Fundamentos de Electricidad, Magnetismo y Componentes Electrónicos

Conceptos Fundamentales de Electricidad

La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de electrones a través de un material conductor.

Magnitudes Eléctricas Principales:

• Tensión (o Voltaje): Indica la diferencia de potencial eléctrico o energía entre dos puntos. Se mide en voltios (V).
• Resistencia: Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).
• Intensidad de Corriente: Expresa la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor en la unidad de tiempo (generalmente, por segundo). Se mide en amperios (A).
• Ley de Ohm: Establece la relación fundamental entre la tensión (V), la intensidad (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico: V = I * R.

Tipos de Corriente Eléctrica

Corriente Continua (CC)

La tensión y la intensidad de la corriente continua (CC) son constantes en el tiempo. Su polaridad es fija. Proviene de fuentes como pilas, baterías o fuentes de alimentación específicas. Su valor suele ser de unos pocos voltios en aplicaciones comunes.

Corriente Alterna (CA)

La corriente alterna (CA) es la que llega a los edificios a través de la red eléctrica. Es producida por los alternadores de las centrales eléctricas. Su tensión e intensidad varían cíclicamente con el tiempo, cambiando de polaridad periódicamente (normalmente 50 o 60 veces por segundo, lo que se conoce como frecuencia).

Medición de Magnitudes Eléctricas

Se utilizan diversos instrumentos para medir las magnitudes eléctricas:

• Amperímetro: Mide la intensidad de corriente que pasa por un punto del circuito. Se conecta en serie.
• Voltímetro: Mide el valor de la tensión o diferencia de potencial entre dos puntos. Se conecta en paralelo.
• Ohmetro (u Óhmetro): Mide el valor en ohmios (Ω) de una resistencia eléctrica. La medición debe realizarse con el componente desconectado del circuito.
• Vatímetro: Mide la potencia eléctrica consumida por un aparato o circuito. Se mide en vatios (W).

Magnetismo y Electromagnetismo

En cualquier imán se distinguen dos polos: norte (N) y sur (S). Polos iguales se repelen y polos opuestos se atraen.

Tipos de Imanes:

• Naturales: Minerales con propiedades magnéticas intrínsecas, como la magnetita (un óxido de hierro).
• Artificiales: Materiales que adquieren propiedades magnéticas tras ser sometidos a un campo magnético o por el paso de corriente eléctrica.

Electromagnetismo

Cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, genera un campo magnético a su alrededor. La fuerza de este campo es proporcional a la intensidad de la corriente. Un electroimán es un tipo de imán artificial que consiste en una bobina de alambre conductor enrollada (a menudo alrededor de un núcleo de material ferromagnético) y funciona únicamente cuando circula corriente eléctrica a través de ella. Suelen ser más potentes que los imanes naturales y su campo magnético puede controlarse variando la corriente. Se utilizan en aplicaciones como altavoces, timbres, relés, grúas electromagnéticas, etc.

Generadores y Motores Eléctricos

Generadores Eléctricos

Convierten energía mecánica en energía eléctrica.

• Dinamo: Generador de corriente continua. Un ejemplo clásico son las dinamos usadas antiguamente en las bicicletas para alimentar los faros.
• Alternador: Generador de corriente alterna. Son fundamentales en las centrales eléctricas para producir la electricidad que llega a la red, y también se usan en los automóviles para cargar la batería.

Motores Eléctricos

Convierten energía eléctrica en energía mecánica (movimiento).

Componentes Principales de un Motor de CC Simple:

• Rotor (o Inducido): Parte móvil que gira. Generalmente consiste en bobinas de cobre enrolladas sobre un núcleo de hierro, montado sobre un eje.
• Estator (o Inductor): Parte fija que crea el campo magnético principal. Puede ser un imán permanente o un electroimán.
• Colector (Colector de delgas): Conjunto de láminas conductoras montadas sobre el eje del rotor, aisladas entre sí. Gira junto con el rotor.
• Escobillas: Contactos fijos (generalmente de grafito) que rozan con el colector, permitiendo el paso de la corriente eléctrica desde la fuente de alimentación (pila, batería) hacia las bobinas del rotor.

Principio de Funcionamiento (Motor CC):

El rotor se sitúa dentro del campo magnético del estator. Al conectar el motor a una fuente de alimentación a través de las escobillas y el colector, la corriente circula por las bobinas del rotor, convirtiéndolo en un electroimán. La interacción entre los polos magnéticos del rotor y del estator (fuerzas de atracción y repulsión) genera un par de fuerzas que hace girar el rotor. El colector y las escobillas se encargan de invertir el sentido de la corriente en las bobinas del rotor cada media vuelta, asegurando que el par de fuerzas siga impulsando el giro de forma continua.

Componentes Electrónicos Pasivos y Activos

Resistores (Resistencias)

Son componentes pasivos diseñados para ofrecer una oposición específica (resistencia) al paso de la corriente eléctrica.

Tipos de Resistores:

• Fijos: Tienen un valor de resistencia constante y predeterminado (identificado por un código de colores o numérico).
• Variables: Su valor de resistencia puede cambiar. Se subdividen en:
  • Potenciómetros y Reóstatos: Permiten variar manualmente su resistencia mediante un cursor o eje giratorio.
  • Dependientes: Su resistencia varía en función de algún parámetro físico ambiental:
    • LDR (Fotorresistencias): Dependen de la luz incidente.
    • Termistores (NTC/PTC): Dependen de la temperatura.
    • Varistores (VDR): Dependen de la tensión aplicada.

Aplicaciones Comunes:

• Limitación de corriente.
• Divisores de tensión.
• Polarización de transistores.
• Calefacción (efecto Joule).

Condensadores (Capacitores)

Son componentes pasivos diseñados para almacenar carga eléctrica (energía en forma de campo eléctrico). Están constituidos fundamentalmente por dos placas conductoras (armaduras) separadas por un material dieléctrico (aislante). Su característica principal es la capacidad (o capacitancia), que mide cuánta carga pueden almacenar para una tensión dada. Se mide en faradios (F), aunque son más comunes sus submúltiplos como microfaradios (µF), nanofaradios (nF) y picofaradios (pF).

Aplicaciones Comunes:

• Filtrado de señales (eliminación de rizado en fuentes de alimentación).
• Temporización en circuitos osciladores.
• Almacenamiento de energía a corto plazo.
• Arranque de motores monofásicos de CA.
• Acoplamiento y desacoplamiento de señales.

Diodos

Son componentes electrónicos semiconductores que permiten el paso de la corriente eléctrica predominantemente en un solo sentido (polarización directa) y la bloquean casi por completo en el sentido contrario (polarización inversa). Se fabrican a partir de materiales semiconductores como el silicio o el germanio.

Tipos y Aplicaciones Comunes:

• Diodos Rectificadores: Convertir corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).
• Diodos Zener: Mantener una tensión constante (regulación de tensión).
• Diodos LED (Light Emitting Diode): Emiten luz cuando circula corriente en sentido directo. Usados en iluminación e indicadores visuales.
• Fotodiodos: Generan una corriente o varían su resistencia en función de la luz recibida (sensores de luz).
• Diodos Schottky: Conmutación rápida y baja caída de tensión directa.
• Aplicación general: Protección contra inversión de polaridad.