Magnitudes eléctricas

Para estudiar el funcionamiento de los circuitos es necesario conocer algunas magnitudes eléctricas, como intensidad de corriente, diferencia de potencial, resistencia, energía eléctrica y potencia eléctrica.

Intensidad de corriente

Cuando circula la corriente eléctrica, existe un flujo de cargas. En el caso de un circuito eléctrico, los electrones se desplazan desde un borne del generador hasta el otro (un borne es cada uno de los polos de un generador).
Para cuantificar el número de cargas que circulan en la unidad de tiempo se utiliza una magnitud denominada intensidad de corriente.

La intensidad de corriente (I) es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa un conductor en un tiempo determinado. Matemáticamente se expresa con la siguiente formula:

donde :

q está dada en culombios
t en segundos

La unidad de la intensidad de corriente en el Sistema Internacional es el amperio (A): un amperio corresponde a la intensidad de corriente que circula por un conductor cuando por este pasa una carga de un culombio en cada segundo. Como el amperio es una unidad muy grande, para expresar el valor de la corriente que circula por un conductor se utilizan muy a menudo submúltiplos de él:

Miliamperio: 1 mA = 10^-3A.
Microamperio: 1 μA = 10^-6 A.

Las intensidades típicas que recorren los aparatos eléctricos utilizados en casa son de unos pocos miliamperios. Para medir la intensidad de corriente se utiliza un aparato llamado amperímetro. Para medir la intensidad de corriente que pasa por un elemento del circuito, el amperímetro debe conectarse en serie con este elemento.

La intensidad de corriente y el cuerpo humano

Los daños causados por una descarga eléctrica dependen de la intensidad de corriente que circula por el cuerpo. Según la ley de Ohm (I = (V_A-V_B)/R), para una diferencia de potencial fija, la intensidad que circula es inversamente proporcional a la resistencia del camino. Se suele tomar la cantidad de 50 voltios como máxima tensión permisible de contacto, y es la diferencia de potencial que puede soportar el ser humano sin sufrir lesiones. Como la instalación de nuestras casas tiene una tensión de 220 V, habrá que tomar precauciones y no tocar los aparatos conectados a la red (secadores, televisor, neveras, lámparas, etc.) con las manos húmedas, lo facilitaría el paso que de la corriente.

Diferencia de potencial

Al soltar una carga q en una región en la que existe un campo eléctrico, la carga comenzará a moverse y, por tanto, irá perdiendo energía potencial, que se convertirá en energía cinética.

Se llama diferencia de potencial, voltaje o tensión entre dos puntos, Ay B, a la energía potencial (Ep) que adquiere o que pierde una carga cuando se traslada desde A hasta B, dividida por el valor de dicha carga.

En la expresión anterior:

V_A-V_B: es la diferencia de potencial entre los puntos A y B.
ΔE_p es la energía potencial ganada o perdida por la carga q
q: es la carga eléctrica que adquiere o pierde energía potencial

Al igual que para el potencial eléctrico, la unidad de la diferencia de potencial en el Sistema Internacional es el voltio (V) Para medir la diferencia de potencial se usa el voltímetro. Esta diferencia se mide en voltios (V).

Para medir la diferencia de potencial entre los extremos de un receptor, hemos de colocar el voltímetro en paralelo con dicho receptor. También podemos emplear un aparato llamado multímetro, y conectarlo como un voltímetro.

El voltaje proporcionado por las pilas es de unos pocos voltios, mientras que la red eléctrica que llega a nuestros hogares proporciona un voltaje de 220 volts. No obstante, el que la pila tenga un voltaje, por ejemplo, de 1,5 V. no significa que esta sea la diferencia de potencial entre los extremos de cualquier receptor conectado en el circuito. Por ejemplo, podemos tener en el circuito dos bombillas conectadas en sene en las que la diferencia de potencial entre sus extremos sea de 0,75 V.

