Introducción a la electricidad

La electricidad, del griego elektron –ámbar–, es un fenómeno físico que presenta su origen en las cargas eléctricas y que se manifiesta en fenómenos térmicos (estufas, hornos), mecánicos (motores eléctricos), luminosos (luz) y químicos (cargadores de pilas, electrolisis), entre otros. La electricidad se puede observar en la Naturaleza en los relámpagos y es necesaria para el funcionamiento de nuestro sistema nervioso. Está presente en cualquier aspecto de nuestra vida; desde los más pequeños dispositivos electrónicos, como un MP4 o un móvil, hasta los potentes trenes de alta velocidad. Desde el siglo pasado la electricidad no se había empleado de un modo tan amplio como se hace a día de hoy. La importancia que tiene actualmente en nuestras vidas es tan evidente que no hay manera de medirla de una forma sencilla o que resulte evidente. No podemos encontrar en el planeta una ciudad, por pequeña que sea, que no requiera una gran cantidad de electricidad en su día a día. Son tantas y tantas las cosas que funcionan con corriente eléctrica que no podríamos mencionar todas ellas.

No sólo la electricidad puede transformarse en otras formas de energía, como las comentadas anteriormente, sino que puede transportarse
económicamente a grandes distancias para emplearla allí necesaria: ciudades, núcleos rurales, centros industriales, etc. donde sea Año a año el consumo mundial de energía eléctrica crece sin freno, por lo que hemos de aprender a obtener la misma de la forma menos contaminante posible y, por tanto, más saludable para nuestro medio ambiente. La electricidad, como tal, es una fuente limpia, pero su producción puede llegar a ser realmente contaminante. Si poseemos los conocimientos adecuados de las leyes del electromagnetismo y sabemos, así mismo, los diferentes modos de obtener electricidad y poner de manifiesto sus efectos magnéticos, mecánicos o químicos; resultará bastante sencillo aplicar la misma a cualquier proyecto tecnológico que la mente del hombre sea capaz de imaginar. También podemos hablar de electricidad refiriéndonos a la rama de la Física que estudia las leyes que rigen este fenómeno físico; así como también a la parte de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas

Magnitudes eléctricas

Para comprender el funcionamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos y poder diseñarlos necesitamos conocerlas magnitudes eléctricas que los caracterizan y saber medirlas

Tensión o voltajeUn punto con carga eléctrica negativa, se dice que posee potencial negativo y viceversa, un punto con carga eléctrica positiva, se dice que posee potencial positivo. Entre estos dos puntos, se dice que existe una diferencia de potencial, conocida técnicamente como tensión o voltaje. Este concepto de tensión es el responsable de que se materialicen los fenómenos mencionados en la definición de electricidad. La tensión se representa por la letra U o V y su unidad de medida es el voltio (V), utilizándose también en electricidad el kilovoltio (kV), igual a mil voltios.

Intensidad de corriente eléctricaSi se imaginan dos puntos entre los que existe una diferencia de potencial, es decir, una tensión, esto quiere decir que en uno de los puntos hay más electrones que en el otro. Si se uniesen ambos puntos con un material conductor de la electricidad (un cable) los electrones pasarían del punto que tiene más electrones al punto que tiene menos electrones, buscando el estado neutro. A esta circulación de electrones se la denomina corriente eléctrica y a la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo se la denomina intensidad de corriente eléctrica. La intensidad o corriente se representa por la letra I y su unidad de medida es el amperio (A), utilizándose también en electricidad el miliamperio (mA) y el kiloamperio (kA).

Resistencia eléctricaEn una corriente eléctrica, los electrones han de atravesar la materia, pero esta no se encuentra vacía, sino que hay más partículas, por lo que los electrones, en su camino, van chocando con estas partículas. A la dificultad que tienen los electrones de circular por la materia se le denomina resistencia eléctrica. Los materiales que sean buenos conductores de la electricidad tendrán resistencia eléctrica pequeña, como es el caso de los cables. Y los materiales que sean malos conductores de la electricidad tendrán resistencia eléctrica elevada, como es el caso de los aislantes. La resistencia eléctrica se representa por la letra R y su unidad de medida es el ohmio (Ω), utilizándose también en electricidad el kilohmio (kΩ).

