Fundamentos de Electricidad: Energía, Átomos, Circuitos y Componentes

Fuentes de Generación de Energía Eléctrica

• Fuentes inagotables: solar, geotérmica, eólica, mareomotriz, hidráulica.
• Fuentes agotables: carbón, petróleo, gas, uranio, leña.

Estructura del Átomo

• Núcleo: compuesto por protones (con carga positiva +) y neutrones (sin carga).
• Órbita electrónica: contiene electrones (con carga negativa -). Su carga es de 1,602 x 10⁻¹⁹ C (Culombios) y su masa es de 9,1 x 10⁻³¹ kg.
• Propiedades Básicas: La masa se mide en unidades de masa atómica (uma), donde 1 uma = 1,66053 x 10⁻²⁴ g.

Conductores y Aisladores

Los materiales que permiten un fácil movimiento de sus electrones en su interior se denominan CONDUCTORES.

Los materiales que se oponen a este movimiento se denominan AISLADORES.

Conceptos Eléctricos Fundamentales

Las cargas eléctricas están presentes en todos los materiales. La repulsión o atracción entre ellas provoca su movimiento.

Corriente Eléctrica

Es un flujo ordenado de electrones a través de un material conductor. Para mantener una corriente permanente, es necesario un mecanismo que mantenga una acumulación constante de carga positiva en un punto (A) y de carga negativa en otro (B).

Los electrones saltan de un átomo a otro, ocupando los espacios dejados por otros electrones. Para generar este flujo se requiere una fuente de energía que establezca una diferencia de potencial entre dos puntos.

Voltaje, Tensión o Diferencia de Potencial (FEM)

El voltaje, tensión o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. Se conoce también como Fuerza Electromotriz (FEM).

A mayor diferencia de potencial (V1 - V2) o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas, mayor será el voltaje o tensión en el circuito.

Fuentes comunes de FEM incluyen: baterías, pilas y generadores.

Intensidad de la Corriente Eléctrica

La intensidad (I) del flujo de electrones que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) aplicado y de la resistencia (R) en ohmios que ofrezca al paso de la corriente el propio circuito.

Si una carga ofrece poca resistencia, la cantidad de electrones (intensidad) que circulen será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.

Resistencia Eléctrica

La resistencia (R) es la propiedad característica de los materiales de oponerse al avance del flujo de electrones (corriente eléctrica). Esta oposición se manifiesta generalmente en forma de calor (Efecto Joule).

Tipos de Resistencias

• Resistencias fijas: Mantienen un valor de resistencia constante. Su valor a menudo se puede determinar mediante un código de colores.
• Resistencias variables: Permiten ajustar su valor de resistencia.
  • Potenciómetro: Es un tipo común de resistencia variable. Generalmente tiene tres pines de conexión y una perilla o cursor para ajustar su valor.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica (I) que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial (V) aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia (R) del conductor.

Matemáticamente se expresa como:

I = V / R

Donde:

• I = Intensidad de la corriente en Amperios (A)
• V = Diferencia de potencial o voltaje en Voltios (V)
• R = Resistencia eléctrica en Ohmios (Ω)

Las otras formas de la ley son:

• V = I x R
• R = V / I

Diodos

Un diodo es un dispositivo semiconductor que, idealmente, permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección, comportándose de forma similar a un interruptor (cerrado en una dirección, abierto en la otra).

Usos Comunes de los Diodos

• Limitadores o recortadores de tensión.
• Rectificadores de corriente.
• Filtrado de señales.
• Circuitos digitales (lógica).

Tipos Específicos de Diodos

• Diodo Zener: Diseñado para funcionar de manera estable en la región de polarización inversa. Se emplea ampliamente en circuitos reguladores y estabilizadores de voltaje.
• Diodo Schottky: Caracterizado por una caída de voltaje directa muy baja y una muy alta velocidad de conmutación. Se aplica en fuentes de alimentación conmutadas y circuitos digitales de alta velocidad.
• Diodo Emisor de Luz (LED): También denominado LED (Light Emitting Diode). Genera luz (generalmente monocromática) cuando se polariza en forma directa y circula corriente a través de él.
• Rectificadores: Diodos utilizados específicamente para convertir una tensión de corriente alterna (AC) en corriente continua (DC). Existen configuraciones como rectificadores de media onda y de onda completa.