-
Estructura Atmica
Atomos: protones, electrones y neutrones
La corriente elctrica es el pasode electrones por un
conductor.Dichos electrones estn en todaslas cosas pero arraigados
a la es-tructura de un tomo constituyen-te de un elemento
qumico.
Para aclarar el tema, digamos quetodos los cuerpos estn
formadospor elementos qumicos (el agua,por ejemplo, est formada por
loselementos qumicos hidrgeno y ox-geno), y que un tomo es la
partems pequea a la que puede ser re-ducido un elemento qumico.
Constitucin del tomo: protones, electrones y neutrones
Si se pudiera dividir el tomode un elemento, tendramos
pe-quesimas partculas que son lasque dan a los tomos sus
particu-lares caractersticas. Debemos sa-ber que un tomo de un
elementose diferencia de un tomo de otroelemento en el nmero de
ciertaspartculas subatmicas que tienecada uno de ellos, y stos son
loselectrones. En el centro del tomoest el ncleo, que tiene dos
cla-ses de partculas: los protones ylos neutrones; alrededor del
n-cleo giran los electrones en rbi-
tas electrnicas, as como ocurrecon los planetas que giran en
tor-no al sol.
Una caracterstica importantsi-ma de los protones y neutrones
esque tienen carga elctrica, valedecir: tienen una energa
intrnse-ca y natural, puesta de manifiestopor las fuerzas que
pueden ejercersobre otras partculas del mismotipo y que originan
fenmenos deatraccin y repulsin entre part-culas cargadas
elctricamente. Seha constatado que dos electroneso dos protones se
repelen entres; es indudable que las dos part-culas tienen cargas
elctricas dedistinto signo: se las denomincarga elctrica positiva
(+) al pro-
LECCION 1
1
TEORIA: LECCION N 1
Qu es la Electricidad yqu la Electrnica?
Con esta leccin damos comienzo a este Curso de Electrnica(parte
terica) a distancia, con atencin personalizada, que per-sigue
formar al estudiante en los conceptos bsicos y medios deesta
disciplina, con el objeto de que pueda graduarse como Tc-nico
Reparador de Equipos Electrnicos. A continuacin damosalgunos
conceptos fundamentales que es preciso conocer paraencarar el
estudio con mayor simplicidad.
-
tn y, al electrn, carga elc-trica negativa (-). Sin embargo,los
neutrones del ncleo sonpartculas que tienen igualcantidad de carga
positiva quede negativa; por lo tanto, tie-ne un efecto neutro por
laanulacin mutua entre losdos, el neutrn no ejerce fuer-za elctrica
sobre un electrno protn y tiene la funcin deseparar los protones
que estnen el ncleo. Un tomo eselctricamente neutro y esoquiere
decir que la cantidadde electrones es igual al n-mero de protones;
ese nmero deelectrones se denomina "NUMEROATOMICO". Los neutrones
tienenintervencin en la masa atmica,que est prcticamente en el
n-cleo; el resto es espacio vacodonde los electrones giran a
gran-des velocidades (figura 1).
Iones positivos y negativos
Cuando por cualquier circuns-tancia un tomo gana o
pierdeelectrones, se dice que dicho to-mo se ha ionizado.
Se denomina ION POSITIVOcuando el tomo tiene ms proto-nes que
electrones e ION NEGA-TIVO cuando tiene ms electronesque protones.
Como cargas dedistinto signo se atraen, cuandoestn cerca iones
negativos y posi-tivos, stos se unen, pero tambinpuede ocurrir que
solamente sedesprendan los electrones que tie-ne de ms el in
negativo y se di-rijan hacia el in positivo paraneutralizar su
carga.
Cuando esto ocurre, se diceque el paso de los electrones
"neu-tralizadores de carga" constituyenuna CORRIENTE ELECTRICA.