Energía eléctrica en física la energía es la fuerza que se necesita para hacer un trabajo la energía se representa por la letra E. A pesar de que en física la unidad de energía es el julio (J), para la energía eléctrica se emplea el vatio-hora (Wh) y el kilowatio-hora (kWh).

La potencia eléctrica es la velocidad a la que se consume la energía eléctrica. Potencia es igual a energía por unidad de tiempo. En otras palabras, la potencia eléctrica de un determinado elemento es la energía que genera o consume dicho elemento en un segundo. En corriente alterna, existen básicamente dos tipos de potencia:
*Potencia activaes aquella potencia que genera un trabajo útil, ya sea para generar luz, calor, movimiento, etc. La potencia activa se representa mediante la letra P y su unidad de medida es el watio (W), utilizándose además el kilowatio(kW). 1 kW = 1.000 W

*Potencia reactiva Es aquella potencia necesaria para mantener el campo eléctrico en los condensadores o el campo magnético en las bobinas. La mayor fuente de energía reactiva son los motores eléctricos, ya que para que estos giren hay que mantener un campo magnético en su interior. La potencia reactiva se representa por la letra Q y su unidad de medida es el voltamperio reactivo (VAr), utilizándose además el kilovoltamperio reactivo (kVAr).

Magnitud	Medida
Tensión o voltaje	Voltio (V)
Intensidad de corriente eléctrica	Amperio (A)
Resistencia Eléctrica	Ohmio (Ω)
Energía eléctrica	Julio (J)
Potencia eléctrica	Watio (W)

Mediciones o unidades eléctricas

Las mediciones eléctricas son los métodos, dispositivos y cálculos usados para medir cantidades eléctricas. La medición de cantidades eléctricas puede hacerse al medir parámetros eléctricos de un sistema

Voltio

Unidad de medida

Descripción

El voltio

La unidad de medida de la diferencia de potencial es el voltio o volt. Es la medida de la cantidad de trabajo necesaria para mover una carga de un culombio. Así, entre dos puntos habrá una diferencia de potencial de un voltio cuando, para mover entre dichos puntos una carga de 6,28 x 10 18 electrones, sea necesario emplear un trabajo de 1,03 newtons · metro. El símbolo de la diferencia de potencial es E , símbolo de la fuerza electromotriz, indicando la capacidad para hacer el trabajo necesario de mover electrones

Culombio

Unidad de medida

Descripción

El culombio

Unidad de carga En las aplicaciones prácticas de la electricidad son necesarias cargas miles de millones de protones y electrones. Por lo tanto, es conveniente unidad práctica que se denomina culombio o coulomb, igual a la carga eléctrica 6,28 · 10^18 electrones (o protones) almacenados en un dieléctrico. El símbolo emplear para designar la cantidad de carga eléctrica es q. Así, por ejemplo, la carga de 6,28 · 10^18 se conoce como q = 1.

Amperio

Unidad de medida	Descripción
El amperio oampere	La corriente eléctrica es movimiento de carga, por lo que la unidad de medida de la cantidad de corriente se puede definir en relación con el flujo de carga. Así, cuando el flujo de carga que pasa por un punto determinado es igual a 6,28 · 10^18 electrones por segundo, el valor de la corriente es de un amperio.Es el equivalente a una carga eléctrica de un culombio por segundo

El Ohmio

Unidad de medida	Descripción
El ohmio	La unidad de medida es el ohmio u ohm. Una resistencia eléctrica de 1 ohmio (1 julio) de energía calorífica cuando por ella circula una corriente Un material que sea buen conductor, como el cobre, puede tener de 0,01 ohmios en una longitud de 300 mm, el hilo de la resistencia de 600 vatios tiene una resistencia de 144 ohmios.

