Este valor se conoce como tensión de ruptura de un aislamiento. Comúnmente se atribuye como buen Aislante el vidrio, el papel y el teflón, los cuales cuentan con una alta resistividad. Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector). Un ejemplo de estos materiales son los polímeros similares al caucho, y la mayoría de plásticos que pueden ser de naturaleza termoestable o termoplástica.

El aislamiento se usa ampliamente en equipos eléctricos para separar conductores eléctricos y evitar que fluya corriente eléctrica entre ellos. El aislamiento se usa también para cubrir los cables eléctricos. Existen distintos niveles de aislamiento para cables eléctricos, en baja tensión los dos más comunes son 450/750 V y 0.6/1 kV.1 El término aislador se refiere específicamente a los soportes aislantes usados para fijar las líneas de transmisión o de distribución a postes y torres de transmisión. Los aisladores soportan el peso de las líneas y evitan que fluya corriente a través de estas hacia la estructura que las soporta.

 Conductores:

Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de la carga eléctrica. Sus átomos se caracterizan por tener pocos electrones en su capa de valencia, por lo que no se necesita mucha energía para que estos salten de un átomo a otro.

circulación de los electrones por un conductor:

Una corriente eléctrica es un movimiento ordenado de cargas libres, normalmente de electrones, a través de un material conductor en un circuito eléctrico.

Dependiendo de cómo sea este movimiento podemos distinguir entre corriente continua (CC) y corriente alterna (CA).

Componentes de un circuito, circuito básico:

Simplificando mucho el significado, podemos decir que un Circuito Eléctrico es un camino cerrado por donde circulan electrones.

Ese camino es el que llamamos instalación eléctrica de media, baja o alta tensión, y estará formado por diversos componentes eléctricos como los que vamos a describir más adelante.

Un circuito eléctrico puede ser tan sencillo como una bombilla LED conectada a una pequeña batería.

La finalidad de un Circuito eléctrico es transformar la energía eléctrica que producen los electrones que se están moviendo, en una energía diferente y útil para lo que necesitamos, como puede ser iluminación, movimiento mecánico, sonido, etc...

Podemos clasificar los componentes de un circuito eléctrico o instalación eléctrica, en diferentes familias:

• - Generadores: por ejemplo las baterías.

• - Conductores: por ejemplo los cables.

• - Receptores: por ejemplo un motor.

• - Elementos de control: por ejemplo un interruptor.

Por lo tanto un circuito eléctrico o instalación eléctricas un conjunto de elementos que están unidos entre si y permiten una circulación de corriente eléctrica que va desde un inicio, recorre un camino y vuelve a ese mismo punto inicial o de partida. Podemos entrar a definir cada componente de un circuito eléctrico y a detallar con más profundidad sus características:

Los generadores son elementos que impulsan la energía eléctrica a través de todo el circuito eléctrico. Hay muchas clases de generadores, como las dinámos de las bicicletas, las placas solares, la batería de un teléfono móvil o la turbina de una central eléctrica. Sin duda la más utilizada es la batería o pila, que se encarga de transformar energía química en energía eléctrica, y también los dinamos y alternadores que se encargan de transformar energía mecánica en eléctrica.

Los conductores son elementos que transportan la energía eléctrica a través de todo el circuito eléctrico. Incluyen todos aquellos elementos que permiten circular la corriente eléctrica por el circuito eléctrico, partiendo de los generadores hacia los receptores y volviendo al origen. Los más comunes son los cables, que normalmente son de cobre, pero a veces los conductores no son cables y pueden ser pistas de cobre como las que encontramos impresas en las placas electrónicas de los circuitos impresos que conforman un ordenador.

Los receptores son elementos que transforman la energía eléctrica recibida en otro tipo de energía útil. Los receptores pueden ser cualquier aparato que reciba corriente eléctrica y la transforme en algo útil, la bombilla transforma electricidad en luminosidad, el motor eléctrico transforma electricidad en movimiento de rotación, un altavoz transforma electricidad en sonido, etc...

Los elementos de maniobra permiten interactuar y controlar el circuito eléctrico según nuestras necesidades. El más conocido es el interruptor, sirve para realizar operaciones de dejar pasar o no, la corriente eléctrica por toda la instalación eléctrica, su mecanismo es muy sencillo, lo único que hace es enlazar el circuito eléctrico mediante la acción de una pieza mecánica. También se usan mucho los pulsadores, que se utilizan cuando queremos dejar pasar o no corriente eléctrica por el circuito pero en unos instantes determinados y durante un tiempo limitado.

