1.- Energía eléctrica :
Por definición la energía eléctrica es una forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente electrica entre ambos, cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico, y obtener trabajo.
La energía eléctrica se produce por el movimiento de cargas eléctricas, específicamente electrones (cargas negativas que giran alrededor del núcleo de los átomos) a través de un cable conductor.Cada vez que se acciona un interruptor, se genera un movimiento de millones de electrones, los que circulan a través de un cable conductor metálico. Las cargas que se desplazan forman parte de los átomos que conforman el cable conductor. Los electrones se mueven desde el enchufe al aparato eléctrico -ya sea lavadora, radio, televisión, etcétera- lo que produce un tránsito de energía entre estos dos puntos.
La electricidad es una forma de energía que sólo se percibe por sus efectos, y los mismos son posibles debido a dos factores: la Tensión y la Corriente eléctrica.
Decíamos anteriormente que la tensión eléctrica produce un movimiento de los electrones en forma ordenada, dando origen a la corriente eléctrica. Con esa corriente una lámpara se enciende y produce calor con una cierta intensidad. Esa intensidad de luz y calor son los efectos que percibimos al transformarse la potencia eléctrica en potencia luminosa (luz) y potencia térmica (calor). Cómo conclusión podemos decir que para haber potencia eléctrica debe haber tensión y corriente eléctrica.
2.- Circuito eléctrico :
Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos unidos entre sí de forma que pueda fluir una corriente eléctrica.
3.- Corriente eléctrica :
La corriente eléctrica o intensidad se define como el flujo de carga a través de un conductor eléctrico. Cantidad de carga que circula por un conductor por unidad de tiempo.
I = Q/t
Para comprender esta definición se necesita introducir una serie de conceptos. En primer lugar hay que tener claro el concepto de carga.
La carga, al igual que la masa, longitud y tiempo, es una propiedad de la materia.
La unidad de carga eléctrica es el coulomb, que es la cantidad de electricidad que pasa en un segundo por cualquier punto de un circuito por el que fluye una corriente de 1 amperio.
La física elemental establece que toda materia está formada por átomos, y que cada uno de ellos está compuesto por electrones, protones y neutrones. Por otro lado, la carga de un electrón es negativa (por convención) y de valor −1.602⋅10−19C y la del protón es positiva de la misma magnitud. De esta forma, un átomo con igual número de electrones y de protones tiene carga neutra, mientras que si el número de electrones es mayor que el de protones está cargado negativamente.
Por otra parte, un conductor eléctrico posee electrones capaces de moverse a lo largo del conductor como respuesta a una fuerza electromotriz. Cuando en un conductor aplicamos un campo eléctrico las cargas son obligadas a moverse (sufren la acción de una fuerza por unidad de carga).
El movimiento de cargas forma una corriente eléctrica, es decir, el movimiento ordenado de los electrones libres dentro de los cables, provocado por la acción de la tensión, forma una corriente de electrones.
Es decir, a la cantidad de corriente que circula por un conductor se le llama intensidad.La unidad de intensidad de corriente en el Sistema Internacional de unidades es el amperio (A).
Como convención, se considera el flujo de corriente positivo cuando es opuesto al flujo
de electrones, como puede verse en la figura 1.
Para poder especificar una corriente necesitamos tener una dirección de referencia y un valor numérico, el cual puede ser positivo o negativo. Las direcciones de referencia se indicarán mediante una flecha encima del conductor, como se ve en la figura 2a.
Figura 2
En la figura 2b se expresa la misma corriente de forma diferente, ya que una corriente hacia arriba de -5mA es igual a una hacia abajo de -5mA. La "corriente física" es, por definición positiva, y por tanto la corriente física (real) en la figura anterior va hacia abajo.
Antes de comenzar el análisis de cualquier circuito, se debe de asignar las intensidades de referencia como primer paso para la resolución del circuito. Estas direcciones se asignan sin importar la dirección de las "corrientes físicas". Una vez resuelto el circuito, es decir, calculado el valor de sus tensiones e intensidades, el signo marcará el verdadero sentido de la corriente.
4.- Tensión o diferencia de potencial :
La tensión o diferencial de potencial entre dos puntos de un circuito se define como el trabajo necesario para mover una carga unitaria entre dichos puntos. Se mide en Voltios (V). Es decir, en los conductores existen partículas invisibles llamadas electrones libres que están en constante movimiento en forma desordenada. Para que estos electrones libres pasen a tener un movimiento ordenado es necesario ejercer una fuerza que los mueva. Esta fuerza recibe el nombre de tensión eléctrica (U).
