Circuitos y Redes: Fundamentos de la Corriente Eléctrica

CIRCUITOS Y REDES
Semana 1
Fundamentos de la corriente eléctrica
Semana 1
Fundamentos de la corriente eléctrica
APRENDIZAJE ESPERADO
El estudiante será capaz de:
•
Distinguir fundamentos de la carga y corriente eléctrica, considerando la
primera y segunda ley de Kirchhoff con el fin de identificar las normas
que rigen la conservación de la carga y de la energía.
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Fundamentos de la corriente eléctrica
ÍNDICE
APRENDIZAJE ESPERADO ..................................................................................................................................................... 2
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................................... 4
RESUMEN ............................................................................................................................................................................ 5
PALABRAS CLAVE ................................................................................................................................................................. 5
PREGUNTAS GATILLANTES ................................................................................................................................................... 5
1. FUNDAMENTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA ......................................................................................................................... 6
1.1 CARGA Y CORRIENTE ELÉCTRICA ......................................................................................................................................... 6
1.2 PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF............................................................................................................................................. 10
1.2.1 CAMPO ELÉCTRICO ..................................................................................................................................................... 11
1.2.2 CONDUCTORES ISÓTROPOS ........................................................................................................................................ 12
1.2.3 CONDUCTIVIDAD......................................................................................................................................................... 12
1.2.4 RESISTENCIA ELÉCTRICA .............................................................................................................................................. 14
1.2.5 POTENCIA ELÉCTRICA .................................................................................................................................................. 18
1.3 SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF ........................................................................................................................................... 21
1.3.1 AUTOINDUCCIÓN ........................................................................................................................................................ 22
1.3.2 CONDENSADORES ....................................................................................................................................................... 24
COMENTARIO FINAL .......................................................................................................................................................... 26
REFERENCIAS ..................................................................................................................................................................... 27
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INTRODUCCIÓN
Entendiendo que la electricidad ha jugado un papel crucial en el desarrollo de toda actividad humana,
conocer sus principios es de suma importancia para controlar su comportamiento, aprovechando al
máximo sus propiedades, echando mano de las bases y fundamentos, por lo cual, ahora se aprenderá, a
realizar análisis específicos de circuitos eléctricos.
Se abordarán entonces los conceptos y definiciones de; corriente, voltaje, resistencia, conductividad y
conductores isótropos.
Además, se estudiarán la ley de Ohm y las Leyes de Kircchoff, las cuales se desarrollarán para centrar la
comprensión de la energía eléctrica, su comportamiento y sus diferentes aplicaciones, basándose en los
conceptos previamente mencionados.
Al adentrarse mucho más en el entendimiento de la electricidad, se observará como otros fenómenos
son generados a partir de esta, tal es el caso del campo magnético, por ello también se estudiarán los
procesos de inducción y autoinducción.
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Fundamentos de la corriente eléctrica
RESUMEN
En esta unidad se espera que el estudiante logre diferenciar los conceptos de carga eléctrica y de
corriente eléctrica, entendiendo completamente su relación y estructura en cualquier circuito o sistema
eléctrico.
Sumado a estos, se procura que pueda reconocer los procesos involucrados en la autoinducción, a través,
de la forma de funcionamiento de bobinas, y el trabajo de los condensadores, que decantan, en el
principio de los campos magnéticos.
Por último, será capaz de identificar todos los elementos que intervienen en el fenómeno eléctrico, tales
como carga eléctrica, campo eléctrico, conductores isótropos, conductividad, resistencia eléctrica y
potencia eléctrica.
PALABRAS CLAVE
•
Corriente eléctrica.
•
Potencia.
•
Campo eléctrico.
•
Resistencia.
•
Conductividad.
•
Voltaje.
PREGUNTAS GATILLANTES
•
¿Cuál diría usted, es la principal relación entre corriente eléctrica y potencia?
•
¿Cómo describiría el proceso de medición de la resistencia eléctrica y de la corriente en un
circuito eléctrico?