Los elementos de protección se encargan de proteger el circuito eléctrico de forma automática. El elemento de protección por excelencia en una instalación eléctrica es el fusible. El fusible es un hilo conductor fino que está calibrado para que sea la parte más débil de una instalación eléctrica, de esta manera, cuando se produzca un cortocircuito y aumente muchísimo la intensidad eléctrica que pasa por el circuito eléctrico, sea el fusible el primero que se queme y lo haga de una forma controlada sin que produzca un incendio.

Para finalizar, destacar que la representación de un circuito eléctrico real se hace en papel utilizando determinados símbolos estandarizados, a esta representación se le denomina esquema eléctrico.

(Otra definición de componentes de circuito eléctrico):

Un circuito eléctrico es el conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). Los elementos de un circuito eléctrico que se utilizan para conseguirlo son los siguientes: 

• Generador. Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos.

• Conductor. Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador.

• Resistencia eléctrica. Son elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente eléctrica.

• Interruptor. Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones y si está cerrado permite su paso.

circuito básico:

Partes de un Circuito Eléctrico Básico y sus Funciones

Todo circuito eléctrico, independientemente de dónde se encuentre o de lo grande o pequeño que sea, tiene cinco partes básicas. A continuación te mencionaremos la función de cada una de las partes de un circuito eléctrico simple.

• Generadores: Son los que producen la corriente eléctrica. Por ejemplo, Fuentes de Alimentación, Pilas y Baterías.

• Conductores: Es por donde pasa la corriente eléctrica de un elemento a otro en el circuito. Por ejemplo, Cables, Protoboards y Placas de Circuitos Impresos

• Receptores: Son elementos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía. Por ejemplo, Motores, Resistencias, Lámparas, Zumbadores, etc

.

• Elementos de Protección: Son aquellos elementos que protegen a los circuitos y a las personas de corrientes muy elevadas. Por ejemplo, Fusibles, Termo-magnéticos, Diferenciales, Instalaciones de puesta a tierra, etc

.

• Elementos de Control: Permiten o cortan el paso de la corriente eléctrica en un circuito. Por ejemplo, Interruptores, Pulsadores, Conmutadores Unipolar y Bipolar.

Visualiza lo que ocurre cuando enciendes la luz de una habitación. Se trata de un interruptor que «enciende» la luz. Su acción hace que la electricidad fluya (como el agua fluye por una tubería) a través de los cables del sistema eléctrico hasta la bombilla, que convierte la energía eléctrica que viaja por los cables en luz visible. El proceso es esencialmente el mismo para encender un ordenador, o encender un televisor, o proporcionar la energía eléctrica necesaria para arrancar o hacer funcionar cualquier aparto electrico

La tensión eléctrica, medida de tensión eléctrica

La tensión eléctrica o diferencia de potencial (también denominada voltaje)12 es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro.3 Su unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el voltio.

La tensión entre dos puntos   y   es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de dichos puntos   y   en el campo eléctrico, que es un campo conservativo.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico. Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un solo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial se defina como cero.

En muchas ocasiones, se adopta como potencial nulo al de la tierra.

Tipos de tensión eléctrica

La tensión eléctrica se diferencia según su voltaje, dando resultado la baja, media o alta tensión:

• Baja tensión: Se considera baja si la instalación genera electricidad para consumo propio y es receptora de una corriente que no supera 1 kV (1000 voltios).

• Media tensión: Instalación entre 1 kV (1000 voltios) y 36 kV (36.000 voltios).

• Alta tensión: Se divide en diferentes subgrupos como son la tensión de Categoría Especial (superior a 220 kV), 1ª categoría (entre 66 kV y 220 kV), 2ª categoría ( entre 30 kV y 66 Kv); y 3ª categoría (media tensión, ya mencionada).

Medida de tensión eléctrica

La tensión eléctrica es medida con un voltímetro y su unidad en el famoso Sistema Internacional de Unidades (también conocido como SI), es el conocido voltio.

La resistencia eléctrica, medida de la resistencia eléctrica

Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor.12 La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega (Ω), en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.

Medida de la resistencia eléctrica

La resistencia se mide en ohmios, que se simbolizan con la letra griega omega (Ω). Se denominaron ohmios en honor a Georg Simon Ohm (1784-1854), un físico alemán que estudió la relación entre voltaje, corriente y resistencia. Se le atribuye la formulación de la ley de Ohm.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es un fenómeno físico causado por el desplazamiento de una carga (ión o electrón). En el caso de un conductor metálico, son principalmente los electrones los que toman parte en la corriente.

