¿Que es la electricidad?
La electricidad es un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento y la interacción entre cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos. Es también la rama de la Física que estudia este tipo de fenómenos eléctricos. Comúnmente se habla de electricidad para referirse a la corriente eléctrica.
DEFINICIÓN:Al separar dos átomos (de carga n) considerablemente no interactúan entre sí y sus niveles de energía se pueden considerar casi nulos, o sea, como aislados pero al juntar estos dos átomos, sus órbitas exteriores empezaran a traslaparse y al llegar a una interacción bastante intensa forman dos niveles diferentes (n). Al realizar esto con un gran número de átomos ocurre algo similar. Conforme los átomos se acercan unos a otros, los diversos niveles de energía atómicos empiezan a dividirse. A esta división es a lo que podemos llamar una Banda, y el ancho de esta banda de energía que surge de un nivel de energía atómica particular es independiente del número de átomos en un sólido. El ancho de una banda de energía depende sólo de las interacciones de vecinos cercanos, en tanto que el número de niveles dentro de la banda depende del número total de partículas interactuando.
En otras palabras seria lo mismo decir que los electrones pueden ocupar un número discreto de niveles de energía, pueden tener solamente aquellas energías que caen dentro de las bandas permitidas. La banda donde se mueven normalmente los electrones de valencia se conoce como banda de valencia, y los electrones que se mueven libremente y conducen la corriente se mueven en la banda de conducción.
Conductores:Para los conductores la banda de conducción y la de valencia se traslapan, en este caso, el traslape favorece ya que así los electrones se mueven por toda la banda de conducción.
Aislantes: En este caso las bandas de valencia y conducción se encuentran muy bien separadas lo cual casi impide que los electrones se muevan con mayor libertad y facilidad.
Semiconductores:En el caso de los semiconductores estas dos bandas se encuentran separadas por una brecha muy estrecha y esta pequeña separación hace que sea relativamente fácil moverse, no con una gran libertad pero no les hace imposible el movimiento.
CIRCUITO ELÉCTRICO
Un Circuito Eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí por los que puede circular una corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto cualquier circuito debe permitir el paso de los electrones por su elementos. Aquí nos centraremos en los circuitos eléctricos.
Solo habrá paso de electrones por el circuito si el circuito es un circuito cerrado. Los circuitos eléctricos son circuitos cerrados, aunque podemos abrir el circuito en algún momento para interrumpir el paso de la corriente, mediante un interruptor, pulsador u otro elemento del circuito.
PARTES DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Los elemento básicos de un circuito eléctrico son:
Generador: producen y mantienen la corriente eléctrica. Hay 2 tipos de corrientes corriente continua y alterna (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más sobre c.c. y c.a.)
Pilas y Baterías : son generadores de corriente continua(c.c.)
Alternadores : son generadores de corriente alterna(c.a.)
Conductores : es por donde se mueve la corriente eléctrica de un elemento a otro del circuito. Son de cobre o aluminio, materiales buenos conductores de la electricidad, o lo que es lo mismo que ofrecen muy poca resistencia a que pase la corriente por ellos.
Receptores : son los elementos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía, por ejemplo las bombillas transforma la energía eléctrica en luz, los radiadores en calor, los motores en movimiento, etc.
Elementos de mando o control: permiten dirigir o cortar a voluntad el paso de la corriente eléctrica. Tenemos interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.
Elementos de protección : protegen los circuitos y a las personas cuando hay peligro o la corriente es muy elevada, con riesgo de quemar los elementos del circuito. Tenemos fusibles, magnetotérmicos, diferenciales, etc.
Para simplificar el dibujo de los circuitos eléctricos se utilizan esquemas con símbolos.
Los símbolos representan los elementos del circuito de forma simplificada y fácil de dibujar.
Veamos los símbolos de los elementos más comunes que se usan en los circuitos eléctricos.
TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Dependiendo de cómo se conectan los receptores tenemos varios tipos de circuitos eléctricos diferente:
Circuitos de 1 Receptor
Son aquellos en los que solo se conecta al circuito un solo receptor, lámpara, motor, timbre, etc. Veamos un ejemplo de un circuito con una lámpara:
Características Circuito Un Receptor
El receptor quedará conectado a la misma tensión que el generador, por el receptor circulará una intensidad de corriente igual a la del circuito total y la única resistencia del circuito será la del receptor.
It = I1; Vt = V1; Rt = R1
Circuitos en Serie
Los receptores se conectan una a continuación del otro, el final del primero con el principio del segundo y así sucesivamente. Veamos un ejemplo de dos lámparas en serie:
Características Circuitos en Serie
Este tipo de circuitos tiene la característica de que la intensidad que atraviesa todos los receptores es la misma, igual a la total del circuito. It= I1 = I2.