•
¿Cuál sería para usted la diferencia más resaltante entre la primera y la segunda ley de Kirchhoff?
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Fundamentos de la corriente eléctrica
1. FUNDAMENTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Conocer los principios básicos de los circuitos y las redes eléctricas es una tarea esencial que requiere
todo técnico en el área de automatización y control, electricidad o electrónica. Cualquier problema o
situación real que involucre energía eléctrica se basa en los mismos principios físicos y eléctricos,
independientemente del contexto en el que se desarrolle.
Durante esta unidad se explicarán los conceptos asociados a campos eléctricos y cargas eléctricas, con el
objetivo de comprender de dónde se origina el fenómeno de la corriente e intensidad de corriente
eléctrica. Además, se definirá la resistencia eléctrica como un componente fundamental de un circuito y
se enunciarán dos leyes imprescindibles a la hora de diseñar o analizar cualquier tipo de circuito o red
eléctrica: la primera y la segunda ley de Kirchhoff.
Todos estos conceptos son el fundamento del entendimiento de la energía eléctrica y sus diferentes
aplicaciones, tomando todos estos conceptos antes mencionados.
1.1 CARGA Y CORRIENTE ELÉCTRICA
Una carga eléctrica se puede definir como toda partícula que tiene electricidad de acuerdo con Redondo,
F. y Redondo, R. (2016, p. 9), siendo así una propiedad física intrínseca de los cuerpos donde se pueden
evidenciar dos fuerzas: una de atracción y otra de repulsión entre ellas a través de campos
electromagnéticos. Cualquier pedazo o parte de la materia tiene la capacidad de adquirir carga eléctrica.
Se pueden mencionar dos tipos de cargas eléctricas:
•
Los protones: partículas con carga positiva.
•
Los electrones: partículas con carga negativa.
También existen partículas que no poseen carga eléctrica, a estas partículas se les conoce como
neutrones, las que resultan al contrarrestar las cargas positivas y negativas. Todas estas cargas se
encuentran dentro de un átomo, y todo cuerpo está compuesto de átomos, cada uno de los cuales tiene
igual número de protones y electrones1.
1
A excepción de los denominados isótopos, asociados a un mismo elemento.
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Figura 1. Tipos de carga eléctrica: Estructura del átomo
Importante:
Es importante resaltar que las cargas eléctricas no se crean cuando dos cuerpos entran en contacto, las
cargas eléctricas se trasladan o se mueven de un cuerpo a otro. De allí se puede resaltar que:
•
Las cargas del mismo signo se repelen o se rechazan.
•
Las cargas de signos diferentes se atraen.
Figura 2. Atracción y repulsión de las cargas
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Ejemplo:
Un experimento suele ser, cuando se usa un peine, este al ser frotado con el cabello, se carga, luego, al
ser acercado a trozos de papel, estos se adhieren al peine, debido a que los electrones con carga negativa
que se encuentra en la estructura del papel saltan al peine y así el peine pasa a tener una carga eléctrica
negativa (en este caso electricidad estática). Como se muestra en la Figura 3.
Como el peine tiene más electrones que protones tendrá entonces más carga negativa y los trozos de
papel se cargarán positivamente al transferir sus electrones.
Figura 3. Experimento de comprobación de energía estática
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Como la carga eléctrica es una magnitud física, la unidad de medidas es el coulomb (C), planteado por
Charles Coulomb, y está definido que:
Ecuación:
1 coulomb equivale a 6,25 x 1018 electrones, por tanto, la carga de un electrón es igual a 1,6 x 10 -19 C.
El movimiento de las cargas eléctricas en una superficie se define de acuerdo con Redondo, F. y Redondo,
R. (2016, p. 9) como corriente eléctrica. La imagen 4 muestra cómo se pueden mover las cargas eléctricas
en una superficie.
Figura 4. Movimiento de cargas eléctricas
Es importante resaltar que al querer conocer el movimiento de la carga eléctrica por unidad de tiempo
(coulomb/segundos) se define la “intensidad de corriente eléctrica” que se mide en amperios (A).