La intensidad de la corriente es la cantidad de carga que pasa por un conductor por unidad de tiempo.

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo normal la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se los ha podido observar libres en la naturaleza.1

Intensidad de corriente:

La corriente eléctrica es la circulación de cargas eléctricas en un circuito eléctrico.

La intensidad de corriente eléctrica(I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica(Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo(t). Para denominar la Intensidad se utiliza la letra I y su unidad es el Amperio(A).

Ejemplo: I=10A

La intensidad de corriente eléctrica viene dada por la siguiente fórmula: 

Donde:

I: Intensidad expresada en Amperios(A)

Q: Carga eléctrica expresada en Culombios(C)

t: Tiempo expresado en segundos(seg.)

Habitualmente en vez de llamarla intensidad de corriente eléctrica, se utilizan indistintamente los términos: intensidad o corriente.

 

Tensión continua Clases de corriente eléctrica.

Básicamente existen dos tipos de corriente eléctrica, la corriente continua y la corriente alterna.

Corriente Continua(C.C. o D.C.): Circula siempre en el mismo sentido y con un valor constante. La producen dínamos, pilas, baterías, acumuladores. Las siglas D.C. vienen de Direct Current en inglés.

 

Tensión alterna Corriente Alterna(C.A. o A.C.): Circula alternativamente en dos sentidos, variando al mismo tiempo su valor. La producen los generadores de C.A. Las siglas A.C. vienen de Altern Current en inglés

.

Medida de la intensidad de la corriente 

La intensidad de corriente en el S.I. es el amperio (A), en honor del físico francés André-Marie Ampère (1775-1836). De esta forma un amperio es la intensidad de corriente que se produce cuando por la sección de un conductor circula una carga de un culombio cada segundo.

 

Al igual que el culombio, el amperio es de una unidad muy grande, por lo que es común utilizar submúltiplos de esta:

• miliamperio. 1 mA = 1•10-3 A

• microamperio. 1 µA = 1•10-6 A

• nanoamperio. 1 nA=1•10-9 A

Para medirla se utiliza un instrumento denominado amperímetro.

Ley deOhm

La ley de Ohm se usa para determinar la relación entre tensión, corriente y resistencia en un circuito eléctrico.

Para los estudiantes de electrónica, la ley de Ohm (E = IR) es tan fundamental como lo es la ecuación de la relatividad de Einstein (E = mc²) para los físicos.

E = I x R

Cuando se enuncia en forma explícita, significa que tensión = corriente x resistencia, o voltios = amperios x ohmios, o V = A x Ω.

La ley de Ohm recibió su nombre en honor al físico alemán Georg Ohm (1789-1854) y aborda las cantidades clave en funcionamiento en los circuitos:

Cantidad	Símbolo de ley de Ohm	Unidad de medida (abreviatura)	Rol en los circuitos	En caso de que se esté preguntando:
Tensión	E	Voltio (V)	Presión que desencadena el flujo del electrones	E = fuerza electromotriz (término de la antigua escuela)
Corriente	I	Amperio (A)	Caudal de electrones	I = intensidad
Resistencia	R	Ohmio (Ω)	Inhibidor de flujo	Ω = Letra griega omega

Si conoce el voltaje (E) y la corriente (I) y quiere conocer la resistencia (R), suprima la R en la pirámide y calcule la ecuación restante (véase la pirámide primera o izquierda de arriba).

Nota: la resistencia no puede medirse en un circuito en funcionamiento. Por lo tanto, para calcularla, la ley de Ohm es muy útil. En lugar de desconectar el circuito para medir la resistencia, un técnico puede determinar la R mediante la variación por sobre la ley de Ohm.

Ahora, si usted conoce el voltaje (E) y la resistencia (R) y quiere conocer la corriente (I), suprima la I y calcule con los dos símbolos restantes (véase la pirámide media anterior).

Y si conoce la corriente (I) y la resistencia (R) y quiere saber el voltaje (E), multiplique las mitades de la parte inferior de la pirámide (véase la tercera pirámide o la ubicada en el extremo derecho arriba).

Pruebe con algunos cálculos de ejemplo basados en un circuito simple de la serie, que incluye una fuente de voltaje (batería) y resistencia (luz). Se conocen dos valores en cada ejemplo. Use la ley de Ohm para calcular el tercero.

Ejemplo 1: se conocen la tensión (E) y la resistencia (R).

¿Cuál es la corriente en el circuito?

