Electricidad y electrónica

Circuitos eléctricos, ley de Ohm, dispositivos electrónicos y aspectos industriales de la energía

Imagen de Hans Braxmeier en Pixabay

Índice

Corriente eléctrica

Definimos la corriente eléctrica como cargas en movimiento a través de un conductor.

Adaptada de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electric_charge_and_electric_current.svg.

Magnitudes eléctricas

Intensidad de corriente $I$

La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que circula por un circuito por unidad de tiempo. En el SI se mide en amperios (A).

Diferencia de potencial $V$

También llamada tensión, es la diferencia de energía eléctrica por unidad de carga que hay entre dos puntos de un circuito. En el SI se mide en voltios (V).

Resistencia $R$

La resistencia es una medida de la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. En el SI se mide en ohmios ($\Omega$).

Aquí tienes los valores de resistividad $\rho$ de algunos materiales.

Ley de Ohm

La ley de Ohm establece que la diferencia de potencial $V$ que aplicamos en los extremos de un conductor es proporcional a la intensidad de corriente $I$ que circula por él, siendo la constante de proporcionalidad la resistencia $R$ del conductor: $$ V = R\cdot I $$

Puedes aprender más sobre la ley de Ohm con esta simulación:

Buenos y malos conductores

Según su comportamiento frente a la corriente eléctrica, distinguimos entre:

Buenos conductores

O conductores a secas. Permiten el paso de la corriente eléctrica, ofreciendo poca o ninguna resistencia al flujo de electrones. Los metales son buenos conductores.

Malos conductores

O aislantes, son materiales que impiden el paso de la corriente eléctrica, ofreciendo mucha resistencia al flujo de electrones. La madera y el plástico son ejemplos de aislantes.

Semiconductores

Materiales que pueden comportarse como conductores o como aislantes. El silicio (Si) es el semiconductor más empleado y es la base de la electrónica actual.

Máquinas eléctricas

Una máquina eléctrica es un dispositivo capaz de transformar cualquier forma de energía en energía eléctrica o a la inversa. Distinguimos entre:

Generadores

Transforman energía mecánica en eléctrica.

Generadores eléctricos de principios del siglo XX en una central hidroeléctrica de Budapest.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gorskii_04414u.jpg

Motores

Transforman energía eléctrica en mecánica.

Rotor, estátor y ventilador de un motor eléctrico.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rotterdam_Ahoy_Europort_2011_(14).JPG

Transformadores

Transforman las características de la energía.

Foto de Iqram-O-dowla Shawon en Unsplash.

Circuitos eléctricos

Llamamos circuito eléctrico al conjunto de elementos que, interconectados entre sí, posibilitan que se establezca una corriente eléctrica.

Componentes básicos

Conductores

Hilos/cables por donde circulan las cargas eléctricas.

Conductor eléctrico de cobre (Cu).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stranded_lamp_wire.jpg

Generadores

Producen y mantienen la corriente eléctrica por el circuito, como las pilas 🔋 o las baterías.

Pilas y baterías de distintos tamaños (voltajes).
http://totexmfg.com/totexmfg.com/capabilities-2/battery-knowledge/index.html

Receptores

Elementos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía, como las resistencias, las bombillas 💡 o los motores.

Conjunto de resistores axiales de eje de plomo y distintas resistencias.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electronic-Axial-Lead-Resistors-Array.jpg

Código de colores para conocer el valor de una resistencia.
Adaptada de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Resistencia.svg

Tomado de aquí.

Color1ª cifra2º cifraMultiplicadorTolerancia
Ninguno$\pm 20\thinspace\%$
Rosa$10^{-3}$
Plateado$10^{-2}$$\pm 10\thinspace\%$
Dorado$10^{-1}$$\pm 5\thinspace\%$
Negro$0$$0$$10^0$
Marrón$1$$1$$10^1$$\pm 1\thinspace\%$
Rojo$2$$2$$10^2$$\pm 2\thinspace\%$
Naranja$3$$3$$10^3$$\pm 0.05\thinspace\%$
Amarillo$4$$4$$10^4$$\pm 0.02\thinspace\%$
Verde$5$$5$$10^5$$\pm 0.5\thinspace\%$
Azul$6$$6$$10^6$$\pm 0.25\thinspace\%$
Violeta$7$$7$$10^7$$\pm 0.1\thinspace\%$
Gris$8$$8$$10^8$$\pm 0.01\thinspace\%$
Blanco$9$$9$$10^9$

En la resistencia de la figura:

  • La primera cifra será un 2 por ser roja.
  • La segunda cifra será un 7 por ser violeta.
  • El multiplicador será un 5 por ser verde.
  • La toleancia será del 10$\thinspace$% por ser plateada.