La medición de la corriente eléctrica se realiza por medio de un equipo denominado amperímetro y se
conecta en serie con el circuito donde se desea medir el valor. Para realizar esta medición el circuito debe
estar alimentado o energizado. En la figura 5 se presenta la forma de hacer la conexión:
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Figura 5: Conexión de un amperímetro
Si la intensidad de corriente medida es muy baja, la escala de medición puede llevarse a miliamperios (1
amperio = 1.000 miliamperios o mA).
La corriente eléctrica puede producir efectos más allá de un efecto asociado a la electricidad, estos
pueden ser de diferente naturaleza:
•
Efectos térmicos: variación de la temperatura de un conductor. En un efecto negativo se puede
observar que un cable, por ejemplo, con un paso de corriente mayor a su capacidad puede
generar un calentamiento tal que deforme al conductor o incluso lo aísle.
•
Efectos químicos: al pasar corriente por una sustancia en particular se puede presentar un cambio
en la estructura química de la sustancia.
•
Efectos magnéticos: por la estrecha relación entre los campos eléctricos y magnéticos pueden
generarse inducciones que, por ejemplo, generen perturbaciones o ruidos en los sistemas
eléctricos.
•
Efectos fisiológicos: al atravesar por un determinado período de tiempo una corriente eléctrica
por el cuerpo humano se pueden generar diferentes reacciones que van desde un cosquilleo
hasta la muerte.
1.2 PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF
Las leyes de Kirchhoff son dos enunciados muy importantes en electricidad y electrónica y se basan en el
principio de conservación de energía. Esta primera ley citada de Redondo, F. y Redondo, R. (2016, p. 16)
enuncia:
“Al conectar diferentes elementos conductores de corriente eléctrica se forma un nudo o nodo”.
La suma algebraica de todas las intensidades de corriente que llegan y salen al nodo es igual a 0. Así: La
corriente entrante a un nodo es igual a la corriente que sale del nodo.
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Figura 6. Intensidades de corrientes en un nodo
Para entender este principio, debe observarse la figura 6, se distingue que existen 5 intensidades de
corriente que entran al nodo o punto de conexión. Estas corrientes se denotan como: I1, I2, I3, I4 e I5.
También observe que I3, I4 e I5 salen del nodo (son negativas), mientras que I1 e I2 entran al nodo (son
positivas). Ahora la ley de Kirchhoff señala que la suma de las corrientes es igual a cero. Por lo tanto:
Ecuación:
I1 + I2 - I3 - I4 - I5= 0
Es decir: I1 + I2 = I3 + I4 + I5
1.2.1 CAMPO ELÉCTRICO
Las fuerzas entre las cargas se denominan fuerzas electroestáticas, sobre cada carga actúan estas fuerzas
proporcionales. De acuerdo con Redondo, F. y Redondo, R. (2016, p. 17) un campo eléctrico se define
como el efecto de una fuerza que actúa sobre una carga cuando se sitúa en un punto en específico.
Observe la figura 7.
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Figura 7. Campo eléctrico generado por la atracción entre dos cargas opuestas
1.2.2 CONDUCTORES ISÓTROPOS
Estos conductores son aquellos que tienen una relación entre su densidad de corriente y su campo
eléctrico en un punto dado, donde se genera una constante proporcional o función llamada
conductividad. Es decir, que un conductor isótropo es aquel que tiene la propiedad de conducir corriente
eléctrica. Estos conductores de acuerdo con Redondo, F. y Redondo, R. (2016, p. 34) tienen una velocidad
de arrastre de sus cargas libres en el mismo sentido que el campo eléctrico. Un ejemplo de este tipo de
conductores son los metales.
De acuerdo con Rodríguez, J. y Vigués, J. (s.f., p. 95) se puede decir que, en los conductores isótropos, la
conductividad no es nula y cuentan con un número de cargas eléctricas libres, es decir, que no están
ligadas, por tanto, estas cargas son electrones que pueden circular por cualquier parte del material y su
movimiento constituye una corriente.
