Por medio de la siguiente actividad, recordarás algunos conceptos básicos que se relacionan con la corriente eléctrica y los tipos de circuitos.
¿Qué es la energía eléctrica?La energía eléctrica o electricidad es la energía que se origina de la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos determinados, cuando se los pone en contacto mediante un transmisor eléctrico. Este contacto provoca una corriente eléctrica que consiste en la transmisión de cargas negativas (electrones) a través de un material propicio para ello (como suelen ser los metales) desde el punto de su generación (y/o almacenamiento) hasta el punto de consumo. Usualmente la energía eléctrica es convertida en otras formas de energía: lumínica, mecánica o térmica.
¿Cómo se produce la energía eléctrica?Las instalaciones solares convierte la energía calórica del sol en energía eléctrica. Existen diversas formas de generar energía eléctrica, proceso que normalmente se lleva a cabo en una central eléctrica, o en pequeñas cantidades en dispositivos especializados. - Centrales eléctricas. Producen electricidad a partir del giro de turbinas empujadas por vapor de agua calentada, por ejemplo, mediante combustiones de carbón o de hidrocarburos o mediante reacciones nucleares.
- Recursos renovables. Existen también centrales eléctricas que aprovechan las caídas de agua (hidroeléctricas), o los fuertes vientos (eólicas) para movilizar sus turbinas y generar electricidad. Además, las instalaciones solares, convierten la energía solar en energía eléctrica mediante un sistema de paneles que reciben las radiaciones directamente.
Una vez producida esta electricidad, se transmite a través del tendido eléctrico a las ciudades e instalaciones que la requieran o es almacenada en diversos tipos de circuitos.
Conductor metálicoSabemos que en un conductor metálico, los electrones se encuentran en movimiento desordenado y por lo tanto no tienen ninguna dirección definida a lo largo del conductor, pues el número de electrones que se desplazan en un sentido es igual al número de electrones que se desplazan en el otro sentido. Hemos visto que cuando entre dos puntos de un campo eléctrico existe una diferencia de potencial (voltaje), las cargas negativas tienden a moverse en sentido contrario al campo eléctrico y las positivas en el mismo sentido. Si aplicamos un campo eléctrico en el interior del conductor, este campo actuará sobre las cargas libres poniéndolas en movimiento y estableciendo una corriente eléctrica en el conductor. Se puede decir entonces que la corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor. El sentido de la corriente eléctrica se ha establecido en el de las cargas positivas, donde dicha corriente de cargas positivas se denomina CORRIENTE CONVENCIONAL.
Corriente eléctricaLa unidad de la intensidad de la corriente eléctrica I se denomina AMPERIO (A) en honor al físico Andrés Ampere y se define como la carga Q de un Coulomb que pasa a través de una sección del conductor cada segundo, es decir: I = C/S. La corriente eléctrica es un movimiento de electrones. Así de simple, si movemos electrones de un átomo a otro, generamos corriente eléctrica. La cantidad de electrones que se mueven por segundo sería la Intensidad de la Corriente Eléctrica (I) y se mide en Amperios (A). Para generar corriente eléctrica necesitamos mover electrones de un átomo a otro por el interior de un material conductor, como por ejemplo el cobre.
Para mantener la corriente eléctrica en un conductor es necesario conservar una diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos, esto se logra uniendo el conductor a una fuente generadora de corriente. Debemos entender que una fuente generadora de corriente es un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor. Las fuentes de corriente son generadoras de energía eléctrica, ya que realizan un trabajo sobre las cargas que se introducen en ella. Para que la energía eléctrica aparezca por intermedio del generador es necesario que éste consuma otra energía; por ejemplo en una pila se consume energía química, en un dínamo se consume energía mecánica etc. En forma general un generador tiene que consumir una energía para lograr mantener una diferencia de potencial.