Conductores, semiconductores y aislantes
Existen materiales que permi-ten el paso de los electrones
conmayor facilidad que otros. Se de-nomina conductor de la
corrienteelctrica a todo aquel material queofrece muy poca
resistencia al pa-so de los electrones (cobre, plata,oro, platino,
etc.) Un aislante dela corriente elctrica es todo aquelmaterial que
ofrece una elevadaresistencia al paso de los electro-nes. Existen
otros materiales que,segn como se los trate, se com-portan como
conductores o comoaislantes. Dicho de otra manera,son materiales
sobre los cuales sepuede "regular" el paso de la co-rriente
elctrica; a dichos materia-les se los denomina
SEMICON-DUCTORES.
Flujo de electrones
Se denomina corriente elctri-ca al paso de los electronespor un
conductor de la co-rriente elctrica (o semicon-ductor). Su unidad
es el am-pere (A) y "mide" la cantidadde electrones que atraviesana
un elemento en una unidadde tiempo.Para que pueda establecerseuna
corriente elctrica tieneque existir algo que impulsea los
electrones a circular deun lado a otro.
Diferencia de potencial, tensin, fuerza electromotriz
Como hemos dicho, para quese establezca una corriente elctri-ca
debe existir algo que impulse alos electrones para que se mue-van.
Por ejemplo, colocando ionesnegativos de un lado de un con-ductor e
iones negativos del otro,se establecer una corriente elc-trica que
ser ms grande cuantomayor sea la "diferencia de car-gas entre los
iones".
Se dice que para que exista unflujo de electrones debemos
apli-car "energa al conductor".Cuando la energa proviene deuna
fuerza del tipo elctrico, se ladenomina "fuerza electromo-triz"
porque permite el desplaza-miento de electrones al despren-derse de
los tomos.
Esa fuerza electromotriz puedeoriginarla una batera. Ejemplo:
elacumulador de un auto, una pilao un generador para alimentar
QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I
C A?
2
11
-
una ciudad, como los queusan las compaas de electri-cidad. Estas
fuentes de ener-ga tienen 2 terminales, o po-los negativo y
positivo, y sedice que existe una tensinelctrica o diferencia de
po-tencial, que produce la fuerzaelctrica ya mencionada.
Consideremos a una ten-sin o diferencia de potencialcomo un
"desnivel" que debeexistir entre 2 puntos de unconductor para que
se pro-duzca un movimiento de elec-trones y, entonces, una
co-rriente elctrica (figura 2).
Algo parecido es lo que su-cede en un ro, para que ocurra
undesplazamiento de agua: el terrenotiene que estar en desnivel; de
unamisma forma, si hay una diferenciade potencial en electricidad,
staes comparable a una diferencia depresin entre 2 extremos de
unacaera que lleva agua o cualquierfluido, y es producida por
unabomba. En la atmsfera, el vientoes similar a una corriente
elctrica,que se produce por una diferenciade presin que existe
entre unazona ciclnica y otra anticiclnica.La unidad denominada
VOLT, seutiliza para medir la tensin elctri-ca; se abrevia "V". Una
pila de car-bn genera entre bornes una ten-sin de 1,5V, un
acumulador deauto genera una tensin de 12V yla que genera la compaa
de elec-tricidad es de 220V, en Argentina.Muchas veces, en
electrnica usa-remos tensiones ms pequeas queel VOLT, pero en
electricidad in-dustrial es comn hablar de KI-LOVOLT (kV), que
equivale a1000V.
1 volt = 1.000 milivolt1V = 1.000mV
1 volt = 1.000.000 microvolt1V =1.000.000V
1 volt = 0,001 kilovolt1V = 0,001kV
Corriente elctrica
Un flujo de electrones en mo-vimiento como causa de la
apli-cacin de una fuerza elecromotrizo fuente de tensin a un
conduc-tor elctrico es lo que llamamoscorriente elctrica. El flujo
estformado por electrones libres que,antes de aplicarles la tensin,
eranelectrones que estaban sujetos porla atraccin de los ncleos de
lostomos que constituyen el con-ductor.