El voltio (V) es la unidad SI de tensión electrica o diferencia de potencial y se define como la diferencia de potencial que existe entre dos puntos cuando es necesario realizar un trabajo de 1 julio para mover una carga de 1 culombio de un punto a otro.
Tanto el trabajo como la carga pueden ser positivos o negativos, por tanto, la tensión será una magnitud con signo, por ello será necesario especificar dos puntos y un valor numérico, tal como puede verse en la figura anterior en 3a. Los signos + y - se utilizan para definir la dirección de referencia. En la figura 3b se representa otra forma de especificar la misma tensión. Al igual que con la intensidad, antes de resolver un circuito, hay que definir las referencias de tensión, y una vez resuleto, los signos de los valores numéricos determinan completamente la tensión entre los dos puntos.
Analogía hidráulica:
Normalmente los conceptoseléctricos suelen sebastantes difíciles de comprender. Para comprenderlos mejor se puede asimilar un circuito eléctrico a un circuito hidráulico, mucho más intuitivo.
Corriente : Un flujo de agua en una cañeria se mide por la cantidad de agua que sale por ella en un segundo. Se dice que esta corriente tiene X litros de agua por segundo (l/s) . Del mismo modo, una corriente eléctrica se mide por la cantidad de corriente que pasa a lo largo de un conductor por segundo. Se dice que esta corriente mide X coulomb por segundo. Asi como un litro es una cantidad de agua, un coulomb (C) es una cantidad de electricidad.
El equivalente del caudal de agua es la intensidad de corriente, que nos mide la cantidad de carga eléctrica que pasa por una sección del circuito cada segundo. Su unidad es el amperio que podemos considerar como el paso de un culombio al segundo.
Unidad de cantidad de electricidad, carga eléctrica : Un coulomb (C) es la cantidad de electricidad transportada en 1 segundo por una corriente de intensidad 1 ampere.
La unidad de intensidad de corriente en el Sistema Internacional de unidades es el amperio (A).
Así se evita repetir la palabra segundo, ya que el amperio está comprendido el concepto de tiempo. Esto quiere decir, que 8 culombios por segundo es lo mismo que decir 8 amperios.
Tensión : El número de litros de agua que salen por segundo depende en gran medida de la presión. Esta presión se mide en Kg por cm2. El nuúmero de amperios que pasan por un conductor depende parcialmente de la tensión a que está sometida la electricidad. La unidad de tensión eléctrica es el voltio.
Para hacer pasar una misma cantidad de agua por una cañeria de poco diámetro interior se necesita mayor presión de agua que para hacerla pasar por una cañeria más ancha. Del mismo modo, se necesita una tensión mayor para lograr que la corriente eléctrica pase por un conductor delgado que por uno grueso.
Según esto, en la figura 4 vemos la presencia de dos elementos acumuladores de energía. Los depoósitos tienen acumuladas dos alturas de agua, H1 y H2, que tienden a empujar una corriente de agua a salir de ellos. Al final el agua fluirá en un sentido dependiendo de que un elemento tenga más energía acumulada (en este caso desde el depósito con altura H1 al depósito con altura H2).
En este ejemplo podemos asimilar la carga (medida en C, Culombio) con el agua (medida en l, litro). La cantidad que pasa por la tubería, litros por segundo (l/s) se puede identificar con la intensidad eléctrica.
La tensión sería similar a la diferemcia de energía potencial almacenada en cada uno de los dpósitos (proporcional a la altura). En este caso el flujo de agua o intensidad irá del depósito con altura H1 al depósito con altura H2. Sin embargo, podemos ver que la diferencia de altura (al igual que tensión eléctrica) implica una potencialidad, es decir, si se cierra la válvula dejará de producirse el flujo de agua.
5.- Resistencia :
La resistencia mide la oposición del conductor al paso de la corriente. Es decir, la resistencia es la oposición que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica, también se puede expresar como la dificultad que encuentran los electrones para desplazarse.Su unidad se llama ohmio. Todos los componentes de un circuito eléctrico exhiben en mayor o menor medida una cierta resistencia, capacitancia e inductancia.
La unidad de resistencia comúnmente usada es el ohmio (
), que es la resistencia de un conductor en el que una diferencia de potencial de 1 voltio produce una corriente de 1 amperio.Unidad de resistencia eléctrica Un ohm (W) es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 volt aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 ampere, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor.