La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias de los receptores conectados en serie. Rt = R1 + R2.
La tensión total es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los receptores conectados en serie. Vt = V1 + V2.
Podemos conectar 2, 3 o los receptores que queramos en serie.
Si desconectamos un receptor, todos los demás receptores en serie con el, dejarán de funcionar (no puede pasar la corriente).
Circuitos en Paralelo
Son los circuitos en los que los receptores se conectan todas las entradas de los receptores unidas y todas las salidas también se unen por otro lado. Veamos el ejemplo de 2 lámparas en paralelo.
Característica de los Circuitos en Paralelo
Las tensiones de todos los receptores son iguales a la tensión total del circuito. Vt = V1 = V2.
Las suma de cada intensidad que atraviesa cada receptor es la intensidad total del circuito. It = I1 + I2.
La resistencia total del circuito se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2; si despejamos la Rt quedaría:
Rt = 1/(1/R1+1/R2)
Todos los receptores conectados en paralelo quedarán trabajando a la misma tensión que tenga el generador.
Si quitamos un receptor del circuito los otros seguirán funcionando.
Aquí te dejamos un ejemplo de conexión real en serie y en paralelo de 2 bombillas con cables. Fíjate sobre todo en el circuito paralelo que no hace falta hacer ningún empalme en los cables, se unen en los bornes (contactos) de las propias lámparas.
Circuito Mixtos
Son aquellos circuitos eléctricos que combinan serie y paralelo. Lógicamente estos circuitos tendrán más de 2 receptores, ya que si tuvieran 2 estarían en serie o en paralelo. Veamos un ejemplo de un circuito mixto.
En este tipo de circuitos hay que combinar los receptores en serie y en paralelo para calcularlos.
Ley de Ohm y la potencia eléctrica
Normalmente se analiza la Ley de Ohm como una relación entre el voltaje, la corriente y el valor de un resistor. Una forma más completa de expresar la Ley de Ohm es incluyendo la fórmula de potencia eléctrica.
Si se utiliza la conocida fórmula de potencia (con unidad de watts o vatios): P = V x I, potencia = voltaje x corriente, y sus variantes: V = P / I e I = P / V, se obtienen ecuaciones adicionales.
Las nuevas ecuaciones permiten obtener los valores de potencia, voltaje, corriente y resistencia, con sólo dos de las cuatro variables. Sólo se necesita escoger una de las cuatro incógnitas que aparecen en el círculo central y se observan 3 diferentes fórmulas que permiten obtenerla.
Intensidad de Corriente eléctrica.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=10ALa intensidad de corriente eléctrica viene dada por la siguiente fórmula: | |||||
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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.
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RESISTENCIA ELÉCTRICA
Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.
A.- Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece baja resistencia. B.- Electrones fluyendo por un mal conductor.eléctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.
Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DE UN MATERIAL AL PASO DE LA CORRIENTE (I) |
Para calcular la resistencia ( R ) que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, es necesario conocer primero cuál es el coeficiente de resistividad o resistencia específica “
 ” (rho) de dicho material, la longitud que posee y el área de su sección transversal.
A continuación se muestra una tabla donde se puede conocer la resistencia específica en
 · mm2 / m,de algunos materiales, a una temperatura de 20° Celsius. |
Para realizar el cálculo de la resistencia que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, se utiliza la siguiente fórmula:
R = Resistencia del material en ohm ( 
).
).
= Coeficiente de resistividad o resistencia específica del material, a una temperatura dada.
l = Longitud del material en metros.
s = Superficie o área transversal del material en mm2.
VOLTAJE O VOLTIO
Un voltio equivale a la diferencia de potencial que se registra entre dos puntos de un determinado conductor cuando, para llevar de un punto al otro una carga de un coulomb, es necesario llevar a cabo el trabajo de un julio.
Como se puede advertir en la definición mencionada líneas arriba, es necesario conocer varios conceptos para comprender qué es un voltio. El potencial eléctrico es el trabajo que necesita un campo electrostático para transportar una carga positiva entre dos puntos. Un coulomb es una unidad de medida vinculada a la cantidad de carga eléctrica que una cierta corriente transporta en un segundo. Un julio, por otra parte, es una unidad que refiere al trabajo que se requiere para transportar una carga eléctrica de un coulomb.
Hay que tener en cuenta que, cuando dos puntos con una diferencia de potencial se vinculan a través de un conductor, se genera un flujo de electrones. Este proceso de movimiento de cargas es lo que conocemos como corriente eléctrica. Los voltios permiten cuantificar esa diferencia de potencial o tensión eléctrica que se produce.
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.
- El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.
Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.
- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.
Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.
Isótopos
La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se representa con la letra A. Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones.
Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico.