En sus trayectos, los electroneslibres chocan contra los iones
po-sitivos del material y retroceden yvuelven a ser acelerados por
lafuerza electromotriz. Los choques
son el motivo por el cual elconductor se calienta cuandolleva
corriente elctrica, yaque cualquier choque entre 2cuerpos ocasiona
un despren-dimiento de energa en formade calor.La corriente
elctrica por unconductor se define como "elnmero de electrones
libresque pasa una seccin cual-quiera del conductor en unmomento
especfico". Loselectrones llevan una cargaelctrica medida en
COU-LOMB y podemos decir quela corriente elctrica es la car-ga
elctrica transportada por
esos electrones durante el interva-lo de tiempo considerado. Si
lacarga elctrica es de 1Cb y eltiempo es de 1s, se obtendr
unacorriente elctrica de 1A (inicialde AMPERE, por el fsico
francsAMPERE), siendo la unidad de co-rriente elctrica. En
electrnica,esta unidad de medicin resultagrande, por tal motivo se
utilizanlos submltiplos del ampere.
1mA= 0,001A1A = 1000mA (miliampere)1A = 0,000001A1A = 1.000.000A
(microampere)1A = 0,001mA1mA = 1000A
Resistencia elctrica
Definamos la resistencia elctri-ca de un conductor como
unapropiedad del material que repre-senta la oposicin del mismo
fren-te al paso de la corriente elctrica.La oposicin se origina
como con-
QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I
C A?
3
22
-
secuencia de los choques en-tre los electrones libres de
lacorriente y los iones positivosdel metal. La causa de
estoschoques es el calentamientodel conductor, el que, a suvez, lo
transmite al medioambiente.
La resistencia se mide enOHM, llamado as por el fsi-co alemn que
lo descubri.La resistencia elctrica delmaterial depender detres
factores: la longitud,la seccin transversal y laresistividad del
material.Veamos cmo es la fr-mula matemtica:
x lR = ______ (ver fig. 3)
S
La resistividad del ma-terial () es un nmero ysu valor nos
muestra si esbueno, o no, pequeo ogrande; o sea, cmo es elmaterial
como conductorde electricidad, y se mideen x m (fig. 4). Cabe
aclararque, normalmente, la resistividadde un metal aumenta con la
tem-peratura.
CONDUCTANCIA: sedenomina as a la inver-sa de la resistencia,
sesimboliza con la letra Gy se mide en mho (alrevs de ohm) o en
SIE-MENS.
1G= ______ =
RLa unidad es:
mho = SIEMENS
CLASIFICACION DE LOS RESISTORES: Veamos una definicin de los
resistores. Son componentes elec-trnicos fabricados
especialmente
para que tengan ciertos valo-res de resistencia. En varioscasos,
los valores en ohm delos resistores son muy altos,utilizando
mltiplos del ohm,como, por ej., el kilo-ohm,igual a 1.000 ohm, que
tieneuna abreviatura k, y el mega-ohm, igual a 1.000.000 ohm,que
tiene una abreviatura M.Entonces:
1k = 10001M = 1000000 = = 1000k
Podemos agrupar a los re-sistores (figura 5) en:
1) Resistores de compo-sicin de carbn.2) Resistores de
pelculametlica.3) Resistores de alam-bre.
1) Estos se fabrican mez-clando polvo de carbn yun aglomerante
hasta darle
forma de barrita, para fijar los ter-minales. El conjunto se
encapsulacon una resina fenlica o baqueli-ta para protegerlo de la
humedad
y la temperatura, tieneun rango de valores deresistencia entre 1
y22M. En electrnica sonlos resistores ms usadospor su bajo costo
(figura6).
2) Estos se fabrican depo-sitando una pelcula me-tlica, que est
a alta tem-peratura, sobre un tubitode vidrio, al que se fijan
QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I
C A?
4
33
44
55
-
los terminales y se losencapsula como dijimosanteriormente.
Tienen unalto costo y se usan sola-mente cuando se necesitauna gran
exactitud en elvalor de resistencia; ejem-plo: instrumentos
electr-nicos (figura 7).
3) Se fabrican arro-llando un alambre hechode aleaciones de
cromo,nquel, etc., sobre un ci-lindro de cermica. Elconjunto se
recubrir debarniz, as se protege elalambre de la influenciade la
humedad y tempe-ratura. Estos son grandesy se utilizan para la
con-duccin de altas corrien-tes. El rango de valoresde resistencia
est entre1 y 100k (figura 8).
