Carga
Es el principio fundamental para explicar todos los fenómenos eléctricos. En palabras técnicas, es una propiedad eléctrica de las partículas atómicas de las que se compone la materia, medida en coulomb (C).
Otra de sus definiciones puede
ser:
La carga eléctrica, es una propiedad de la
materia que existe en virtud de exceso o deficiencia de electrones, es
simbolizada mediante la letra Q.
Cabe señalar los siguientes puntos sobre la
carga eléctrica:
1. El
coulomb es una unidad grande para cargas. En 1 C de carga, hay 6.24x10¹⁸ electrones. Así, valores realistas o de
laboratorio de cargas son del orden de pC, nC o µC.
2. De
acuerdo con observaciones experimentales, las únicas cargas que ocurren en la
naturaleza son múltiplos enteros de la carga electrónica
La carga eléctrica se puede
clasificar en dos tipos:
Positiva: Son los átomos que tienen una mayor cantidad de neutrones, esto se debe a que perdieron electrones para poder formar enlaces químicos.
Negativa: Son aquellos átomos
que tienen más electrones que neutrones, esto sucede cuando interactúan con
otro átomo y este le transfiere uno o varios electrones para poder llenar su última
capa de valencia.
Corriente
El voltaje proporciona energía
a los electrones, lo que les permite moverse por un circuito. Este movimiento
de electrones es la corriente, la cual produce trabajo en un circuito
eléctrico.
Como se ha aprendido, en todos
los materiales conductores y semiconductores están disponibles electrones
libres. Estos electrones se mueven al azar en todas direcciones, de un átomo a otro,
dentro de la estructura del material, tal como indica la figura.
Si en un material conductor o semiconductor se
establece voltaje, un extremo del material se vuelve positivo y el otro negativo,
como indica la figura. La fuerza repulsiva producida por el voltaje negativo en
el extremo izquierdo hace que los electrones libres (cargas negativas) se muevan
hacia la derecha. La fuerza de atracción producida por el voltaje positivo en
el extremo derecho tira de los electrones libres hacia la derecha. El resultado
es un movimiento neto de los electrones libres desde el extremo negativo del
material hasta el extremo positivo, como indica la figura.
El movimiento de estos
electrones libres del extremo negativo del material al extremo positivo es la
corriente eléctrica, simbolizada mediante I. La corriente eléctrica es la
velocidad que lleva el flujo de la carga.
En un
material conductor, el número de electrones (cantidad de carga) que fluyen más
allá de cierto punto en una unidad de tiempo determinan la corriente.
dónde: I = Corriente en
amperes (I)
Q
= Carga en coulombs (C)
t = Tiempo en segundos (S)
La
corriente se puede clasificar en dos tipos:
Corriente
directa o continua: La corriente directa (CD) siempre fluye en la misma
dirección en un circuito eléctrico. Los electrones fluyen continuamente en el
circuito del terminal negativo de la batería al terminal positivo. Incluso
cuando ninguna corriente está atravesando el conductor, los electrones en el
alambre se están moviendo a velocidades de hasta 600 millas (1000 kilómetros)
por segundo, pero en direcciones al azar porque el alambre tiene una
temperatura finita.
Corriente
alterna: En este tipo de corriente, la intensidad varia con el tiempo y además,
cambia de sentido de circulación a razón de 60 veces por segundo (frecuencia de
60Hz). También la tensión generada entre los dos bornes (polos) varia con el
tiempo en forma de onda sinodal, por lo que no es constante. Veamos cómo es la
gráfica de la tensión en corriente alterna.
Gráfica de comportamiento de las corrientes
Tensión
Para mover el electrón en un
conductor en una dirección particular es necesario que se transfiera cierto
trabajo o energía. Este trabajo lo lleva a cabo una fuerza electromotriz
externa (fem), habitualmente representada por la batería. Esta fem también se conoce
como tensión o diferencia de potencial. La tensión vab entre dos puntos a y b en un circuito
eléctrico es la energía (o trabajo) necesaria para mover una carga unitaria
desde a hasta b;
Donde w es la energía en
joules (J), y q es la carga en coulombs (C). La tensión vab, o
simplemente v, se
mide en volts(v). Con base en la ecuación, es evidente que
1 volt = 1 joule/coulomb = 1 newton-metro/coulomb
Asi,
Tensión (o diferencia de
potencial) es la energía requerida para mover una carga unitaria a través de un
elemento, medida en volts (V).
Los signos más (+) y menos (-)
se usan para definir la dirección o polaridad de tensión de referencia.
A una tensión constante se le
llama tensión de cd y se le representa como V, mientras que a una tensión que
varía senoidalmente con el tiempo se le llama tensión de ca y se le representa
como v. Una
tensión de cd la produce comúnmente una batería; una tensión de ca la produce
un generador eléctrico.
Potencia
La potencia está relacionada con la energía, que es la capacidad
para realizar un trabajo.
Potencia es la variación respecto del tiempo de entrega o
absorción de la energía, medida en watts (W).
Esta relación se escribe como
Donde P es la potencia, en watts (W);
es
la energía, en joules (J), y t es el tiempo, en segundos (s).
Se observa que P también tiene unidades de joules por segundo.
Si se sustituye W = 1J y t = 1s, se obtiene P = 1J/1s = 1w. A partir de esto,
se puede ver que un watt es un joule por segundo.
