CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BASICA QUÉ ES LA CORRIENTE ELÉCTRICA? Los electrones de las órbitas exteriores de un átomo pueden ser fácilmente obligados a salir de ellas, porque están atraídos por el núcleo con menos fuerza que los electrones cuyas órbitas están más cerca del núcleo. En ciertos materiales, llamados conductores, se necesita muy poca energía para extraer del átomo sus electrones exteriores, ya que su última capa está incompleta (es inestable) y muy alejada del núcleo, con lo cual, la fuerza de atracción es reducida. En la práctica, el calor existente a la temperatura ambiente es suficiente para liberar los electrones exteriores de los materiales que son buenos conductores, resultando así que en estos materiales existen normalmente un gran número de electrones “libres”.
Recordemos que un átomo es extraordinariamente pequeño y que en un centímetro cúbico de cualquier sustancia, hay un número enorme de átomos. Por ejemplo en un centímetro cúbico de cobre, el número de átomos que hay es apro ximadamente 1024 , o sea, un “1” seguido de 24 ceros.
Supongamos ahora un alambre o hilo de cobre y cuyos extremos están unidos respectivamente a un polo positivo y a un polo negativo respectivamente. Todos los electrones libres en el cobre serán atraídos por el extremo positivo y repelidos por el extremo negativo. Este movimiento de electrones libres en el mismo sentido a lo largo del hilo es lo que se llama corriente eléctrica.
Si observáramos una botella en posición horizontal llena de agua, veríamos que el agua permanece estancada en su interior. Si eleváramos el fondo de la botella provocaríamos una diferencia de altura (diferencia de potencial) que haría que se moviese el
agua hacia fuera de la botella (corriente eléctrica). Las leyes que gobierna el comportamiento de la electricidad son perfectamente comparables a las que definen el comportamiento de los fluidos.
Al unir los extremos del hilo respectivamente a los polos positivo y negativo, decimos que se provoca una corriente eléctrica porque hay una diferencia de potencial entre los extremos del cable.
PRUEBAS ELECTRICAS CAP. 1 – 2 2
1
CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BASICA
CÓMO SE MIDE LA CORRIENTE
Cómo se miden las cargas eléctricas Visto lo visto, sabemos que la unidad básica o elemental de carga eléctrica es la cantidad de carga negativa que posee un electrón, pero esta carga es enormemente pequeña, por lo que en todas las aplicaciones prácticas se utiliza una unidad más cómoda. Para medir el agua u otro líquido cualquiera siempre se han utilizado unidades de medida razonables, pero a nadie se le hubiera ocurrido medir contando el número de gotas de líquido contenidas en un recipiente. Así mismo para medir los de cereales se emplean unidades adecuadas, pero no se cuentan los millones de granos de trigo, por ejemplo cuando éste se compra o vende. En la medición de la carga eléctrica, la unidad que se emplea es el culombio. Un culombio es igual a 6.260.000.000.000.000.000 de electrones aproximadamente, es decir, 6.26 trillones, y esto puede darnos una idea de lo pequeñísi-
mo que es un electrón.
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA. UNIDAD DE MEDIDA La corriente eléctrica, como ya sabemos, está producida por un gran número de electrones que se mueven en el mismo sentido a través de un material conductor. La unidad con que se mide la intensidad de la corriente eléctrica es el amperio. Recordemos que, mientras un culombio es una medida de cantidad y representa solo el número de electrones que pasan por el conductor, un amperio es una medida de intensidad, o sea cantidad de electrones que pasa por un conductor en un tiempo determinado (caudal de electrones).
PRUEBAS ELECTRICAS CAP. 1 – 2
2
CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BASICA
Medición de la intensidad de corriente El dispositivo que se utiliza para medir la intensidad de la corriente que pasa por un conductor, se llama amperímetro.
El amperímetro debe conectarse de forma que pueda “contar” todos los electrones que p asen por el hilo y la única manera de conseguirlo es “abrir la línea” e intercalar en ella el amperímetro, esto es, una cone-
xión en serie. Sería igual que si quisiéramos contar el aire que entra a un motor, cortaríamos el tubo de entrada de aire al colector de admisión e intercalaríamos en él un caudalímetro de aire, de forma que todo el aire que entra al motor pase a través del mismo.
Cualquiera que sea la magnitud que se desea medir, siempre es conveniente utilizar una unidad adecuada. Para medir grandes intensidades, el amperio es la unidad más adecuada, pero frecuente mediremos intensidades de corriente menores que un amperio, es decir, solo algunas milésimas o incluso millonésimas de amperios, es por ello que es muy habitual el uso de concepto como miliamperio (mA) o microamperio ( µA).