1.2.3 CONDUCTIVIDAD
La conductividad se puede definir como una propiedad que permite que un cuerpo pueda transmitir o
conducir corriente eléctrica o calor. Así, específicamente la conductividad eléctrica representa la
capacidad de los cuerpos para lograr el paso de la corriente a través de los mismos, es importante
resaltar que esta es una propiedad natural y se relaciona con la facilidad en la que los electrones (cargas
negativas) puedan atravesar al conductor. La propiedad opuesta a la conductividad es la resistividad y
representa la oposición al paso de la corriente eléctrica. La tabla 1 muestra algunos materiales y sus
valores de referencia de conductividad y resistividad eléctrica.
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Elemento o materiales
Conductividad
Resistividad
Plata
0,6305
0,0164
Cobre
0,5958
0,0172
Oro
0,4464
0,0230
Aluminio
0,3767
0,0278
Latón
0,1789
0,0590
Cobalto
0,1693
0,0602
Níquel
0,1462
0,0870
Hierro
0,1030
0,0970
Acero
0,1000
0,1000
Platino
0,0943
0,1050
Estaño
0,0839
0,1200
Plomo
0,0484
0,2815
Magnesio
0,0054
2700
Cuarzo
0,0016
4500
Grafito
0,0012
8000
Madera seca
0,0010
10000
Carbón
0,00025
40000
Tabla 1. Tabla de conductividad y resistividad
Fuente: Electricidad, electrónica y telecomunicaciones (s/f)
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1.2.4 RESISTENCIA ELÉCTRICA
La resistencia eléctrica es una propiedad de los cuerpos asociada a la oposición al paso de la corriente por
parte de un cuerpo, limitando su paso de corriente o circulación de carga eléctrica o de electrones. Se
puede hacer una analogía diciendo que una resistencia representa un obstáculo que evita el paso de la
corriente.
En la electricidad y electrónica una resistencia eléctrica se mide en ohm (Ω) y se identifica con la siguiente
simbología:
Figura 8. Resistencia eléctrica
Ahora bien, luego de conocer lo que representa la intensidad de corriente (I) y la resistencia eléctrica (R),
es importante señalar que ambos son elementos indispensables en un circuito eléctrico. Para esto hay
que definir que un circuito eléctrico es toda trayectoria cerrada por donde circula la corriente eléctrica.
Reflexión:
Un ejemplo de un circuito eléctrico se puede evidenciar si se conecta a una pila o batería dos conductos
de cobre que llegan a una ampolleta. Este foco o ampolleta se comporta como una resistencia y entre la
pila y la ampolleta circulará una corriente eléctrica tal como se muestra en la figura 8. Note que es el
mismo constituye un circuito, ya que el trayecto es cerrado entre la pila y el foco. Otro elemento que se
puede agregar al circuito es un interruptor que evitará que la corriente circule dejando el circuito abierto.
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Figura 9. Circuito eléctrico con batería, ampolleta e interruptor
Los electrones o cargas negativas tratarán de circular por un circuito eléctrico de forma organizada,
buscando siempre trayectos con menor resistencia a su paso. Cuando las resistencias son muy altas los
electrones comienzan a liberar energía en forma de calor (elevando la temperatura del conductor),
mientras que a menor resistencia hay mayor conducción de corriente.
Es importante saber cómo medir el valor de una resistencia eléctrica, en este caso, lo primero que se
debe realizar es definir a qué resistencia o elemento es al que se medirá este valor. Existen un conjunto
de consideraciones al respecto:
•
Se debe retirar el elemento del circuito eléctrico, es decir, no debe existir alimentación o voltaje
activo en la resistencia. En caso de que se requiera medir el valor de la resistencia dentro del
circuito se debe asegurar que no exista energía.