Fuerza electromotriz (FEM)Sabemos que para mantener una corriente eléctrica se requiere de un generador que emplee algún tipo de energía. Todos los conductores presentan oposición a la circulación de las cargas, por lo que para mantener la corriente eléctrica hay que realizar un trabajo w que obligue a las cargas a moverse en contra de los efectos de oposición que puede encontrar. La fuerza electromotriz FEM de un generador se define como el trabajo por unidad de carga, se simboliza por FEM. La FEM tiene que ver con el trabajo (W) realizado por el generador por unidad de carga Q, al mover cargas positivas en un sentido contrario al campo eléctrico en el interior del generador.
Resistencia eléctrica (R)Se llama resistencia eléctrica a la oposición que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica. A los conductores que presentan resistencia eléctrica (oposición) se les llama RESISTORES. Para que en un ¨ circuito eléctrico ¨ exista una corriente se necesita un generador que proporcione energía y la presencia de un alambre conductor. La corriente que circula dependerá de varios factores relacionados con el conductor como: el largo, el área de la sección y el material que constituye el conductor.
Resistencias y circuitosLa resistencia eléctrica se puede representar en forma gráfica, esta forma gráfica se llamará circuito eléctrico. Si un conductor tiene una resistencia R casi despreciable, se representa por líneas rectas, por ejemplo en la figura las secciones AB y CD tienen resistencias muy pequeñas. Si la resistencia es muy grande, se representará por una línea quebrada, por ejemplo la sección BC.
Ley de OhmEsta ley dice lo siguiente:¨ Para muchos materiales la RESISTENCIA es constante, independientemente del voltaje aplicado al RESISTOR o de la corriente que pasa a través de un conductor. ¨ En otras palabras la corriente que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje que tiene aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece a su paso la carga que tiene conectada.
Circuitos. ¿Qué son?Recordemos que un circuito eléctrico es la esquematización del movimiento de las cargas eléctricas dentro del conductor y la resistencia que puede presentar este conductor. Un circuito está en serie cuando la corriente eléctrica I tiene la misma intensidad en cada una de las resistencias, ya que solamente tiene un único camino para fluir. En las siguientes figuras se puede observar tres resistencias R1, R2 y R3 conectadas en serie, la corriente que pasa por cada una de ellas tiene la misma intensidad.
Circuitos en paraleloUn circuito se encuentra en paralelo cuando la corriente eléctrica total tiene más de un camino para fluir. En la figura se puede observar que las resistencias se encuentran conectadas en paralelo, pues todas están sometidas a la misma diferencia de potencial (V) por estar unidas entre los puntos A y B. Podemos ver que la corriente I, toma caminos diferentes. Se observa que cada bombillo, representa una resistencia R.
Circuitos en serie-paraleloUn circuito puede estar en serie, en paralelo o en una combinación serie-paralelo. La siguiente figura muestra una conexión en SERIE-PARALELO, donde R1 y R2 se encuentran en paralelo, su combinación R equi se encuentra en serie con R3. Se puede observar que el circuito es la combinación de los circuitos en SERIE y en PARALELO.
Leyes de KirchhoffCuando en una conexión eléctrica, una de las ramas del circuito paralelo contiene una batería (FEM), usaremos las leyes de KIRCHHOFF para su análisis, porque no existe una resistencia equivalente (R equi) a la combinación de una resistencia y una FEM.
Primera Ley de KirchhoffLa primera ley de Kirchhoff se basa en el principio de conservación de la carga eléctrica, esta ley dice lo siguiente: ¨ En todo punto donde la corriente eléctrica se divide (nodo), la suma de las intensidades de las corrientes que se dirigen hacia él, menos la suma de las intensidades que salen es igual a cero.¨ En otras palabras la intensidad de la corriente que entra al NODO es igual a la intensidad de la corriente que sale. Segunda Ley de KirchhoffEsta ley se basa en el principio de la energía, dice lo siguiente:¨ A lo largo de toda malla (camino cerrado) la suma de todos los cambios de potencial (Voltaje) es igual a cero. ¨
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