Hemos visto que en el circuito hidráulico y en el eléctrico cambia el caudal (o la intensidad) si varía la sección de la tubería (o del conductor).
Para comprender qué es la resistencia, hemos de imaginarnos orificios de tamaños diferentes y acoplados a tuberias de diferentes longitudes, cuando más pequeño sea el orificio, menos cantidad de agua saldra, y cuanto más largo sea también saldra menos cantidad debido a que el roce con las paredes va a hacer qu pierda fuerza.
Estos factores que influyen en el paso de la corriente es lo que se denomina resistencia, su equivalente en el caso de la electricidad son las caracteristicas del cable, cuanto más diámetro tenga y más corto sea, menos resitencia ofrecera y más facilmente pasara la electricidad.
Por norma general:
- Un conductor presenta menor resistencia cuanto más corto es.
- Un conductor presenta menor resitencia cuanto más sección presenta (mayor diámetro)
- La resistencia en un conductor aumenta al aumentar la temperatura.
- La resistencia en un semiconductor disminuye al aumentar la temperatura
- conductores : no presentan ninguna oposición al paso de la corriente eléctrica o es casi despreciable, como ejemplo tenemos Al, Ag, Cu, y en general todos los metales,
- aislantes : no permiten el flujo de corriente, como ejemplo, tenemos Plástico, cerámica, mica,
- semiconductores : son aislantes en condiciones normales pero pueden ser conductores bajo ciertas condiciones, como ejemplo tenemos el Si, Ge, GaAs y
- resistivos : presentan cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica. Dentro de este último estarían lasresistencias hechas principalmente de Carbón.
Es el trabajo o transferencia de energía realizada en la unidad de tiempo.
La unidad de potencia eléctrica es el vatio (W), y representa la generación o consumo de 1 julio de energía eléctrica por segundo. Un kilovatio es igual a 1.000 vatios.
7.- Relación entre la potencia, la tensión y la corriente eléctrica :
Si disminuimos la tensión la lámpara brilla y calienta menos (menor potencia transformada) y
viceversa, si aumentamos la tensión la lámpara brilla y calienta más.
Por lo tanto, se puede decir que la tensión y la potencia varían entre sí de manera directa. De la
misma forma, si disminuimos la corriente la lámpara también brilla y calienta menos (menor potencia transformada) y si la aumentamos también brilla y calienta más.
O sea que la corriente y la potencia eléctrica varían entre sí de manera directa; esto significa que la potencia varía de forma directa con la tensión y la corriente, pudiéndose decir entonces que:
La potencia eléctrica es el resultado del producto de la tensión por la corriente:
P = U x I
Siendo la unidad de medida de la Tensión (U) el Volt (V) y de la Intensidad de corriente (I) el Ampere (A), la unidad de medida de la potencia será el Volt-Ampere (VA) para circuitos de c.a. y el Watt (W) para circuitos de corriente continua.
En corriente alterna a esa potencia se la denomina potencia aparente; la misma está compuesta por la potencia activa y la potencia reactiva.
Por definición, la potencia activa es la que efectivamente se aprovecha como potencia útil en el eje de un motor, la que se transforma en calor en la resistencia de un calefactor, etc.
Por su parte, la potencia reactiva es la que los campos magnéticos de los motores, de los reactores ó balastos de iluminación etc., intercambian con la red sin significar un consumo de potencia activa en forma directa.
La potencia activa es la efectivamente transformada en:
- Potencia mecánica.
- Potencia térmica.
- Potencia lumínica.
- Motores.
- Transformadores.
- Reactores.
8.-Fórmulas Básicas - Ley de Ohm
- Tensión = Corriente x Resistencia
- U (Volt, V) = I (Ampere, A) x R (ohm, )
- Corriente = Tensión / Resistencia
- I (Ampere, A) = U (Volt, V) / R (ohm, )
- Resistencia = Tensión / Corriente R(ohm, ) =
- U (Volt, V) / I (Ampere, A)
- Potencia = Tensión x Corriente
- P(watt, W) = U (Volt, V) x I (Ampere, A)
P = I2 x R = U2 / R
Donde, la Potencia (P) es igual a ala intensidad de corriente (I) por la Resistencia (R). O también, que la Potencia es igual a la Tensión (U) al cuadrado dividida por la Resistencia (R).
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