CODIGO DE COLORES PARA RESISTORES
Por el cdigo de co-lores se lee el valor deresistencia, que est
im-preso sobre el cuerpodel resistor. Cada colorrepresenta un dgito
de-cimal: las 2 primerasbandas de colores, queestn ubicadas ms
cer-canas de un extremo, re-presentan el valor en ;la 3 banda
representa elnmero por el que hayque multiplicar el valor
anterior para obtener elvalor final de resistencia;la 4 banda
representa latolerancia, cuyo valor seexplicar ms adelante(figura
9).La correspondencia entreun color y su valor semuestra en la
tabla 1.La tolerancia de un resis-tor es un nmero expre-sado en
porcentaje, querepresenta el margen su-perior o inferior quepuede
tomar un valornominal (por el cdigode colores) del
resistor.Ejemplificando, diremosque para resistores decarbn se
tienen toleran-cias del 5%, 10% y 20%. Si el valor nominal es de100
y la tolerancia de10%, el valor real estarcomprendido entre 100
y90; finalmente, para unatolerancia de 20%, elvalor real ser entre
120y 80.LA TOLERANCIA NOSMUESTRA HASTACUANTO PUEDE ES-TAR EL VALOR
PORENCIMA O POR DEBA-JO DEL COMPONENTE.Es un mtodo prcticodel
fabricante para ase-gurar al usuario los lmi-tes mximos y mnimosdel
valor de un resistor.Como el proceso de fa-bricacin no permite
es-tablecer valores precisoscon anterioridad, en los
QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I
C A?
5
66
77
88
99
-
resistores de composicin de car-bn la convencin es sta:
COLOR DE LA TOLERANCIA4 BANDA
DORADO 5 %PLATEADO 10 %SIN COLOR 20 %
La potencia de un resistor noviene impresa en el resistor,
perose reconoce por su tamao. Esa
potencia tieneun significadode la mximacantidad de ca-lor que
puededar el resistorpor el paso decorriente y, sista excede,
sequemar por laalta temperaturaobtenida. Se mi-de en watt (W).Los
resistores decarbn se fabri-can de 1/8W;1/4W; 1/2W; 1Wy 2W, y el
tama-
o aumenta gradualmente con lapotencia. Para mayores potenciasse
utilizan resistores de alambre;los de pelcula metlica puedendisipar
hasta 1W. Los resistores decomposicin de carbn se fabri-can con
valores nominales de re-sistencia ya normalizados y el n-mero
depender del valor de latolerancia. Para una tolerancia del20%, las
cifras significativas de losvalores nominales son: 10, 15, 22,33,
47, 68.
Las cifras significativas parauna tolerancia del 10% son: 10,12,
15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56,68, 82. Para una tolerancia del
5%las cifras significativas de los valo-res nominales son: 10, 11,
12, 13,15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33,36, 39, 43, 47, 51, 56,
62, 68, 75,82, 91. En la figura 10 se danejemplos de valores de
resistoresde composicin de carbn me-diante el cdigo de colores.
Veaejemplos de valores de resistoresen la figura 10.
Digamos que a los resistores selos puede clasificar tambin
envariables; stos estn representa-dos por los potencimetros y
lospresets o preajustes (figura 11).
La constitucin de los poten-cimetros se debe a una pista
cir-cular de carbn desplazndosepor un contacto mvil (cursor)
so-lidario a un eje vertical. Los extre-mos de la pista de carbn y
elcursor tienen una conexin a ter-minales, es decir, que la
resisten-cia entre uno de los terminales yel cursor depende de la
posicinde ste (figura 12).
En el primer caso, los poten-cimetros pueden ser lineales
ologartmicos; la variacin de resis-tencia es proporcional al
ngulogirado por el cursor, y en el 2 ca-so la variacin es
logartmica, estohace que, al comienzo, la resisten-cia vare con
rapidez con el ngu-lo de giro; despus la variacinser ms lenta y
tendr un uso co-mn en el control de volumen deradios y TV. Llamamos
presets alos resistores variables que seajustan una sola vez, hasta
lograruna perfecta posicin, y que no
QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I
C A?
