Conceptos fundamentales electricidad-electrónica

Para entender que es la electricidad es muy útil entender la diferencia, a grandes rasgos, entre magnetismo y electricidad. El magnetismo es una fuerza que esta presente de forma natural en todos los materiales, esta fuerza será mayor en unos materiales que en otros, por ejemplo los metales son materiales que debido a su composición atómica pueden ejercer fuertes campos magnéticos.

La característica principal de un campo magnético es la fuerza de atracción o repulsión. Por ejemplo, como ya sabemos los campos magnéticos están constituidos por un dipolo magnético, con un polo norte y un polo sur. Las lineas de fuerza van desde el polo norte hasta el polo sur, la fuerza de atracción la encontramos entre las lineas de fuerza de diferente polaridad, entre el polo norte y el polo sur existe una fuerza de atracción magnética, mientras que entre la misma polaridad se ejerce una fuerza de repulsión, es decir entre el polo norte y polo norte, o entre el polo sur y polo sur.

 

 

Por un lado tenemos claro que el magnetismo es una fuerza, por otro lado la electricidad es principalmente la consecuencia de manipular la carga eléctrica de los átomos, es decir los electrones. Un átomo, básicamente esta compuesto por protones y neutrones en el centro o núcleo y los electrones alrededor del núcleo. Dependiendo del tipo de átomo habrán más o menos electrones orbitando el átomo. También dependiendo del tipo de átomo los electrones se moverán con más o menos facilidad entre los átomos que compongan la materia. Entonces podemos decir que la electricidad es cuando se ponen en movimiento los electrones entre los átomos más cercanos.

 

Vamos a poner un ejemplo, el átomo de cobre presenta cierta facilidad para poner en movimiento los electrones que tiene alrededor de él. Si utilizamos un cable de cobre compuesto por millones de átomos, ¿que necesitaremos para que los electrones del átomo de cobre se muevan?, la respuesta es una diferencia de potencial entre los extremos del cable, obtenemos una diferencia de potencial entre dos puntos cuando en un extremo de ellos tenemos un exceso de cargas negativas y en el otro extremo una carencia de cargas negativas o dicho de otra manera un exceso de cargas positivas.

Cuando tenemos esa diferencia de cargas entre dos puntos, tenemos una diferencia de potencial, es entonces, cuando si colocamos entre estos dos puntos un material como el cobre, los electrones de los átomos se moverán.

Una vez tenemos claro que es el magnetismo y que es la corriente eléctrica o electricidad, es importante aprender que relación existe entre magnetismo y corriente eléctrica. Cuando tenemos corriente eléctrica, es decir los electrones se desplazan entre los átomos, por ejemplo en un cable de cobre, en el momento en el que un electrón se mueve genera un campo magnético a su alrededor con una dirección y sentido, y del mismo modo si movemos un imán con una carga o campo magnético alrededor de un cable con una dirección y sentido concreto, provocaremos el movimiento de los electrones del cable, generando de esta manera una diferencia de potencial en el cable.

En el ejemplo de arriba tenemos un campo magnético generado por un movimiento de electrones, mientras que en el dibujo de abajo tenemos un movimiento de electrones y una diferencia de potencial debido al movimiento de un imán por el interior de una bobina de cobre.

 

Tensión

La tensión es la fuerza que utilizamos para poner en movimiento los electrones.

Siempre que nos refiramos a la tensión necesitaremos dos puntos con una diferencia de potencial entre ellos, su unidad de medida es el voltio y nos podemos encontrar con dos tipos de tensión, tensión en corriente continua o tensión en corriente alterna. La tensión la podemos llamar voltaje, diferencia de potencial o caída de potencial.

¿Como podemos obtener una diferencia de potencial entre dos puntos? Conseguimos una diferencia de potencial entre dos puntos alterando la carga eléctrica de cada uno de los puntos, carga eléctrica positiva y carga eléctrica negativa. Por ejemplo podemos alterar la carga eléctrica químicamente como en el caso de las pilas, y conseguir en un extremo de la pila carga eléctrica positiva y en el otro carga eléctrica negativa.

Ejemplo 1. En un enchufe existe un voltaje de 230 voltios en alterna, ¿qué ocurre si juntamos con un hilo de cobre los dos polos del enchufe? Lo que ocurrirá es que los electrones del cobre se pondrán en movimiento con una fuerza de 230 voltios, esto se conoce como intensidad de cortocircuito y el número de electrones que se pondrá en movimiento será muy elevado puesto que el cobre tiene muy poca resistencia al paso de corriente.

Ejemplo 2. ¿Como se comporta el voltaje si conectamos a un enchufe de 230 voltios en alterna, una bombilla?, por supuesto la bombilla debe estar preparada para soportar una tensión de 230 voltios, después de conectar la bombilla los electrones circularán a través de ella, ¿cuantos electrones? los que permita la bombilla, según la resistividad del material que este hecho.

Ejemplo 3. ¿Como se comporta el voltaje si conectamos a una fuente de alimentación de 24 voltios en continua, un led? exactamente igual que ejemplo anterior, si sometemos al led a una tensión de 24 voltios en continua circularán el número de electrones que permita la resistividad del led.

La tensión de un circuito no es el número de electrones que circulará por el circuito pero si está relacionado, aunque la tensión es la fuerza de atracción que existe entre dos puntos, cuanta más fuerza de atracción tengamos más electrones pondremos en movimiento.

 

Intensidad

La intensidad es el número de electrones que circula por un punto concreto en un determinado tiempo. La intensidad se mide en amperios.

Un amperio es igual a 6,3*10^18, seis mil trescientos billones circulando en un punto en concreto en un segundo.

La intensidad expresa la cantidad de electrones que circulan sin embargo siempre que exista una cantidad de electrones moviéndose significa que tenemos una tensión entre dos puntos.

La intensidad y la tensión están íntimamente relacionadas siempre que exista una intensidad tendremos una tensión, pero es posible que exista una tensión entre dos puntos y no tener intensidad, quiere decir que por algún motivo los electrones no se muevan.

De esta manera queda claro el concepto de tensión y de intensidad, la tensión es la fuerza que necesito para poner en movimiento los electrones, cuanta más tensión más electrones se pondrán en movimiento. Mientras que la intensidad es cuando existe una tensión y los electrones se ponen en movimiento, la que nos dice que número de electrones se ha puesto en movimiento en un punto durante un segundo.

Resistencia

La resistencia es la capacidad que tiene los materiales de oponerse al paso de electrones o de corriente eléctrica.

Todos los materiales presentan alguna resistencia al paso de electrones, aunque hay algunos materiales que se oponen en menor medida al paso de electrones y otros en mayor.

Por ejemplo el cobre o el aluminio se consideran materiales conductores de electricidad porque presentan poca resistencia al paso de corriente eléctrica a través de ellos, sin embargo la madera o algunos plásticos se consideran materiales aislantes porque presentan mucha resistencia al paso de corriente eléctrica.

La resistencia de un material se mide en ohmios y se representa con la letra griega omega.

Ley de Ohm

Una vez comprendidos los conceptos de voltaje, intensidad y resistencia podemos aprender una de las leyes más importante de la electricidad y la electrónica, la “Ley de Ohm”.

V = R · I

Esta fórmula relaciona la tensión como producto de la resistencia por la intensidad. Por ejemplo supongamos que el valor de la resistencia en un circuito es fijo y no varia, importante darnos cuenta entre la relación de la tensión con la intensidad, cuando la tensión (fuerza de atracción) suba, también subirá la intensidad (cantidad de electrones por segundo), del mismo modo si la tensión en el circuito baja también lo hará la intensidad.