Resistencia eléctrica

Cuando la corriente eléctrica circula por un circuito, las cargas eléctricas que se mueven pueden chocar con las partículas que constituyen el material. A la magnitud que cuantifica la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica se la denomina resistencia.

La resistencia es la oposición que ofrece un conductor al paso de corriente. Se mide en ohmios (Ω) en el Sl. Su valor depende de tres factores:

1. Longitud del conductor (I). Cuanto más largo sea el hilo conductor, mayor será la resistencia que ofrece al paso de corriente eléctrica. Es directamente proporcional a la longitud: un hilo de 2 m de largo presentará una resistencia doble que otro hilo idéntico de 1 m de longitud.

2. Sección del conductor (S). Cuanto mayor sea la sección de un hilo conductor, menor será la resistencia que ofrece. La resistencia es inversamente proporcional a la sección: si la sección se duplica, la resistencia se reduce a la mitad. Es decir, los hilos gruesos presentan menos resistencia que los hilos delgados.

3. Naturaleza del material. Cada material ofrece una resistencia diferente al paso de las cargas, que depende de su estructura atómica. A este valor se le llama resistividad (p). La resistencia de un material es directamente proporcional a su resistividad. Los buenos conductores (cobre, plata) tienen una r pequeña, mientras que los malos conductores (madera, vidrio) tienen una r alta.

A partir de estas magnitudes puede determinarse el valor de la resistencia:

Donde

R se mide en Ω;
ρ, en Ω mm²/m;
, en m, y,
S, en mm². (En el Sl, p se mide en m, y S, en m².)

Para medir el valor de la resistencia de un elemento en un circuito se emplea un aparato llamado óhmetro. Para medir, una de las ramas del óhmetro se conecta al receptor, y la otra rama del circuito se deja abierta, sin conectar al circuito.

Medida de corriente por un galvanómetro
La corriente puede ser medida por un galvanómetro, mediante el desplazamiento angular de una aguja magnética en el campo magnético creado por la corriente

Paso de corriente eléctrica
Supongamos que cierta cantidad de carga eléctrica pasa a través de la sección normal S de un conductor en determinado intervalo de tiempo. Se puede afirmar que, cuanto mayor sea la cantidad de carga que atraviesa esa sección normal en el intervalo de tiempo, más intensa será la corriente de portadores de cargas que atraviesa ese conductor. Así, se define la intensidad de la corriente eléctrica, que atraviesa la sección normal S del conductor.

Diferencia de potencial
Cuando dos puntos que tienen una diferencia de potencial son unidos a través de un conductor, se produce un flujo de corriente eléctrica y ésta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico.

Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica puede ser definida como la oposición que un elemento presenta ante el paso de la corriente. En otros términos, la resistencia eléctrica es la fuerza que rechaza o se opone a los electrones que se desplazan en algún material. En cuanto a su medición, existen distintos métodos, aunque el más extendido es el óhmetro o multímetro: un aparato que debe ser colocado en las puntas de cada terminal. De este modo, automáticamente nos proporcionará el valor. Su función es, por tanto, la de ayudar a limitar y controlar el voltaje y la corriente eléctrica, y su unidad de medida son los Ohm. Además, según su nivel de resistencia, por el momento podemos detectar dos tipos de resistencias eléctricas: aislantes (cuando presentan una gran resistencia eléctrica, como encontramos en el plástico y la cerámica) o conductores (que, a causa de su baja resistencia, permiten el flujo de electrones, como ocurre con los metales).

Como funciona una resistencia eléctrica
Cuando los electrones cuando llegan algún receptor, como por ejemplo una lámpara, para pasar a través de ella les cuesta más trabajo, es decir, también les ofrece resistencia a que pasen por el receptor, ya que la energía que llevan los electrones se transforma en otro tipo de energía en la lámpara (luminosa). Como ves, en un circuito eléctrico encontramos resistencia en los propios cables o conductores y en los receptores (lámparas, motores, etc.).