I = E/R = 12 V/6 Ω = 2 A

(O Usa esta)

La ley de Ohm establece que la corriente que pasa por los conductores es proporcional al voltaje aplicado en ellos.

El físico alemán Georg Simon Ohm (1787-1854) fue el primero en demostrar experimentalmente la relación entre los conductores eléctricos y su resistencia.

Ohm descubrió al principio del siglo XIX que la corriente a través de un metal era directamente proporcional al voltaje o diferencia de potencial eléctrico por el metal, tal como lo expresa su enunciado. El descubrimiento de Ohm condujo a la idea de la resistencia en los circuitos.

Fórmula de la ley de Ohm

La ley de Ohm expresada en forma de ecuación es

V = RI

• V es el potencial eléctrico en voltios.

• I es la corriente en amperios.

• R es la resistencia en ohms.

Una regla mnemotécnica para recordar la fórmula de Ohm es recordar que Victoria es la Reina de Inglaterra; V=R.I

conceptos claves para entender la ley de Ohm

Para entender la ley de Ohm, necesitamos aclarar los conceptos de carga, corriente y voltaje, así como explicar en qué consisten los conductores, los aislantes y la resistencia eléctrica.

1. Carga

La fuente de todas las cargas eléctricas reside en la estructura atómica. La carga de un electrón es la unidad básica de la carga. La medida para la carga es el coulomb (C) en honor al físico francés Charles Augustin de Coulomb. La carga de un electrón es igual a 1,60 x10-19 C. Esto significa que una carga de 1 C es igual a la carga de 6,25x1018 electrones.

Corriente

La corriente eléctrica es el flujo de carga a través de un conductor por unidad de tiempo. La corriente eléctrica se mide en amperios (A). Un amperio es igual al flujo de 1 coulomb por segundo, es decir, 1A= 1C/s.

Vea también Corriente eléctrica.

Voltaje

La corriente eléctrica que fluye por un conductor depende del potencial eléctrico o voltaje y de la resistencia del conductor al flujo de carga.

La corriente eléctrica es comparable al flujo del agua. La diferencia de la presión de agua en una manguera permite que el agua fluya desde una presión alta a una presión baja. La diferencia de potencial eléctrico medido en voltios permite el flujo de las cargas eléctricas por un cable desde una zona de potencial alto a uno bajo.

La presión del agua se mantiene por una bomba, y la diferencia de potencial para la carga se mantiene por una batería.

 Conductores

Aquellas sustancias por donde las cargas se mueven fácilmente se llaman conductores. Los metales son excelentes conductores debido a la descolocación o movimiento de sus electrones en su estructura cristalina atómica.

Por ejemplo, el cobre, que es usado comúnmente en cables y otros dispositivos eléctricos, contiene once electrones de valencia. Su estructura cristalina consta de doce átomos de cobre unidos a través de sus electrones descolocados. Estos electrones pueden ser considerados como un mar de electrones con la capacidad de migrar por el metal.

• Conductores óhmicos: son aquellos que cumplen la ley de Ohm, es decir, la resistencia es constante a temperatura constante y no dependen de la diferencia de potencial aplicado. Por ejemplo: conductores metálicos.

• Conductores no óhmicos: son aquellos conductores que no siguen la ley de Ohm, es decir, la resistencia varía dependiendo de la diferencia de potencial aplicado. Por ejemplo: ciertos componentes de aparatos electrónicos como computadoras, teléfonos celulares, etc.

 Aislantes

Aquellas sustancias que resisten al movimiento de la carga son llamadas aislantes. Los electrones de valencia de los aislantes, como el agua y la madera, están fuertemente restringidos y no pueden moverse libremente por la sustancia.

Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica es la dificultad con la que las cargas eléctricas fluyen a través de un conductor.

Usando la analogía del agua, la resistencia eléctrica puede ser comparada a la fricción del flujo de agua por un tubo. Un tubo liso y pulido ofrece poca resistencia al paso del agua, mientras que un tubo rugoso y lleno de desperdicios hará que el agua se mueva más lentamente.

La resistencia eléctrica está relacionada con la interacción de los electrones conductores a medida que se mueven de átomo a átomo por el conductor. La resistencia se mide en ohms u ohmios, y se representa con la letra griega omega Ω.

Puntos claves a recordar

• El voltaje mueve la corriente mientras la resistencia la impide.

• La ley de Ohm se refiere a la relación entre voltaje y corriente.

• Circuitos o componentes que obedecen la relación V=IR son conocidos como óhmicos y presentan gráficos corriente-voltaje que son lineales y pasan por el punto cero.