6
Tabla 1
COLOR DIGITO MULTIPLICADOR
NEGRO 0 1MARRON 1 10ROJO 2 100NARANJA 3 1000AMARILLO 4
10000VERDE 5 100000AZUL 6 1000000VIOLETA 7 10000000GRIS 8BLANCO
9DORADO 0,1PLATEADO 0,01
1010
-
tienen posibilidad de ser va-riados por los usuarios. El ta-mao
es reducido y tiene unajuste con un pequeo destor-nillador, que es
aplicado auna ranura que tiene el con-tacto mvil.
Pilas y bateras
Los componentes bsicoscapaces de suministrar unatensin continua
estable aun circuito electrnico sonlas pilas, con la capacidadde
generar una tensinelctrica por medios qumi-cos.
La ms comn est for-mada por un electrolito(sal, cido o base
disueltoen agua) y 2 electrodos.Veamos cmo se comportaun
electrolito cualquiera,diluido en agua; ej. el clo-ruro de sodio
(fig. 13).
La sal es elctricamente neutra,pero cuando se disuelve en elagua
se disocia en los iones quela componen, es decir, en ionespositivos
de sodio y en iones ne-gativos de cloro. Si sumergimos 2electrodos
consistentes en 2 meta-les diferentes A y B, una determi-
nada cantidad de iones negativosser atrada por el electrodo A
yotra porcin de iones positivos se-r atrada por el electrodo B;
en-tonces, A se carga negativamentey B, positivamente (figura
14).
A la diferencia de carga elctri-ca que existe entre A y B, se
la
denomina diferencia de po-tencial o tensin de la pila. Latensin
V depender de losmateriales de los electrodos ydel electrolito. Por
ejemplo, una pila de cinc-carbn tiene una tensin: V =1,5V.Si
conectamos una lamparitaentre los electrodos, sta ilu-minar ya que
se producir elpasaje de los electrones desde
A hasta B a travs de ella, yse cerrar el circuito pormedio de la
solucin elec-troltica. Mientras este fen-meno sucede, uno de
loselectrodos (B) se va consu-miendo, mientras que elotro se va
engrosando porla deposicin de materialsobre su superficie. La
reac-cin qumica continuarhasta que B se consuma ensu totalidad; en
ese momen-to, la lamparita se apagarporque la corriente se
detu-
vo (figura 15).En una pila seca, el electrolito
es una pasta hmeda (pilas comu-nes) mientras que se
denominanhmedas cuando el electrolito esun lquido (acumulador de
plomoutilizado en los autos).
La pila seca ms comn es lade cinc-carbny la desarrollLe
Clanch(1869), tieneun bajo costoy es de usogeneral. Perotienen
desven-tajas, como,por ejemplo,
QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I
C A?
7
1111
1212
1313 1414
-
que su capacidad (o ener-ga de pila) depende de lavelocidad de
descarga yde la temperatura (debajode la congelacin son
ine-ficaces), trabaja mejor enun uso intermitente.
Otras formas de generar tensin
GENERACION POR TEMPE-RATURA: Si ponemos en contacto2 metales
distintos, puede habertransferencia de electrones de unoal otro,
porque algunos materialesliberan electrones con mayor faci-lidad
que otros, mientras otros loaceptan. Hay materiales muy acti-vos
que liberan electrones ancon la energa trmica de la tem-peratura
ambiente (cobre y elcinc). Si unimos una varilla de co-bre con una
de cinc, los electro-nes liberados de los tomos decobre pasarn al
cinc; entonces, elcobre queda cargado positivamen-te y el cinc
negativamente, laenerga a la temperatura ambientees muy pequea, se
puede au-mentar la tensin generada si secalienta la unin de los
metales;es a lo que denominamos TER-MOELECTRICIDAD y el
dispositi-vo formado por la unin de los 2metales se denomina
TERMOCU-PLA, la tensin que sta genera esproporcional a la
temperatura dela unin de los metales, es decir,a mayor temperatura,
mayor ten-sin. Una aplicacin prctica di-recta de la termocupla es
la demedir temperaturas en lugaresinaccesibles para el hombre;
ejem-plo: el interior de un horno.
