Corriente eléctrica

Cuando una carga eléctrica se desplaza a lo largo de un conductor, se genera o produce una corriente eléctrica.

La corriente eléctrica no es más que el flujo de electrones a través de un conductor que se mueven en un circuito cerrado, del polo negativo al positivo de una fuente de poder o generador.

En el siglo XIX, se creía que el sentido convencional de la corriente eléctrica circulaba del polo positivo al negativo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM). Al descubrirse la existencia de los electrones, se demostró también que la carga que genera una fuente de FEM se mueve del borne negativo al positivo. Esto se debe al principio de atracción y repulsión de las cargas eléctricas. La energía de los electrones proviene del mismo generador al establecer una diferencia de potencial entre sus polos y, de esta manera, crear un campo eléctrico.
En síntesis, para que una corriente eléctrica circule por cualquier circuito, es imprescindible que se den las siguientes condiciones:

1. Que exista una fuente  generadora de una fuerza electromotriz (FEM), que sea capaz de mover cargas eléctricas negativas cuando el circuito se cierre.

2. Un conductor eléctrico, que permita mover libremente los electrones a través del circuito( comúnmente se utiliza cable de cobre).

3. Una carga conectada al circuito que brinde resistencia al paso de los electrones y permita el consumo de energía eléctrica( un foco por ejemplo).

Tipos de corriente eléctrica

Existen dos tipos de corriente eléctrica, la corriente continua (CC) y la corriente alterna (CA).


       

 Corriente continua





Corriente alterna






La corriente continua se genera cuando los electrones se desplazan siempre en el mismo sentido( de negativo a positivo). Mientras que la corriente alterna se genera cuando el campo eléctrico cambia alternadamente de sentido, provocando que los electrones oscilen de un lado a otro del conductor. Dos alternaciones de éstas se conocen como un ciclo.

Intensidad de la corriente eléctrica

La intensidad de la corriente eléctrica es la carga eléctrica transportada en una unidad de tiempo.

I= Q

     T

Donde:
I= intensidad de corriente, es expresada en Ampere (A)
Q= carga eléctrica que pasa por cada sección de un conductor, es expresada en Coulombs (C)
T= tiempo que tarda en pasar la carga Q, es expresado en segundos (s)

Por lo tanto 1 Ampere= 1 Coulomb/ 1 Segundo.

A= C
      s

Leyes y circuitos eléctricos

Aunque existen diferentes teoremas y leyes para el estudio de los circuitos eléctricos, solo nos dedicaremos al estudio de la ley de Ohm, así como a la solución  de problemas de circuitos en serie, paralelo y mixtos.

De manera muy breve explicaremos dos leyes muy importantes LEY DE JOULE Y LEYES DE KIRCHHOFF.

Ley de Joule: Joule demostró experimentalmente que, al hacer pasar una corriente eléctrica por un conductor, este sufre un calentamiento. Por lo cual a este fenómeno se le conoce como efecto joule, el cual da origen a la ley del mismo nombre, que dice:

"Cuando por un material conductor con resistencia no nula (R) circula una corriente eléctrica (I) por un tiempo determinado (t), se produce un calentamiento en el material"

1 Joule = 0.24 calorías

El calor que se presenta en el paso de la corriente por un conductor es directamente proporcional a tres cosas:
a) Al cuadrado de la intensidad de la corriente
b) Al valor de la resistencia que presenta el conductor al paso de la corriente
c) Al tiempo que dura el paso de la corriente por el conductor

James Prescott Joule

Leyes de Kirchhoff: Estas leyes se utilizan cuando no podemos resolver un circuito por asociaciones de resistencias en serie o paralelo. Robert Kirchhoff propuso algunas reglas para solucionar estos circuitos, para lo cual definió tres conceptos:

Nodo: Es el punto que une o en el que coinciden tres o más ramas.
Malla: Todo circuito cerrado que puede ser recorrido volviendo al punto de partida sin pasar dos veces por un mismo elemento.
Rama: Es el conjunto de elementos eléctricos conectados en serie y que se encuentran en una misma trayectoria entre dos nodos.

Gustav Robert Kirchhoff

La primera ley de Kirchhoff: También denominada ley de los nodos o de las corrientes. Establece que la suma aritmética de todas las corrientes que confluyen en un nodo es cero. O por el igual la suma de todas las corrientes que llegan a un nodo es igual a la suma de todas las corriente que salen de éste.




La segunda ley de Kirchhoff: También denominada ley de las mallas. Establece que la suma aritmética de los voltajes a lo largo de una malla(camino cerrado) es cero. De otra forma se dice que la suma de todas las fuerzas electromotrices en una malla es igual a la suma de las caídas de tensión en la malla.







RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Cuando a su paso por un circuito eléctrico cerrado la corriente eléctrica encuentra oposición al libre tránsito de electrones o cargas eléctricas, se dice que se enfrenta a una resistencia eléctrica. Los buenos conductores de electricidad como lo son el oro, la plata y el cobre, presenta una resistencia muy baja al paso de la corriente a diferencia del níquel o el cromo utilizado actualmente para la fabricación de resistencias.
Se clasifican según su construcción, fijas o variables.
Estas últimas se conocen como reóstatos o potenciómetros y son capaces de como su nombre lo dice variar el valor de su resistencia mediante un movimiento mecánico al valor deseado para el funcionamiento de algún circuito.





Los electrones siempre tratan de viajar a través de un conductor de una manera más o menos organizada. Dependiendo de la resistencia que se les presente será el orden en que viajen, si el conductor presenta resistencia muy baja mayor será el orden de lo contraria si es un material con alta resistencia, conlleva al choque de los electrones entre sí y con las paredes del material.

La unidad de medida de la resistencia eléctrica en el sistema internacional (SI) es el ohm, su símbolo es Ω. Un ohm se define como la resistencia de cualquier conductor al paso de una corriente eléctrica de 1 ampere cuando se aplica una diferencia de potencial de 1 volt.

             
1 Ohm= 1 Volt
             1 Ampere



En una clasificación un poco más amplia de los diferentes tipos de resistencias se encuentran: las fijas, las variables y las especiales.
Entre las fijas podemos encontrar las: bobinadas, no bobinadas, aglomeradas, de película de carbón, capa metálica, pirolíticas, entre otras.
Entre las variables: potenciómetros, reóstatos y ajustables
Y por último entre las especiales podemos encontrar: termistores, varistores y fotorresistores. Estas se caracterizan por hacer que variar el valor resistivo dependiendo de parámetros externos como la temperatura, el voltaje o la intensidad de luz.

Para medir el valor de una resistencia fija se ha diseñado un código de colores utilizado internacionalmente. Esto no aplica con todas las resistencia el resto traen su valor impreso en la carcasa de las resistencias.






Ley de Ohm
El postulado general de esta ley establece que el flujo de corriente eléctrica de un circuito cerrado es directamente proporcional a la diferencia de potencial o tensión de aplicada e inversamente proporcional a la resistencia conectada al circuito. Fue descubierta en 1827 por el científico alemán George Simón Ohm.





Se lee como I: intensidad de corriente (A) es igual al voltaje (V) entre la resistencia del circuito (R). De ahí mismo se pueden despejar las demás fórmulas V y R.

Circuitos en serie

Sus características:
Se conecta una resistencia a continuación de otra.
La intensidad de corriente que circula por ellas es la misma.
La diferencia de potencial a la que está sometida cada una depende del valor óhmico de la resistencia.
La suma de las diferencias de potencial de cada resistencia, será igual a la diferencia de potencial a la que se encuentre sometida la resistencia equivalente.

.
















Teniendo en cuenta la Ley de Ohm:









Dividiendo por I, obtenermos:












Luego podemos decir que la resistencia equivalente de una asociación de dos o más resistencia en serie tiene un valor óhmico igual al resultado de sumar el valor de las resistencias que queremos asociar.

Circuitos en paralelo

Para deducir la fórmula general que se aplica en el cálculo de un circuito resistivo conectado en paralelo, vamos a partir de un circuito con tres resistencias R1, R2 Y R3.




A diferencia de los circuitos en serie en un circuito paralelo el voltaje siempre es el mismo, ahora lo que varia es la intensidad de corriente.
Por lo tanto:

I1= V                 I2= V                I3= V
     R1                    R2                     R3


Ahora, sumando cada uno de los miembros correspondientes y factorizando en V, se obtiene:

I1 + I2 + I3= V( 1  + 1  + 1  )
                       R1   R2   R3



Después se dividen ambos miembros de la igualdad entre V y de la ecuación de la ley de ohm se despeja R.
Por lo que podemos concluir que en un circuito de resistencias conectadas en paralelo, la ecuación general para la suma de resistencias es:

1  = 1   +  1   +  1    + ..... + 1 
R    R1     R2     R3              Rn

Circuitos mixtos

Para resolver los circuitos mixtos de resistencias conectadas en serie- paralelo se emplean las ecuaciones estudiadas en los dos tópicos anteriores. Al igual que en los circuitos mixtos de capacitancias, es necesario realizar primero un análisis del circuito e ir reduciendo los arreglos en serie y paralelo por separado hasta hallar la resistencia total equivalente.

Tomemos de ejemplo el siguiente circuito, al analizarlo podemos concluir que primeramente hay que resolver y encontrar el valor de la suma de resistencias que están acomodadas en paralelo, teniendo ese valor simplemente se suma en serie con la resistencia sobrante, y se obtiene el valor final de la resistencia. Se emplean ambas fórmulas para su solución.