Conceptos Fundamentales de la Electricidad y sus Aplicaciones
Efecto Fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico es el fenómeno que ocurre cuando un rayo de luz incide sobre la superficie de un metal alcalino, provocando la emisión de electrones. Un dispositivo basado en este principio es la célula fotoeléctrica, capaz de transformar energía radiante en energía eléctrica. Esta célula es el fundamento de instrumentos regulados por luz, como la televisión, el cine y los sistemas de apertura y cierre de puertas eléctricas.
Efecto Piezoeléctrico
El efecto piezoeléctrico se manifiesta cuando aparecen cargas positivas y negativas al comprimir o dilatar ciertos cristales, como el cuarzo. Los generadores que operan bajo este fenómeno se caracterizan porque, al ser sometidos a presiones débiles, originan potenciales pequeños que pueden ser amplificados. Este tipo de generador se utiliza en micrófonos, tocadiscos y estabilizadores de frecuencia.
Intensidad de la Corriente Eléctrica
La intensidad de la corriente eléctrica (I) se define como la cantidad de carga (q) que pasa por una sección transversal de un conductor en una unidad de tiempo (t). Matemáticamente, se expresa como:
Donde:
- I: Intensidad de la corriente.
- q: Carga que pasa por la sección del conductor.
- t: Tiempo que tarda en pasar dicha carga.
Unidades de la Intensidad de Corriente: La unidad de intensidad de corriente es el Amperio (A), que se define como el cociente entre un Coulomb (unidad de carga eléctrica) y un segundo (unidad de tiempo).
Un Amperio representa la corriente que circula cuando por la sección transversal de un conductor atraviesa una carga de 1 Coulomb cada segundo.
Densidad de Corriente
La densidad de corriente (J) es la cantidad de corriente que circula por unidad de área o sección transversal (S) de un conductor. Se relaciona con la intensidad de corriente (I) mediante la siguiente ecuación:
Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es el movimiento ordenado y permanente de partículas cargadas en un conductor, bajo la influencia de un campo eléctrico.
Corriente Convencional
La corriente convencional es una corriente imaginaria, constituida por cargas positivas que se desplazan en sentido opuesto a las cargas negativas (electrones).
Efectos de la Corriente Eléctrica
Efecto Térmico
Se produce cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, provocando que el conductor se caliente. La energía eléctrica se convierte en energía calorífica. Ejemplos: planchas, hornillas eléctricas y calentadores de agua.
Efecto Químico
Ocurre cuando la corriente eléctrica pasa a través de ciertas sustancias, generando cambios químicos en ellas. Por ejemplo, si una corriente atraviesa agua acidulada, esta se descompone en oxígeno e hidrógeno. Las soluciones acuosas conductoras de la corriente se denominan soluciones electrolíticas.
Efecto Magnético
Se manifiesta cuando alrededor de los conductores que transportan corrientes eléctricas se producen campos magnéticos. Si se acerca una aguja magnética a un conductor con corriente, la aguja se desvía bruscamente.
Efecto Lumínico
Se observa al encender una bombilla eléctrica. La energía eléctrica se transforma en energía luminosa.
Fuentes y Generadores de Corriente Eléctrica
Los generadores eléctricos son dispositivos que transforman diferentes formas de energía (química, mecánica, térmica) en energía eléctrica, creando una diferencia de potencial entre dos puntos.
Tipos de Generadores
- Generador Químico (Pila): La diferencia de potencial entre los polos se mantiene gracias a reacciones químicas internas que liberan energía.
- Generadores Magnéticos: Se basan en el principio de inducción electromagnética descubierto por Michael Faraday y Joseph Henry: un campo magnético variable produce un campo eléctrico y, por ende, una corriente.
- Par Termoeléctrico: Transforma calor en energía eléctrica. Se utiliza para medir y regular la temperatura.
Componentes de un Circuito Eléctrico
Los componentes principales de un circuito eléctrico son:
- Generador: Mantiene la diferencia de potencial e impulsa la carga eléctrica a través del circuito.
- Receptores: Reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas de energía (lámparas, motores, etc.).
- Conductor: Une el generador con los receptores, transportando la corriente.
Asociación de Resistencias
En un circuito con resistencias en serie:
- La corriente es la misma en cada resistencia.
- La diferencia de potencial total es la suma de las diferencias de potencial en cada resistencia.
- La resistencia equivalente es la suma de las resistencias individuales.
En un circuito con resistencias en paralelo:
- La diferencia de potencial es la misma en cada resistencia.
- La corriente total es la suma de las corrientes en cada rama.
- El inverso de la resistencia equivalente es igual a la suma de los inversos de las resistencias individuales.
Cuadro Resumen de Asociación de Resistencias
| Magnitud | Serie | Paralelo |
|---|---|---|
| I | I = I1 = I2 = I3 | I = I1 + I2 + I3 |
| V | V = V1 + V2 + V3 | V = V1 = V2 = V3 |
| R | R = R1 + R2 + R3 |  |
Asociación de Pilas
Las pilas, al igual que las resistencias, pueden conectarse en serie y en paralelo.
- Pilas en Serie: El polo positivo de una pila se conecta al polo negativo de la siguiente. La tensión total es la suma de las tensiones de cada pila.
- Pilas en Paralelo: Los polos positivos se conectan entre sí, y los polos negativos también. La tensión total es la misma que la de una sola pila, pero aumenta la capacidad de corriente.
Redes Eléctricas: Reglas de Kirchhoff
- Nudo o Nodo: Punto de ramificación donde convergen dos o más corrientes.
- Ramas o Conductores: Porciones entre dos nudos consecutivos por donde circula la misma corriente.
- Malla: Porción de un circuito cerrado que se inicia y termina en el mismo nudo.
Primera Regla de Kirchhoff (Ley de los Nodos)
En un nudo, la suma algebraica de las corrientes que entran y salen es igual a cero. (Corrientes que entran: positivas; corrientes que salen: negativas).
Segunda Regla de Kirchhoff (Ley de las Mallas)
En un circuito cerrado (malla), la suma algebraica de los productos de la intensidad de corriente (I) por la resistencia (R) en cada rama es igual a la suma algebraica de las fuerzas electromotrices (FEM) en esa malla.
Diferencia de Potencial y Resistencia
- Diferencia de Potencial: En los extremos de un conductor metálico a temperatura constante, es directamente proporcional a la intensidad de la corriente que circula por él (Ley de Ohm).
- Resistencia de un Conductor: Es la oposición que presenta al paso de la corriente. Es proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la intensidad de la corriente.