GENERACION POR PRE-SION: Cuando ejercemos una pre-sin sobre
determinados materia-les, la fuerza de la presin setransmite a los
tomos del mate-rial, saca los electrones de sus r-bitas y los
empuja en la direccinde la fuerza. Estos se acumulan enuno de los
lados del material ydan origen a cargas elctricas enlos lados
opuestos del mismo. Es-te fenmeno se denomina EFEC-TO
PIEZOELECTRICO, y es msnotorio en determinados cristalesde cuarzo,
llamados sales de Ro-chelle y en ciertos materiales cer-micos
(titanato de bario). Paracomprender mejor el efecto pie-zoelctrico
mencionemos a lascpsulas fonogrficas, micrfonos,encendedores.
GENERACION POR FRIC-CION: Se denomina, en la mayo-ra de los
casos, electricidad estti-ca y se produce cuando se frotan2
materiales diferentes (seda y unavarilla de vidrio); por
ejemplocuando la carga elctrica se acu-mula en nuestros zapatos
cuandocaminamos sobre una alfombragruesa de lana, y luego tocamosun
objeto metlico (lmpara de
pie): el exceso de electro-nes pasar desde nosotroshacia el
objeto con acom-paamiento de chispas; es-to es un ejemplo de
electri-cidad esttica.
GENERACION POR LUZ:Hay determinados materia-les, como el
selenio, germa-nio, sodio, etc., que puedenllegar a liberar
electrones
cuando incide sobre ellos la luz,como una forma de energa: el
fe-nmeno lo conocemos comoEFECTO FOTOELECTRICO.
Las pilas fotovoltaicas o pilassolares utilizadas en los
satlitesartificiales reciben energa del soly la transforman en
tensin elc-trica, mantienen as el funciona-miento de diversos
equipos elec-trnicos que tiene un satlite; enla actualidad se
utiliza para la ca-lefaccin del hogar, y automviles,ste en forma
experimental.
GENERACION POR MAGNE-TISMO: Cuando un conductorelctrico se mueve
en el campomagntico creado por un imn,aparece una tensin elctrica
en-tre los terminales de un conduc-tor, por la energa de
magnetismoque transmite al conductor. Se uti-liza para liberar
electrones, de talforma que en un extremo tiene unexceso de carga
negativa por laacumulacin de electrones, y, enel otro, tiene un
exceso de cargapositiva.
La tensin generada dependerdel conductor dentro del
campomagntico y de la velocidad conque se moviliza el conductor
den-tro del campo magntico. FIN
QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I
C A?
8
1515
-
Los conductores y los aislantes
El hecho de que algunos cuer-pos pueden retener la electricidady
que otros permiten que se esca-pe, nos revela que en la naturale-za
existen dos comportamientosde este "fluido" representado porlas
cargas. De hecho, los dos gru-pos de cuerpos sern estudiadosen esta
leccin. Veremos que enun caso se trata de los denomina-dos
aislantes y, en el otro, de losconductores. Los dos tipos de
ma-terial tienen igual importancia enla electricidad electrnica
moder-nas y son utilizados en una infini-dad de aplicaciones.
Conocer las
propiedades de estos materiales esmuy importante en el estudio
dela electrnica.
La electricidad como fluido
Ya vimos en las lecciones ante-riores que podemos sacar
concierta facilidad electrones de uncuerpo (de sus tomos) y
llevarlosa otro que quedar con exceso deestas partculas.
El pasaje de electrones de uncuerpo a otro, cuando puede
serestablecido, tiene mucha impor-tancia en nuestro estudio, pues
eslo que puede llevar energa de unpunto a otro, as permiten la
apli-
cacin prctica de la electricidad.En las lecciones siguientes
hare-mos un estudio detallado de estepasaje.
Lo importante para nosotros essaber que las cargas
elctricas,constiutidas por los electrones,pueden no slo saltar de
un cuer-po a otro en forma de chispas,como vimos en el caso del
rayo,sino tambin moverse a travs deciertos materiales, como en el
ca-so del cable utilizado en el para-rrayos o de la cadena fijada
al ca-min de combustibles (figura 1).
