Georg Simon Ohm y James Prescott Joule: Pioneros de la Electricidad

Georg Simon Ohm

Georg Simon Ohm (Erlangen; 16 de marzo de 1789 – Múnich; 6 de julio de 1854) fue un físico y matemático alemán que aportó a la teoría de la electricidad la Ley de Ohm, conocido principalmente por su investigación sobre las corrientes eléctricas. Estudió la relación que existe entre la intensidad de una corriente eléctrica, su fuerza electromotriz y la resistencia, formulando en 1827 la ley que lleva su nombre que establece que: I = V/R. También se interesó por la acústica, la polarización de las pilas y las interferencias luminosas. La unidad de resistencia eléctrica, el ohmio, recibe este nombre en su honor. Terminó ocupando el puesto de conservador del gabinete de Física de la Academia de Ciencias de Baviera.

James Prescott Joule

James Prescott Joule (nació en Mánchester el 25 de diciembre de 1818 – murió el 11 de octubre de 1889), fue un físico inglés, uno de los más notables físicos de su época, conocido sobre todo por sus investigaciones en electricidad, termodinámica y energía. Estudió el magnetismo, y descubrió su relación con el trabajo mecánico, lo cual le condujo a la teoría de la energía. La unidad internacional de energía, calor y trabajo, el Joule (o julio), fue bautizada en su honor. Trabajó con Lord Kelvin para desarrollar la escala absoluta de la temperatura, hizo observaciones sobre la teoría termodinámica (efecto Joule-Thomson) y encontró una relación entre la corriente eléctrica que atraviesa una resistencia y el calor disipado, llamada actualmente ley de Joule.

Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

Efectos de la Corriente Eléctrica

• Efecto térmico: Se produce cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, trayendo como consecuencia que dicho conductor se caliente. En este caso la energía eléctrica es convertida en energía calorífica, tal como ocurre cuando se calienta una plancha o una hornilla eléctrica de la cocina y cuando se pone en funcionamiento un calentador de agua.
• Efecto químico: Se produce cuando la corriente eléctrica es llevada a través de ciertas sustancias, trayendo como consecuencia cambios químicos en dichas sustancias. Así por ejemplo, si una corriente atraviesa agua con ácido, este se descompone en oxígeno e hidrógeno. Por este efecto algunas sustancias son alteradas químicamente cuando son atravesadas por una corriente eléctrica.
• Efecto magnético: Se lleva a cabo cuando alrededor de los conductores que transportan las corrientes eléctricas se producen campos magnéticos. Así, cuando se acerca una aguja magnética a un conductor que transporta corriente, se observa que la aguja se desvía bruscamente de su posición.
• Efecto lumínico: Se pone de manifiesto cuando al pasar la corriente a través del filamento se enciende una bombilla eléctrica. La energía eléctrica se transforma en energía luminosa, es el caso de los tubos fluorescentes, tubos de descarga y diodos luminosos.
• Efecto fisiológico: Afecta a los hombres y animales y consiste en el paso de corriente a través del cuerpo humano y de los animales originando electrocución. Aquí se tienen los aparatos de electro medicina y el sacrificio por electroshock del ganado.

Intensidad de Corriente Eléctrica

Se denomina intensidad de corriente eléctrica a la carga eléctrica que pasa a través de una sección del conductor en la unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios partido por segundo), unidad que se denomina amperio.

Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.

Se mide con un galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro y en el circuito se coloca en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir. El valor I de la intensidad instantánea será:

Unidades de Corriente Eléctrica

De acuerdo con la ecuación no es más que el cociente entre una unidad de carga eléctrica (Coulomb) y una unidad de tiempo (s). Se ha venido en llamar a esta unidad Ampere (A), pudiéndose decir:

Un Ampere, es la corriente que circula, cuando por la sección transversal del conductor atraviesa la carga de un 1 Coulomb en cada segundo.

Frecuentemente son utilizados sub.-múltiplos del Amperio tales como el miliamperio (mA) y el microamperio (μA).

Existe otro concepto importante llamado densidad de corriente, el cual definimos de la manera siguiente:

La densidad de corriente es la cantidad de corriente que circula por unidad de área o sesión.

Corriente Continua

La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continúa con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

Corriente Alterna

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de Altern Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda sinusoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

Conductividad Eléctrica

La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales. La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto su unidad es el S/m (siemens por metro).

Amperímetros

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios.

El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión sobre un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente circulante.

Voltímetro

Un Voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abiertos en los polos.

Clasificación

Podemos clasificar los voltímetros por su funcionamiento mecánico, siendo en todos los casos el mismo instrumento.

Voltímetros electromecánicos

Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las corrientes continua y alterna de la señal, pudiendo medirlas independientemente.

Resistencia Eléctrica

El paso de corriente por el circuito. Otra manera de conectarlo sería que cada bombilla tuviera su propio suministro eléctrico, de forma totalmente independiente, y así, si una de ellas se funde, la otra puede continuar funcionando. Este circuito se denomina «circuito en paralelo», y se muestra a la derecha de la ilustración.

Unidad de Resistencia

La resistencia eléctrica se mide en ohmios (ohm ó Ω), en kiloohmios (kohm o kΩ) y megohmios (Mohm o MΩ): 1 KΩ=1000 Ω; 1 MΩ= 1 000 kΩ = 1 000 000 Ω.

La conductibilidad o conductividad se calcula según la fórmula:

Siendo g la conductividad, en S; r la resistencia, en Ω.

La resistencia específica (ρ) es la magnitud inversa de la conductividad específica:

Fuerza Electromotriz

La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor ξ, cuya circulación, ∫Sξ ds, define la fuerza electromotriz del generador.

Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga.

Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt). Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente).