LA CORRIENTE ELÉCTRICA |
Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM). |
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Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas. Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.
ESTRUCTURA ATÓMICA
En el siglo V antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito postuló, sin evidencia científica, que el Universo estaba compuesto por partículas muy pequeñas e indivisibles, que llamó "átomos".
Átomo, la unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeño que podía concebirse. Esa “partícula fundamental”, por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible. De hecho, átomo significa en griego “no divisible”. El conocimiento del tamaño y la naturaleza del átomo avanzó muy lentamente a lo largo de los siglos ya que la gente se limitaba a especular sobre él.
Sin embargo, los avances científicos de este siglo han demostrado que la estructura atómica integra a partículas más pequeñas.
Así una definición de átomo sería:
El átomo es la parte más pequeña en la que se puede obtener materia de forma estable, ya que las partículas subatómicas que lo componen no pueden existir aisladamente salvo en condiciones muy especiales. El átomo está formado por un núcleo, compuesto a su vez por protones y neutrones, y por una corteza que lo rodea en la cual se encuentran los electrones, en igual número que los protones.
Protón, descubierto por Ernest Rutherford a principios del siglo XX, el protón es una partícula elemental que constituye parte del núcleo de cualquier átomo. El número de protones en el núcleo atómico, denominado número atómico, es el que determina las propiedades químicas del átomo en cuestión. Los protones poseen carga eléctrica positiva y una masa 1.836 veces mayor de la de los electrones.
Neutrón, partícula elemental que constituye parte del núcleo de los átomos. Fueron descubiertos en 1930 por dos físicos alemanes,Walter Bothe y Herbert Becker. La masa del neutrón es ligeramente superior a la del protón, pero el número de neutrones en el núcleo no determina las propiedades químicas del átomo, aunque sí su estabilidad frente a posibles procesos nucleares (fisión, fusión o emisión de radiactividad). Los neutrones carecen de carga eléctrica, y son inestables cuando se hallan fuera del núcleo, desintegrándose para dar un protón, un electrón y un antineutrino.
Electrón, partícula elemental que constituye parte de cualquier átomo, descubierta en 1897 por J. J. Thomson. Los electrones de un átomo giran en torno a su núcleo, formando la denominada corteza electrónica. La masa del electrón es 1836 veces menor que la del protón y tiene carga opuesta, es decir, negativa. En condiciones normales un átomo tiene el mismo número de protones que electrones, lo que convierte a los átomos en entidades eléctricamente neutras. Si un átomo capta o pierde electrones, se convierte en un ion.
INTENSIDAD ELÉCTRICA
Se define intensidad eléctrica o corriente como el flujo de electrones que circula en un sentido determinado a través de un medio conductor.
Vale, ya sabemos que la corriente es un conjunto de electrones que se mueven; pero, ¿qué es lo que hace moverse a estos electrones?
- La existencia de una diferencia de potencial (mirar apartado de la tensión).
Entonces, ¿se puede establecer una diferencia de potencial en cualquier tipo de materia?
- No. Distinguimos entre cuerpos conductores, semiconductores y aislantes.
Bien, hasta ahora sabemos que la corriente eléctrica son cargas negativas (electrones) que fluyen por un conductor ante la existencia de un potencial eléctrico.
La forma en que se crea dicho potencial no es de nuestra incumbencia, lo dejamos pues para otras disciplinas como circuitos eléctricos.
En este momento al lector le asaltará una duda razonable: – Si la corriente se forma por una diferencia de potencial, existirá una tensión, por lo tanto ambos fenómenos deben de estar relacionados de alguna forma.
- Efectivamente y además la relación es directa.
Hemos llegado a un punto clave, La Ley de Ohm.
V = I*R
V= tensión eléctrica entre dos puntos (Voltios).
I = intensidad eléctrica que recorre los dos puntos (Amperios).
R= resistencia eléctrica entre los dos puntos (Ohmios).
Tanto la definición de amperio, como la demostración de esta ley usan conceptos físicos avanzados que no quiero incluir en este blog.
Para los curiosos aquí lo tenéis:
VOLTAGE
RESISTENCIA ELÉCTRICA
Cualquier material natural ofrece oposición al paso de la corriente eléctrica a través de ella. Este efecto se llama resistividad.
Los materiales conductores presentan una resistividad casi nula, los aislantes no permiten el flujo de corriente y los resistivos presentan cierta resistencia. Las resistencias son componentes eléctricos pasivos en lo que la tensión que se les aplica es proporcional a la intensidad que circula por ellos.
Generalmente la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura. También la resistencia de conductor es proporcional a la longitud de ésta e inversamente proporcional a su sección.
Hay que puntualizar, para que no haya malos entendidos, que a veces llamarlas resistencias se le denominan resistores.
La medición en resistencias se hace en ohmios, su símbolo que es este
Características de la Resistencias
Todas las resistencias tienen una tolerancia, esto es el margen de valores que rodean el valor nominal y en el que se encuentra el valor real de la resistencia. Su valor viene determinado por un porcentaje que va desde 0.001% hasta 20% el más utilizada es el de 10% . Esta tolerancia viene marcada por un código de colores.
La resistencias tienen un coeficiente de temperatura, este valor dependerá de la temperatura que alcance la resistencia cuando empiece a circular el flujo de electrones. Como cualquier elemento eléctrico y electrónico tiene un rango de trabajo y por tanto un límite de funcionamiento que vendrá determinado por su capacidad de disipar calor, la tensión y por su temperatura máxima; por tanto será la temperatura máxima con la cual podrá trabajar sin deteriorarse.
Tiene también un coeficiente de tensión que limitará el paso del corriente eléctrica entre sus dos extremos que será la variación relativa de cambio de tensión al que se someta.
Un factor también importante es el ruido que se debe a los cambios repentinos de aumento y disminución de corrientes continuos. La capacidad de la resistencia es la capacidad de mantener enel transcurso del tiempo el valor nominal de la resistencia será sometido a los cambios ambientales, largos periodos del funcionamiento que no deberá afectarla para nada.
Los materiales empleados para la fabricación de las resistencias son muy variados pero los más comunes son aleaciones de cobre, níquel y zinc en diversas proporciones de cada uno lo que hará variar la resistividad. Quien determinará un aumento de esta resistividad será el níquel, ya que si la aleación lleva porcentaje anto de éste, la resistencia tendrá gran resistividad.
Las aleaciones de cobre níquel y níquel-hierro tiene una resistividad de 10 a 30 veces mayor que el cobre y las aleaciones de níquel-cromo serán de 60 a 70 veces mayor que las de cobre y con un gran comportamiento en temperaturas elevadas.
También se puede utilizar el carbono ya que su resistividad entre 400 y 2.400 veces la del cobre, por este motivo se utiliza en las escobillas de los motores eléctricos.
Código de Colores
Hay varios tipos de resistencias vienen determinados por una representación de códigos de colores. Esto se realiza por medio de la estampación de unos anillos de colores en el cuerpo de la resistencia.
Estos anillos son cuatro o cinco y vienen especificados según se muestra en las ilustraciones.
Tipos de Resistencias
Hay varios tipos de resistencias pero en definitiva se agrupan en fijas y variables. Las fijas se denominan de esta forma:
Bobinadas.
Suelen venir así para disipar potencia. Se fabrican sobre una base aislante en forma cilíndrica para enrollar un hilo de alta resistividad (wolframio, manganina, constatán). La longitud y sección del hilo darán su resistividad juntamente con la composición de éste. Suelen venir marcadas en la superficie y se utilizan para las grandes potencias pero con el inconveniente de ser inductivas.
Aglomeradas.
Están realizadas de una pasta con granos muy finos de grafito. Estas son de las más utilizadas. Sus valores vienen determinados por el código de colores.
Al igual que la bobinadas constan de un hilo enrollado pero se le somete a un proceso de vitrificación a alta temperatura (barniz especial) cuyo cometido es proteger el hilo resistivo y evitar que entren en contacto las espiras enrolladas. Es en este barniz donde se marca el código de colores.
Película de Carbono.
Se pone una fina capa de pasta de grafito encima de una base cilíndrica de cerámica. La sección y su composición determinarán el valor de la resistencia.
Pirolíticas.
Son muy parecidas a las anteriores, pero con una película de carbón rayada en forma de hélice para ajustar el valor de la resistencia. Son inductivas.
El otro tipo de resistencias son variables, nos interesa obtener una resistencia cuyo valor pueda variarse según la aplicación. Se fabrican bobinadas o de grafito, deslizantes o giratorias.
Circuitos en Serie y Paralelo
Los circuitos electrónicos se clasifican en circuitos en serie, paralelos y mixtos. Cada uno tiene una características específicas en tensión y corriente.
Circuito en serie
Para este modo de conexiones se escoge un circuito de corriente continua y así se podrá ver si caída de tensiones y pasos de corriente. En el gráfico, se puede disponer de un circuito en serie es disponer una resistencia detrás de otra, con lo cual se obtendrá puntos muy concretos donde se puede hacer diversos estudios de la caída de tensión y corriente.
Estos puntos son el punto A, anterior a la primera resistencia, el punto B que esta en la primera y la segunda resistencia, el punto C que se encuentra entre la segunda y tercera resistencia y por último el punto D
Para hacer esta medición se utiliza un polímetro o multímetro, el cual nos dará las mediciones correspondientes de voltaje y amperaje.
Para medir el voltaje o la caída de tensión se hace situando las dos puntas del multímetro y se pondrán en paralelo en el cable del circuito. Para la medición de la corriente se pondrán las puntas del multímetro en serie con cable del circuito.
El voltaje total del circuito será la suma total de los voltajes , encontrados en los puntos A,B,C y D; la corriente total es igual en todos los puntos que atraviese, por lo tanto la intensidad total será igual en A,B,C y D.
VT = Voltaje Total VT = V1 +V2 +V3
IT = Intensidad Total o Corriente Total IT = I1 + I2 + I3
Un circuito con resistencias en serie se puede simplificar en una sola resistencia. En todos los puntos del circuito en serie la corriente es constante por lo tanto la potencia o trabajo total será la suma de éstos en cada punto del circuito (A,B,C Y D).
Los circuitos eléctricos en serie son aplicaciones muy concretas. Nunca se nos ocurrirá conectar las bombillas de nuestra casa en serie, ya que esto supondría un caos a cualquiera de ellas, a excepciónde la última, se fundiría simplemente si apagamos una de ellas.
Se utilizan en las luces brillantes del árbol de navidad, en la iluminación de las autopistas etc.
Circuito Paralelo
Un circuito paralelo es aquel que está formado por dos o más pequeños circuitos por los cuales pueden circular la corriente.
Para comprobar se puede observar el gráfico como conectamos tres resistencias en paralelo. Aquí se puede apreciar la intensidad total o corriente total, se divide en i1, i2 e i3, la suma de cada una de éstas nos dará el valor total de la corriente.
Circuito mixtos
Como se puede intuir, este tipo de circuitos son combinaciones de los circuitos tratados anteriormente, de tal forma que podamos obtener una resistencia equivalente realizando, igual que antes, algunos cálculos previos. Una forma fácil de resolverlos es hacer cuentas parciales, es decir, series y paralelos parciales hasta que se obtenga el circuito equivalente más simple que sea posible, para obtener el valor resistivo equilavente al circuito.
Este tipo de circuitos se suele utilizar cuando no disponemos de una resistencia específica, pero que, con la ayuda de otros valores, si nos es posible lograrlo.
LA LEY DE OHM
FÓRMULA MATEMÁTICA GENERAL DE REPRESENTACIÓN DE LA LEY DE OHM Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm:
SIMBOLOGIA ELÉCTRICA
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) de la carga o consumidor conectado al circuito.
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