PRUEBAS ELECTRICAS CAP. 1 – 2
3
CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BASICA
¿QUÉ ES LO QUE PRODUCE LA ELECTRICIDAD? Sabemos que la corriente eléctrica aparece en un material cuando el movimiento casual o arbitrario de los electrones libres es sustituido por un movimiento ordenado y en un solo sentido, de dichos electrones. También sabemos que este movimiento (siempre de negativo a positivo) continuará mientras exista una diferencia de potencial de carga entre dos puntos del material, de la misma forma que una botella llena de agua estaría vertiendo su contenido mientras esta esté inclinada o exista una diferencia de altura entre sus extremos. La diferencia de potencial de carga solo puede ser creada por una fuente externa que entregue la energía necesaria para mover los electrones, de modo que en un punto dado haya una deficiencia o exceso de ellos. Cualquiera que sea la fuente de energía empleada (calor, presión, magnetismo, etc.), esta energía externa se convierte en energía eléctrica potencial en el instante en que se crea la diferencia de carga. La energía eléctrica potencial creada origina lo que se llama fuerza electromotriz, que se escribe abreviadamente “f. e. m.”. Esta f.e.m. es la causa que produce la corriente eléctrica, y la energía eléctrica de
esta se emplea en hacer que los electrones se muevan.
Aunque como concepto la fuerza electromotriz y la diferencia de potencial no sean la misma cosa, en la práctica si lo son, y es por ello que la unidad de medida para medir la f.e.m. y la diferencia de potencial, es el voltio. La diferencia de potencial tiene también el nombre de tensión.
PRUEBAS ELECTRICAS CAP. 1 – 2
4
CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BASICA
CIRCUITO ELÉCTRICO Cuando pasa la corriente por un hilo conductor, millones y millones de electrones almacenados en el terminal negativo de la batería, salen de él atravesando el cable, y entran en la batería por su terminal positivo.
Cualquier combinación de conductor y fuente de energía electromotriz que permita el desplazamiento continuo de los electrones, forma lo se llama circuito eléctrico.
Tensión, diferencia de potencial o fuerza electromotriz Se mide en v oltios. El instrumento de medición: Voltímetro
V
Es la fuerza que obliga a que la corriente circule
La tensión se representa indistintamente con una V o bien con una U.
UNIDADES DE TENSIÓN
M ultiplos
Me gavolt
Kilovolt
X 1000 000
X 1000
UNIDAD Voltio
Submultiplos
milivolt 1000
÷
microvolt 1000 000
÷
El aparato para medir la tensión es al voltímetro y se conecta en paralelo entre los puntos a medir. El voltímetro nos indica la diferencia de potencial entre dos puntos Si recordamos el ejemplo de la botella inclinada, el voltímetro nos diría la diferencia de altura entre dos puntos de la misma.
PRUEBAS ELECTRICAS CAP. 1 – 2
5
CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BASICA
LA RESISTENCIA Hemos definido la corriente eléctrica como el movimiento ordenado de los electrones a través de un conductor. Para que esto se produzca hay que vencer una doble oposición. Por una parte la tendencia del átomo a retener sus electrones libres, esto depende de cada material y por ello hay materiales que son conductores y otros aislantes. Por otra, los impedimentos que encuentre el electrón en su desplazamiento incluido el propio hilo conductor.
La unidad de resistencia La unidad fundamental de resistencia es el ohmio. Un ohmio es el valor de la resistencia de un conductor, por el que circula una intensidad de un amperio, cuando se aplica entre sus extremos una diferencia de potencial (tensión) de un voltio. Resistencia. Se mide en Ohmios
R
El instrumento de medición: Ohmetro Representa el obstáculo que la corriente encuentra en su camino
RePRUEBAS ELECTRICAS CAP. 1 – 2
6
CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD BASICA
En un circuito eléctrico, aunque los conductores (cables) tienen una resistencia, mayor cuanto más largos y más finos sean, su resistencia se desestima. Lógicamente siempre que el circuito esté debidamente diseñado.
Para medir una resistencia es necesario desconectarla o extraerla del circuito donde esté instalada.
Conversión de unidades de medida Evitaremos muchos quebraderos de cabeza y confusiones aplicando la tabla que se incluye a continuación para convertir las unidades que utilizaremos comúnmente con su dimensión adecuada. En la electricidad o electrónica se tendrá que convertir con frecuencia una unidad de medida en otra, no solo cuando hablemos de amperios, ohmios o voltios, sino también de otras unidades como, vatios y faradios, que más adelante estudiaremos. A todas ellas les son aplicables las mismas reglas de conversión. Se utiliza un sistema de prefijos que se antepone a los nombres de las unidades fundamentales de medida para indicar si es un múltiplo o un submúltiplo de dicha unidad fundamenta. A cada prefijo se le ha asignado un símbolo o abreviatura para ahorrar tiempo y espacio en su manejo. He aquí las tablas :
PRUEBAS ELECTRICAS CAP. 1 – 2
7