•
El equipo más utilizado para hacer esta medición es el multímetro, este equipo es capaz no solo
de medir la resistencia sino, otros parámetros eléctricos como la corriente y el voltaje. Conecta los
terminales (positivo y negativo) de este multímetro al elemento a medir. Es importante destacar
que la resistencia no tiene polaridad, por lo tanto, es indiferente cómo conectarla (a diferencia de
una batería por ejemplo). En la mayoría de los equipos los terminales son uno negro y uno rojo.
•
Es usual que los multímetros tengan la etiqueta “COM” de común, y otra etiqueta con el símbolo
del ohm (Ω). El terminal negro conéctalo a COM y el terminal rojo conéctalo a Ohm, verifica que
se está midiendo el parámetro de la resistencia. Observe la Figura 10 a.
•
Luego se debe encender el multímetro y seleccionar un rango de prueba apropiado, una
resistencia puede medir desde 1 ohm hasta 1 millón de ohmios, debes seleccionar el rango que
consideres se ajusta al elemento que medirás. Mientras mejor se ajuste el rango más precisa será
la medición. Hay multímetros digitales que hacen este ajuste automáticamente. Si no se tiene
idea de qué rango elegir se deben ir realizando pruebas (ensayo y error) hasta determinar qué
valor se ajusta al elemento medido. Un rango demasiado alto y se deba reajustar. Por el contrario,
si aparece un error en pantalla como OL (overloaded) eso indica que el rango es demasiado bajo y
se debe ajustar a un rango mayor. Observe la Figura 10 b.
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(a)
(b)
Figura 10. (a) Conexión de terminales. (b) Selector de rango
Fuente: Wikihow (s/f)
•
Con los terminales conectados al multímetro toca cada uno de los extremos de la resistencia y
aparecerá en pantalla el valor en Ω o en KΩ (1.000 ohmios). Como se muestra en la Figura 11.
Figura 11. Medición de resistencias
Si no se cuenta con el equipo necesario, es posible obtener el valor de las resistencias eléctricas por
medio de un código de colores. Seguidamente se presenta la figura 12 con esta estandarización de
colores para las resistencias eléctricas:
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Figura 12. Valores de resistencia por código de colores
Fuente: Areatecnología (s/f)
Ejercicio 1
Observe la resistencia de la imagen
Figura 13: Tipos de carga eléctrica: Estructura del átomo
Fuente: Don Como (2018)
Si se describen los colores se tiene:
•
Primer color: Azul, en la tabla es igual a 6.
•
Segundo color: Rojo, en la tabla es igual a 2.
•
Tercer color: Verde, en la tabla es igual a 100000 (factor multiplicador).
•
Cuarto color: Dorado, en la tabla es igual a 5% (tolerancia).
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Al analizar estos valores de las dos primeras franjas se tiene el número 62, se multiplica por el factor o
tercer color: 62 x 100000 = 6200000 (añadir los 5 ceros) y se tendrá como resultado que la resistencia
tiene un valor de 6200000 OHMS, 6200 KΩ o 6.2MΩ, la cuarta franja o tolerancia indica que puede existir
un margen de error de 5% por encima o por debajo del valor de la resistencia. Este cálculo se puede
verificar conectando el multímetro a esta resistencia.
Existe un tipo de resistencia eléctrica importante de destacar y es la resistencia variable o potenciómetro.
En estas resistencias, el usuario puede ajustar o calibrar el valor resistivo de misma desde los 0 Ω hasta
un valor máximo prefijado por el fabricante. La forma física se muestra en la Figura 14.
Figura 14. Potenciómetro
1.2.5 POTENCIA ELÉCTRICA
Para definir el concepto de potencia eléctrica es necesario conocer a qué se refiere el término “magnitud
de trabajo”. De acuerdo con Hübscher H. y Klaue J. (1991, p. 78) se realiza un trabajo cuando una fuerza
actúa a lo largo de un trayecto. Un ejemplo para comprender este concepto se presenta cuando una
persona requiere subir por unas escaleras de un tercer piso 50 kilos de cemento hasta un tercer piso de
un edificio, en este caso se está realizando un trabajo y al considerar la altura del edificio, el peso que
ejercen los sacos de cemento y el tiempo que requiere para realizar la tarea, se puede determinar la
fuerza y con esta fuerza se puede calcular la magnitud de trabajo.