Ejercicios para aplicar la ley de Ohm

Problema 1

Calcule la resistencia eléctrica de un resistor que presenta 10 A de corriente y 200 v de diferencia de potencial.

Respuesta: según la ley de Ohm, la resistencia se calcula a partir de la expresión V=RI, despejando la R tenemos que R=V/I=200 volts/10 A= 20 Ω. La resistencia es igual a 20 Ω.

Tipos de corriente eléctrica

Hay que tener en cuenta que la corriente eléctrica transporta una carga eléctrica por medio del movimiento de los electrones a través de lo que se conoce como "material conductor". De esta forma, el sentido siempre apunta en la dirección que va del campo positivo al negativo, es decir, del mayor hasta el de menor potencial eléctrico. A partir de ese principio, se crea una corriente eléctrica que puede ser de varios tipos.

Corriente continua (CC)

Es conocida también como "corriente directa" y se caracteriza por mantener la carga de voltaje constantemente, de forma que puede ser negativa o positiva. Este tipo de electricidad es la que se produce en la actualidad a través de paneles solares, antes de transformarse en corriente alterna para uso en nuestra casa, o del distribuidor cuando atraviesa sus infraestructuras. Aunque fue el estándar inicialmente utilizado por las primeras ciudades en ofrecer una distribución centralizada de suministro eléctrico, con el paso de los años fue decayendo al presentar mayores pérdidas en la transmisión a largas distancias que, por ejemplo, la corriente alterna (CA).

Corriente alterna (CA)

Sin embargo, y a diferencia de la CC, este tipo de corriente es capaz de cambiar la polaridad de su voltaje, alcanzando máximos negativos y positivos para dibujar un gráfico de onda que llega a ocurrir 50 ó 60 veces por segundo. A esto se le conoce con el nombre de "frecuencia" y se mide en hercios (Hz, un) valor que depende del país y que llegó a condicionar, por ejemplo, los estándares televisivos durante muchos años: NTSC y Pal, por ejemplo.

La razón de que la CA se convirtió en la preferida por los distribuidores de todo el mundo fue por su facilidad para modificar ese voltaje de la corriente que permite a través de un transformador, modificar su intensidad dependiendo del uso que vaya a darse: por ejemplo, elevar la tensión para transportarla en largas distancias a través de líneas de alta tensión, o reducir esa intensidad para hacerla llegar hasta los hogares, empresas, comercios, etc. Su menor coste de instalación también está detrás del éxito que la convirtió en el sistema de distribución más popular en todo el mundo.

Tipos de corriente de varios polos (CA)

Se trata de tipos de corriente alterna que pueden ser de varios polos y que sirven para distribuir la electricidad de formas distintas, dependiendo del uso que vaya a tener. Ahora bien, no todas gozan de la misma popularidad y uso.

Corriente trifásica

Estamos ante un tipo de corriente alterna que se caracteriza por contar con tres corrientes CA de idéntica frecuencia, amplitud y valor, que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120° y que se dan en un orden determinado. Son las preferidas para instalaciones industriales o empresariales.

Corriente monofásica

Recibe el nombre de la corriente que se obtiene de tomar una sola fase de la corriente trifásica junto a un cable neutro. Es el estándar utilizado en España para la generación y transmisión de la electricidad ya que es capaz de facilitar una tensión de 230 voltios, la más apropiada para hacer funcionar la mayoría de nuestros electrodomésticos y sistemas de iluminación de nuestros hogares. De ahí su presencia prácticamente completa en residencias privadas.

Corriente sinusoidal

Se trata de la más importante de las corrientes alternas ya que es la única capaz de pasar a través de resistencias, bobinas y condensadores sin deformarse. Y recibe su nombre porque la forma de su onda sigue la que marca la función matemática SENO.

Corriente cuasiestacionaria

La corriente cuasiestacionaria es un tipo de CA "de cambio relativamente lento, para cuyos valores instantáneos las leyes de corrientes constantes se cumplen con suficiente precisión", lo que provoca que, como en el caso de la corriente continua, tenga la misma intensidad en todas las secciones de un circuito no ramificado.

Corrientes de Focault

Este tipo de corrientes se producen cuando un conducto atraviesa un campo magnético variable, y al revés. Eso provoca la circulación de los electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estos tipos de circuitos circulares crean electroimanes con campos magnéticos que, cuanto más fuertes son, mayor conductividad y velocidad relativa de movimiento alcanzan.