El valor de la resistencia será por tanto1:

$$ 2.7\times 10^6 \pm 10\thinspace\%\thinspace\Omega $$


  1. Expresando el resultado correctamente en notación científica. ↩︎

Elementos de control

Permiten dirigir o interrumpir el paso de la corriente eléctrica, como los interruptores.

https://www.thespruce.com/types-of-electrical-switches-in-the-home-1824672

Elementos de protección

Protegen los circuitos y a las personas, como los fusibles.

Fusibles capaces que cortar una intensidad de corriente de hasta 120 kA.
Imagen de Bruno /Germany en Pixabay.
Símbolos de algunos de los elementos típicos de un circuito eléctrico.

En serie

En los circuitos conectados en serie, la intensidad $I$ es la misma, mientras que la diferencia de potencial $V$ es la suma.

Los generadores han de conectarse entre polos de distinto signo. La resistencia equivalente $R_\text{eq}$ es mayor que la mayor de todas las resistencias:

$$ R_\text{eq} = R_1 + R_2 $$

Circuito eléctrico con dos resistencias conectadas en serie. La resistencia equivalente viene dada por $R_\text{eq} = R_1 + R_2$.

En paralelo

En los circuitos conectados en paralelo, la diferencia de potencial $V$ es el mismo, mientras que la intensidad $I$ es la suma.

Los generadores han de conectarse entre polos del mismo signo. La resistencia equivalente $R_\text{eq}$ es menor que la menor de todas las resistencias:

$$ \frac{1}{R_\text{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} $$

Circuito eléctrico con dos resistencias conectadas en paralelo. La resistencia equivalente viene dada por $1/R_\text{eq} = 1/R_1 + 1/R_2$.

Constructor de circuitos eléctricos

Puedes jugar a construir circuitos eléctricos con esta excelente simulación:

Dispositivos electrónicos

La electrónica comprende la física, la ingeniería, la tecnología y las aplicaciones que tratan con la emisión, el flujo y el control de los electrones en el vacío y la materia.

Transistores

Son dispositivos electrónicos semiconductores utilizados para amplificar o cambiar las señales electrónicas y la energía eléctrica. El término transistor es la contracción en inglés de transfer resistor. Actualmente la mayoría de los transistores se encuentran dentro de los llamados circuitos integrados.

Transistores.
Imagen de PublicDomainPictures en Pixabay.

Diodos

Son componentes electrónicos de dos terminales que permiten la circulación de la corriente eléctrica a través de ellos en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario.

Diodo en primer plano. El objeto cuadrado negro de la izquierda es el cristal semiconductor de silicio (Si).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diode-closeup.jpg

Circuitos integrados

También conocidos como microchips, son conjuntos de circuitos electrónicos en una pequeña pieza plana (chip) de material semiconductor (Si). Los microchips están ahora en prácticamente todos los equipos electrónicos, gracias a su pequeño tamaño y bajo coste.

Microchip Snapdragon de Qualcomm, como los que se encuentran en muchos de los móviles modernos.
Imagen de Monoar Rahman Rony en Pixabay.

Aspectos industriales de la energía

Sistema de suministro eléctrico que comprende el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica.
Traducida y adaptada de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electricity_grid_simple-_North_America.svg.

Generación

La energía eléctrica se genera en las centrales eléctricas, utilizando una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina que, a su vez, hace girar un alternador.
Adaptada de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alternador.svg.

Transporte

La red de transporte es la encargada de enlazar las centrales con los puntos de utilización de la energía.

Distribución

La red de distribución, que puede ser aérea o subterránea, la constituyen las líneas e instalaciones necesarias para llegar a los clientes.
Rodrigo Alcaraz de la Osa
Rodrigo Alcaraz de la Osa
Doctor en Física y Profesor de Física y Química

Soy Profesor de Física y Química en el IES Ría San Martín de Cantabria (España).

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