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Figura 15. Magnitud de trabajo. Sugiero editar sin los valores, solo colocar h y Kg
Fuente: Hübscher y, Klaue (1991)
Ahora bien, del ejemplo anterior se puede comprender el concepto de potencia, si la persona subió los
sacos de cemento en menor tiempo habrá desarrollado más potencia que si lo hacía más lentamente, sin
embargo, el trabajo desarrollado ha sido el mismo.
La potencia es la relación inversa entre el trabajo y el tiempo y su unidad de medida es el watt (W). En el
caso específico de la potencia eléctrica, se representa como el producto de la intensidad de corriente por
el voltaje o tensión.
Ecuación:
𝑃=
𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
(𝑊)
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
𝑃 = 𝑉. 𝐼
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A continuación, se muestra en la tabla 2, que contiene algunos valores referenciales de elementos
eléctricos y su potencia eléctrica:
Aparatos eléctricos
Potencia (W)
Plancha
1200
Televisor
90-150
Lámpara
incandescente
40, 60, 75 o 100
Nevera
400
Horno microondas
1440
Lavadora
395
Licuadora
600
Computadora
150
Aspiradora
600
Tabla 2. Aparatos eléctricos y su potencia eléctrica
Fuente: Elaboración propia
Tomando como referencia la ley de Ohm, es posible determinar la potencia eléctrica con las siguientes
ecuaciones:
Ecuación:
𝑉2
𝑅
2
𝑃 = 𝐼 .𝑅
𝑃=
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Ejercicio 2
En una planta industrial se requiere calcular la potencia eléctrica de un calefactor que mantiene un
proceso a una temperatura requerida, si el calefactor es alimentado a un voltaje de 220 voltios y que
tiene una resistencia de 50 ohmios, ¿cuál será la potencia del aparato?
Paso 1 se identifican las variables:
I = V/R (Ley de ohm)
Paso 2 se plantea la ecuación de potencia y se reemplazan las variables
Sustituyendo los valores
V = 220 voltios y R = 50 ohms.
Por lo tanto,
I = 4,4 A.
P = V.I Con esto P = 968 W o 0,968 Kw
1.3 SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF
Así como la primera ley de Kirchhoff define que la suma de las corrientes que entran o salen de un nodo
es igual a 0, la segunda ley de Kirchhoff enuncia que la suma de voltajes o tensiones eléctricas de todos
los tramos que componen un circuito suman 0. Tal como lo definen Redondo F. y Redondo, R. (Ob. Cit., p.
34), la suma de tensiones eléctricas de cada camino es cero.
En la siguiente Figura se muestra un circuito eléctrico con algunas resistencias que tienen un voltaje
determinado cada una, la suma de todos estos voltajes es igual a cero.
Figura 16. Voltajes en un lazo cerrado
Fuente: Elaboración propia
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La segunda ley se aplica sobre trayectos cerrados o mallas tal como lo señala la figura 16.
Lo cual implica que para este caso que V1 + V2 - V3 - V4 = 0. Considere que es importante conocer la
polaridad de cada elemento, es decir, si la corriente entra por el terminal positivo o negativo (en las
resistencias eléctricas no hay polaridad, por lo que no es un problema, pero en las fuentes de tensión sí
debe considerarse).
Al comparar las dos leyes de Kirchhoff, el análisis de nodos (primera ley) o el análisis de mallas (segunda
ley) es posible encontrar las corrientes y voltajes de cualquier punto en un circuito eléctrico. Por lo que
son dos leyes fundamentales de la física que fundamentan al principio de conservación de la energía y al
principio de conservación de la carga eléctrica.
Ambas leyes son complementarias y pueden utilizarse sobre el mismo circuito eléctrico.