En el campo de las instalaciones electrónicas existe una gran cantidad de magnitudes, rangos de valores y distintas tipologías; por tanto, se empleará un buen número de aparatos de medid distintos.

· Voltímetro.	Es un instrumento de medida capaz de mostrar el valor de la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuito eléctrico. El voltímetro deberá ser conectado siempre en paralelo a los bornes del elemento a medir su tención, nunca en serie. Debido a la gran impedancia de entrada del voltímetro, se considera que afectos prácticos no circulará corriente atreves de él, no alterando, por tanto, él valor de la medida.
Amperímetro.	Es un instrumento de medida que permite obtener el valor de la intensidad de la corriente eléctrica que circula por cualquier elemento del circuito eléctrico. Su resistencia interna es casi nula; por tanto, este elemento ha de ser conectado en serie con la carga ya que su caída de tensión es casi nula y no ofrece variaciones en el sistema. Al igual que el voltímetro, resulta interesante tener en cuenta polaridades a la hora de realizar mediciones en corriente continua, conectando la pinza roja en el positivo y la pinza negra en el negativo.
Óhmetro.	Es un instrumento de medida diseñado para obtener el valor de la resistencia eléctrica de un elemento o circuito eléctrico. Para realizar mediciones con él, en primer lugar será necesario aislar el elemento a medir para evitar posibles realimentaciones y comenzar midiendo ajustando (el cero) del aparato de medición. Su principio de funcionamiento se basa en la aplicación de una pequeña diferencia de potencial de valor conocido para simultáneamente medir mediante un galvanómetro la corriente eléctrica, relacionada con la resistencia mediante la ley de ohm.
Vatímetro y varímetro.	Son 2 elementos utilizados en las mediciones de potencia. El vatímetro mide la potencia activa y el varímetro la potencia relativa, mientras que la potencia aparente ha de ser medida con voltímetro y amperímetro multiplicando los resultados de ambos. En el momento de aplicar en medida de estos elementos en sistema trifásicos, se deberá tener en cuenta los diferentes tipos existentes y sus especificas características para actuar de una u otra manera. Los sistemas a los que se hace referencia son los siguientes: · Con neutro, sistema equilibrado. · Con neutro, sistema desequilibrado · Sin neutro, sistema equilibrado · Sin neutro, sistema desequilibrado Para cada uno de ellos se detallan los esquemas en la realización de medidas.
Polímetro	El polímetro o multímetro es un elemento de medida portátil que permite realizar diversos tipos de medida en un único aparato, lo que lo hace especialmente practico a la hora de realizar los trabajos.
Medidor de polaridad o busca polos.	El medidor de polaridad, mas conocido como buscapolos, es un elemento que permite comprobar si existe diferencia de potencial entre dos puntos. Si existe tensión, el aparato lo mostrara mediante una señal luminosa, acústica o mostrando en la pantalla el valor de la tensión preestablecido por el aparato. Si no muestra ninguna señal, o marca cero, indicará que la diferencia de potencial entre los puntos es nula.
Medidor de continuidad.	Mediante un medidor de continuidad es posible comprobar si dos puntos están unidos mediante un elemento conductor. Esto es muy útil a la hora de comprobar si dos zonas están comunicadas, o para comprobar si un elemento conductor está cortado en algún punto de su longitud, así como para detectar contactos accidentes entre conductores activos y masas.
Analizador de redes.	Es un instrumento de medida capaz de ofrecer diferentes medidas y comprobaciones en las mismas para determinar el estado d las instalaciones y redes eléctricas. Es especialmente útil para el análisis de parámetros relacionados con los armónicos y permite la monitorización, almacenamiento de mediciones, representaciones graficas numerosas funciones de interés para el instalador. Los beneficios que ofrece son numerosos, tales como: · Optimización de las instalaciones según el consumo de energía. · Perturbaciones y ruidos. · Controla y gestiona las instalaciones. · Calidad en los suministros. · Curvas de demanda. Comprueba las saturaciones en la red.

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