El poder de la electricidad

El átomo

Como ya sabes, la materia está constituida por átomos. A su vez, los átomos están formados por partículas aún más pequeñas: los protones (en un átomo, partícula fundamental con carga eléctrica positiva) y los neutrones (en un átomo, partícula fundamental de carga eléctrica nula y tamaño similar al protón), que se encuentran en el núcleo, y los electrones (en un átomo, partícula fundamental con carga eléctrica negativa y de tamaño mucho menor que el protón) que se mueven alrededor del núcleo.

La corriente eléctrica

En algunos materiales, los electrones pueden salir de los átomos y moverse libremente. La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de electrones a través de un material conductor de la electricidad.

Cuando todos los electrones circulan en la misma dirección, se forma una corriente eléctrica.

Conductores y aislantes

Los materiales que permiten el paso de la corriente  eléctrica se llaman conductores de la electricidad. El acero de una cuchara, el cobre de un cable eléctrico  y, en general, todos los metales, son buenos  conductores de la electricidad.

Otros materiales, en cambio, no permiten el paso de  la corriente eléctrica: son los aislantes. La goma de borrar y el vidrio son materiales aislantes.

También hay materiales que a veces se comportan como conductores y otras como aislantes; son los semiconductores, que se emplean mucho en los dispositivos electrónicos.

Circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico es un conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso o circulación de la corriente eléctrica (electrones) para conseguir algún efecto útil (luz, calor, movimiento, etc.).

Todo circuito eléctrico debe disponer como mínimo de generadores, conductores y receptores (elementos imprescindibles). Además, los circuitos suelen completarse con los elementos de maniobra y protección.

Representación abreviada de los circuitos

Los circuitos eléctricos se representan de forma abreviada a través de esquemas. Para confeccionar estos esquemas se emplean símbolos normalizados. Se facilita así su interpretación y representación, que puede realizarse de manera más ágil, clara y sencilla.

En la siguiente figura vemos un ejemplo de un esquema en el cual un motor y una lámpara son gobernados por dos interruptores. A su vez se ha intercalado también un interruptor general.

Elementos y magnitudes de un circuito.

Las características de un circuito eléctrico se describen mediante las siguientes magnitudes:

El voltaje (V), llamado también tensión  eléctrica, es como "la energía que impulsa a los electrones" para que recorran el circuito y formen la corriente eléctrica. Esta energía nos la puede proporcionar una  pila, una batería, un generador eléctrico, o el enchufe de la red. El voltaje se mide en voltios (V).

La intensidad de corriente (I) es la cantidad de electrones que pasan por un punto del circuito en un segundo. Es como "el tráfico de electrones en las  carreteras del circuito eléctrico". Como este tráfico es enorme, lo medimos  en amperios (A), unidad que equivale a unos ¡6 trillones de electrones por segundo!

Todos los componentes de un circuito (cable, bombilla, estufa, motor, etc.)  presentan mayor o menor oposición al paso  de la corriente eléctrica, pues los electrones  chocan de vez en cuando con los átomos del material por el que circulan.

 La intensidad de corriente que se obtiene  con un voltaje se relaciona con la resistencia  del circuito según la ley de Ohm:

Los aparatos conectados a un circuito aprovechan la corriente eléctrica para  producir luz, calor o movimiento. Las bombillas, las estufas, los motores…  transforman la energía eléctrica en luz, calor  o movimiento. La potencia eléctrica (P) se define como la capacidad que tiene un receptor eléctrico cualquiera para transformar la energía eléctrica en un tiempo determinado. La potencia eléctrica se mide en vatios (W). Cuanto mayor sea la potencia de un  dispositivo, más energía consumirá durante  el tiempo que esté conectado: más lucirá  una bombilla, más calor dará una estufa, o  mayor será el movimiento de un motor.

La energía eléctrica (E) se define como el producto de la potencia de un dispositivo por el tiempo en que esté conectado y se mide en vatios por hora (Wh) o kilovatios por hora (KWh).

Tipos de conexiones

Los aparatos y dispositivos eléctricos pueden conectarse a un circuito de dos formas: en serie y en paralelo. Vamos a empezar viendo cómo se realiza la conexión en serie. Cuando colocamos seis bombillas en línea, una a continuación de la otra sobre el mismo cable,  estamos realizando una conexión en serie.

Observa en estos esquemas cómo son las intensidades y los voltajes del circuito en serie:

En la conexión en serie la I es la misma en cualquier punto del circuito, pero el voltaje se reparte entre los distintos elementos.

Veamos ahora lo que ocurre cuando realizamos una conexión en paralelo. Cuando el cable del circuito se bifurca y colocamos  los elementos en distintos caminos, estamos realizando una conexión en paralelo. En esta circunstancia, cuando desconectamos una de las bombillas, las restantes siguen  funcionando perfectamente.

Observa en esta tabla cómo son las intensidades y los voltajes del circuito en paralelo:

En la conexión en paralelo la intensidad se reparte entre las diferentes ramas del circuito, pero el voltaje es el mismo en todos los sitios.

Fenómenos electromagnéticos

En 1819, el físico danés H. C. Oersted estaba experimentando con circuitos, cuando ocurrió algo inesperado. Sobre la mesa de su laboratorio había una brújula cercana a los cables del circuito, y comprobó con sorpresa que el imán de su aguja se desviaba cada vez que circulaba corriente por el cable.

Gracias a este fenómeno podemos construir un electroimán, mucho más potente que los imanes naturales, haciendo pasar corriente por un cable que hemos enrollado alrededor de una pieza de hierro.

Algunos años más tarde, en 1831, el físico inglés M. Faraday se preguntó lo siguiente: si con la corriente eléctrica se puede simular el efecto de un imán, ¿funcionará también al contrario? Es decir, ¿podré obtener corriente eléctrica a partir de un imán?

La respuesta a la pregunta que se había hecho Faraday era afirmativa: un imán crea una corriente eléctrica en un cable cuando el imán o el cable se ponen en movimiento. Este es el fundamento de las actuales centrales eléctricas. En los experimentos de Faraday, él mismo daba vueltas a una bobina introducida en un campo magnético. En las centrales eléctricas, es la fuerza del agua, del viento o del vapor de agua, la que da vueltas a una enorme turbina.

Autor:

Javier Santos