1.3.1 AUTOINDUCCIÓN
Antes de definir el fenómeno de la autoinducción es necesario conocer lo que es una bobina (o inductor)
como elemento pasivo. Estos elementos cuentan con dos terminales (de manera similar a las
resistencias), pero son capaces de producir un campo magnético a su alrededor cuando circula por ella
una corriente eléctrica. Las bobinas se componen de un alambre o hilo conductor, generalmente de
cobre enrollado en un núcleo o centro y esta estructura aumenta la capacidad de generar magnetismo o
un campo magnético. Se muestra en la figura 17.
Según Redondo F. y Redondo, R. (Ob. Cit., p. 34), la intensidad de corriente crea un campo magnético
cuyo flujo es el mismo en cualquier sección del material, y a este fenómeno donde a través de un
alambre o espira circula mayor intensidad de corriente mayor será el flujo de la intensidad, siendo este
coeficiente la autoinducción, que se denota con la letra L y se mide en henrios (H).
Figura 17. Bobina o inductor
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Simplificando la definición, el fenómeno de la autoinducción no es más que un proceso de formación de
corrientes inducidas en un circuito que resultan de la variación del flujo de corriente inicial, siendo el
elemento que la genera un conductor enrollado alrededor de un núcleo, cuando el elemento inductor y
el elemento inducido son iguales aparece la autoinducción.
Algunas aplicaciones de las bobinas son:
•
En la elaboración de transformadores para la red eléctrica, un transformador se basa en el
principio de inducción de las bobinas.
•
A nivel de iluminación, en sistemas que utilizan ampolletas fluorescentes, el elemento adicional o
balastro que acompaña al tubo trabaja con el principio de inducción eléctrica.
•
Al diseñar fuentes de alimentación de cualquier sistema eléctrico, las bobinas permiten filtrar
componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida.
•
En los automóviles, para trabajar en conjunto con el sistema de potencia y combustión del motor.
El proceso de inducción de una bobina genera consigo un campo magnético, cuando algún material atrae
partículas tales como las limaduras de hierro, a este fenómeno se le denomina “magnetismo”, y al cuerpo
o elemento que lo produce se le denomina “magneto” o imán. Los materiales que son atraídos por los
imanes (como por ejemplo algunos metales) se les denominan materiales magnéticos, tal como el hierro,
el níquel y el cobalto. Esta atracción puede ser por contacto a distancia o a través de un material no
magnético como el papel.
Este imán se rodea del campo magnético, que está representado con líneas de fuerza (o líneas de campo
magnético) imaginarias saliendo de dos polos opuestos (polo N, norte y polo S, sur), tal como se muestra
en la figura 18.
Figura 18. Campos magnéticos en imanes y electroimán
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Entonces, se puede afirmar que siempre que un flujo de corriente pase a través de un material
conductor, se producirá un campo magnético y la dirección del campo dependerán del sentido que tenga
la corriente.
La fuerza del campo magnético a través de una bobina o inductor va a depender de diferentes factores,
entre estos se pueden mencionar:
•
El material del que está hecho el núcleo de la bobina.
•
El número de vueltas del conductor a través del núcleo.
•
La cantidad de corriente o flujo de corriente que circulará por la bobina.
•
La relación que exista entre la longitud y el ancho de la bobina.
1.3.2 CONDENSADORES
Se puede definir un condensador de acuerdo con Redondo F. y Redondo, R. (Ob. Cit., p. 45) como
cualquier objeto de dos terminales formado por dos conductores que se separan a través de un material
dieléctrico, cuando una placa del condensador se carga con una cantidad de electricidad positiva (q) la
otra se cargará con electricidad negativa (-p), y se establece una diferencia de potencia mayor a cero. Se
mide en coulomb/voltio resultando el faradio (F) que representa la relación entre la carga y el voltaje del
elemento eléctrico. Se muestran en la figura 19.
