Conceptos básicos de Electricidad

La corriente eléctrica es el principio de todos los dispositivos y proyectos presentados en este blog. La electricidad mueve al mundo. Todos los dispositivos electrónicos, las telecomunicaciones, la producción y distribución de alimentos, los servicios de la salud, en fin, todo requiere electricidad para funcionar.

Pero, ¿qué es la electricidad?.

Pues es un conjunto de fenómenos relacionados al flujo de cargas eléctricas. Las cargas eléctricas que fluyen a través de un conductor forman una corriente eléctrica. Explicar como ocurre el flujo de cargas es bastante complicado por lo que no vamos a entrar en detalles. Para este sitio lo más importante es que los lectores puedan comprender algunos de los conceptos más básicos como voltaje, corriente, resistencia, capacitancia y potencia, entre otros.

• Conductores y Aislantes

La corriente eléctrica se produce cuando hay un flujo de cargas de un punto a otro. En la naturaleza existen diferentes materiales que permiten este flujo de partículas cargadas de un punto  se dé de una manera más facil, es decir, oponen una resistencia muy pequeña al flujo de cargas.

Estos materiales que en su mayoría están formados por elementos metálicos reciben el nombre de contuctores.

Aquí les presento una lista de los mejores conductores que existen en la naturaleza:

Es, sin duda, la plata el mejor conductor. Sin embargo, por ser muy cara, se utiliza el segundo elemento de la lista, el cobre, como principal conductor eléctrico a nivel mundial.

Los elementos que poseen una alta resistencia al paso de la electricidad se les llama aislantes. Aquí resalta el caucho, el latex, el aire, el vidrio, la madera, el concreto, entre muchos otros.

La propiedad que tiene un material para oponerse al flujo de la corriente se conoce como Resistencia Eléctrica.

Existen también materiales que se comportan como aislantes y como conductores bajo condiciones especiales. Estos materiales son llamados Semi Conductores, entre los que destacan el Silicio, el Carbono y el Germanio.

Estos son los materiales con los que se construyen los elementos con los que se hacen los circuitos, como los diodos, los transistores, los circuitos integrados, etc.

En el mundo los aislantes están por todos lados: en las líneas eléctricas, las líneas telefónicas, internet y televisión, los electrodomésticos, computadoras y toda clase de dispositivos que funcionen con electricidad.

También podemos observar que estos conductores están recubiertos de materiales aislantes como el caucho, para evitar que el usuario reciba descargas o que halla ruido en las señales que se transmiten.

En internet hay mucha información acerca de este tema, por lo que si usted desea expandir sus conocimientos no dude en «googlear» y le aseguro que encontrará muchísima información.

Para que se produzca una corriente eléctrica, las cargas deben moverse de un punto a otro. Esto siempre ocurre en un medio. Pero para que las cargas se muevan a través de ese medio es necesario que se «empuje» las partículas cargadas.

Es aquí donde entra el concepto de Voltaje. El voltaje o potencial eléctrico es en sí energía potencial. El flujo de cargas se da siempre desde un punto con un mayor potencial hasta un punto con un potencial menor.

Cuando utilizamos una batería (de 9 voltios) por ejemplo, el flujo de cargas se dan desde el terminal positivo, donde hay un potencial de 9 voltios, hasta el terminal negativo, donde el potencial eléctrico es 0 voltios.

En las instalaciones eléctricas de nuestras casas se utiliza una barra de cobre que se entierra en la tierra. Esta barra, conocida como «ground» o aterrizado es un punto de referencia para todos los circuitos que funcionen en una casa. La tierra tiene un potencial eléctrico de 0 voltios, es decir, es neutra. Cualquier fuente de poder como una batería o la corriente que recibimos del suministro eléctrico proporciona un potencial eléctrico. Si tomamos como ejemplo los 120 voltios de cualquier tomacorriente de nuestras casas, se considera este voltaje, 120, como la diferencia de potencial que existe entre ese punto y tierra.

Nosotros podemos utilizas cualquier aparato eléctrico en nuestros hogares gracias al potencial de 0V de la tierra. Si la tierra poseyera un potencial diferente de 0, no habría flujo de cargas y no podríamos obtener una corriente eléctrica.

Veamos una gráfica donde se explica mejor este concepto:

Tierra posee un potencial 0. El volatje o diferencia de potencial entre la fuente y tierra es 9 voltios, es decir: 9-0 = 9 voltios.

Sin embargo, si en vez de tierra se utilizara como referencia otra fuente o un punto con un potencial diferente de 0, el voltaje entonces no seria 9 voltios.

Como vemos, el voltaje que marca el voltímetro es 4 voltios. Esto se debe a que la definición de voltaje es como la diferencia de potencial entre 2 puntos. Diferencia significa sustracción, por lo que para sacar el voltaje necesitamos hacer una resta. El voltaje en el punto A es 9 voltios y en el punto B es 5 voltios.

V=Va-Vb

V=9-5=4 voltios

Este concepto es super importante para nosotros en este blog. Arduino trabaja con voltaje específico para cada modelo. Cuando se utiliza el digitalWrite Arduino entrega 5 voltios desde los pines que se hallan designado como salida. Si se va a utilizar digitalRead Arduino SOLAMENTE SOPORTA 5 VOLTIOS, por lo que si le aplicamos un potencial de más de 5 voltios terminaremos dañando nuestro microcontrolador y dejándolo completamente inservible.

La corriente siempre fluye desde un punto con mayor potencial hasta un punto con menor potencial.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=Mk_l5OCFLK8]

Algo que no debemos olvidar es que la corriente siempre busca la manera más fácil de llegar al punto con menor potencial. Como este punto casi siempre es tierra, podemos decir que la corriente siempre buscará la manera más fácil de llegar a tierra.

Con esto me refiero a que la corriente tratará de buscar el camino que oponga menor resistencia para trasladarse de un punto a otro.

Ya hemos visto que la plata es el material que opone la menor resistencia al paso de la electricidad.

Algo interesante que debemos saber es que aunque los materiales aislantes no conducen la corriente eléctrica, no podemos decir que esta condición se cumple para todos los casos.

Los materiales aislantes pueden conducir corriente eléctrica si son sometidos a un potencial eléctrico extremadamente alto.

Esto es lo que sucede con los relámpagos. Cuando las nubes adquieren un potencial eléctrico lo suficientemente alto como para romper la resistencia del aire, se produce una corriente eléctrica desde el punto con mayor potencial, osea las nubes, hasta el punto con menor potencial, es decir, la tierra.

Si cerca de la nube que ha adquirido el potencial suficiente para romper la resistencia del aire se encuentra un objeto lo suficientemente alto como para sobresalir sobre los demás objetos, digamos un árbol o una torre, la descarga no se producirá de la nube hacia la tierra, sino de la nube hacia ese objeto que esté por encima de los demás. Esto se debe a que, en el caso del árbol, la resistencia de la madera es menor que la del aire. La torre, por ser metálica conduce muy bien la electricidad.

Como la madera y el metal ofrecen menor resistencia al paso de la corriente, y como la corriente busca la manera más fácil de llegar a tierra, el relámpago golpea al punto más alto que encuentre ya que es más fácil llegar a tierra a través del metal o de la madera que a través del aire.

Esto es un comportamiento característico de la corriente. Hay muchos conceptos que explicar de este tema, pero eso ya será material para futuros aportes. Terminaré este post con una tabla donde se muestran las magnitudes más utilizados a la hora de hablar de electricidad.

Espero que les sirva de ayuda.

Saludos.