Figura 19. Condensadores
a.) Condensador cilíndrico.
b.) Condensador electrolítico.
Estos condensadores, denominados también capacitores, se utilizan en un circuito eléctrico con el
objetivo de almacenar energía y poder liberarla de forma rápida, su funcionamiento es similar a un
campo eléctrico. El condensador almacena energía entre sus dos terminales y se alimenta de una fuente
de tensión por algún intervalo de tiempo, y se descarga como un impulso eléctrico.
Algunas aplicaciones de los condensadores son:
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•
En circuitos electrónicos y eléctricos pueden manipular voltajes y corrientes para que varíen en el
tiempo.
•
En los equipos de audio, los capacitores cumplen un rol de filtros, son capaces de bloquear
corriente continua de la entrada de amplificadores y evitan ruidos no deseados.
•
En los sistemas digitales como por ejemplo en computadores, la transmisión de datos digitales se
realiza por medio de pulsos eléctricos a altas velocidades, los capacitores son capaces de
minimizar las interferencias que se puedan producir durante el proceso.
Tabla resumen de los elementos y variables eléctricas:
Elemento
Unidad de medida
Equipo de medición
Corriente
Amperio: A, mA
Amperímetro
Voltaje
Voltios: V, mV, KV
Voltímetro
Resistencia
Ohm: Ω, KΩ
Ohmímetro
Resistencia variable
Ohm: Ω, KΩ
Ohmímetro
Bobina
Henrios: H, mH
Medidor de inductancia
Condensador
Faradio: F, mF
Capacímetro
Simbología
Tabla 3. Elementos y variables eléctricas
Fuente: Molina, (2018)
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Semana 1
Fundamentos de la corriente eléctrica
COMENTARIO FINAL
Reconocer el comportamiento de cada elemento que compone un circuito eléctrico es sumamente
importante. Dado que permite tener el conocimiento suficiente, respetando las leyes de Kirchhoff, tanto
la de voltaje como la de corriente, de esta forma realizar lo necesario para intervenir un circuito, red o
sistema eléctrico. También, saber cuál es su forma de funcionamiento y entender como es la relación
entre elementos, como se afectan entre sí. Tal es el caso de la relación entre la potencia y la corriente
eléctrica, ambas son consecuencia directa del voltaje, y su relación con la resistencia.
Por lo tanto, se puede identificar cada uno de esos elementos tales como resistencias, bobinas,
condensadores, corriente y voltaje eléctrico, lo que conlleva a tener presente que se está frente a
fenómenos sumamente interesantes como los campos eléctricos y magnéticos, además de conocer lo
que representa la conductividad y la potencia eléctrica. Todos estos elementos son medibles y calculables
de manera sencilla, aplicando las reglas y leyes.
Se hace imprescindible distinguir un circuito eléctrico, al momento de operar, diseñar y mantener
cualquier sistema de control o cualquier proceso de automatización, independientemente de las
variables que se pretendan controlar o manipular, ya que la electricidad es un elemento importante y
que esta presenta prácticamente en todo proceso industrial y cualquier ámbito de la vida.
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Fundamentos de la corriente eléctrica
REFERENCIAS
Hübscher, H.6 Klaue, J. (1991) Electrotecnia. Curso elemental. España: Editorial Reverté.
Redondo, F. & Redondo, R. (2016). Redes eléctricas de Kirchhoff. Teoría de Circuitos: Con más de 400
problemas resueltos. Salamanca, España: STS Ediciones.
Redondo, F. y Redondo, R. (2016). Redes Eléctricas de Kirchhoff. Teoría de Circuitos: Con más de 400
problemas resueltos. Salamanca, España: STS Ediciones.
Rodríguez, J. & Vigués, J. (s.f.). Fundamentos de Física Ondulatorio. Universidad de Oviedo España
Servicio de Publicaciones.
PARA REFERENCIAR ESTE DOCUMENTO, CONSIDERE:
IACC (2022). Fundamentos de la corriente eléctrica. Circuitos y Redes. Semana 1.
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