Mientras tanto, existen tambincuerpos en que la
electricidadqueda "atrapada", como en el casodel peine frotado, en
que los elec-
LECCION 2
1
TEORIA: LECCION N 2
Conduccin de laCorriente Elctrica
Vimos en la leccin N 1 que la electricidad puede manifestarseen
forma natural o artificial y que esto es debido a la ruptura
delequilibrio elctrico de los tomos Sin embargo, los electrones
li-berados por alguna causa fluyen en algunos materiales con ma-yor
facilidad que en otros. En esta leccin veremos los conducto-res de
la corriente elctrica, los aislantes y la relacin existenteentre
campo elctrico y corriente elctrica.
-
trones ganados semantienen en laposicin en queson colocados, ola
falta de electro-nes permaneceen el lugar dedonde fueron re-tirados
(figura 2).
El movimientode electrones enun cuerpo es po-sible si tienenuna
cierta libertaden el interior delmaterial que loconstituye.
Luegoveremos de qumodo ocurre sto.
Para nosotros,entonces, es im-portante saberque existen tiposde
materiales, enlos que las cargasno se puede mo-ver, que son
de-nominados aislantes, y materialesen los que las cargas se
muevencon facilidad, que son denomina-dos conductores.
Recuerde: Conductores son materiales
en los que las cargas elctricas sepueden mover con
facilidad.
Aislantes son materiales enlos que las cargas no tienen
movi-miento libre.
Sabemos que existen materia-les que pueden ser electrizados
dediferentes formas (serie triboelc-trica), lo que revela que
existentomos que tienen ms dificulta-
des en perder sus electrones queotros.
As, para los materiales en quelos elementos estn
firmementeunidos a los tomos, existe muchadificultad para que
ocurra un mo-vimento de cargas.
Si sacamos un electrn de unlugar, este lugar quedar libre,
pues aunque elcuerpo posee otroselectrones disponi-bles, sos no
pue-den ocupar el lu-gar vaco. Del mis-mo modo, si agre-gamos un
electrnal material, se que-dar en ese lugar,pues no tiene
faci-lidad para moverse(figura 3).Por otro dado,existen
materialesen los que loselectrones son li-bres y puedenmoverse con
mu-cha facilidad en suinterior. Esto ocu-rre, por ejemplo,en los
metales.Si cargamos uncuerpo metlicocon una ciertacantidad de
car-
gas, agregando electrones libres,por ejemplo, estos electrones
sepueden mover "saltando de to-mo en tomo hasta distribuirse
demanera ms o menos uniforme(figura 4).
Si por otro lado, sacamos unacierta cantidad de electrones
ape-nas de un punto de este cuerpo,
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
2
11
22
33
-
los electrones de las cercanas "co-rren" a llenar el vaco
formado yforman "nuevos vacos" en otrospuntos con una distribucin
tam-bin uniforme de las cargas positi-vas (vacos). Figura 5.
En este punto el lector debeprestar atencin a este hecho.Cuando
hablamos de un cuerpocargado negativamente, las cargasque se mueven
o que participandel proceso, los que se puedenmover, son
electrones. Pero, cuan-do hablamos de un cuerpo carga-do
positivamente, o sea, en queexiste una falta de electrones,
enverdad nada existe que se puedamover! Podemos, sin embargo,para
ayudarnos en nuestro razo-namiento, hablar de "falta de
elec-trones" o lagunas (vacantes o va-cos) que se mueven.
As, mientras en un cuerpo car-gado negativamente los
electronesse distribuyen en su superficie, enun cuerpo cargado
positivamenteson las lagunas las que se distri-buyen en su
superficie (figura 6).
Recuerde:Solamente los electrones pue-
den moverse. Cuando hablamosde cargas positivas, olvidamos
quelos protones estn fijos y, razonan-do, decimos que las lagunas
semueven.
Volviendo al problema de losmateriales conductores, vemosque la
facilidad de movimiento,tanto de los electrones como delas lagunas,
es total.
Los electrones pueden saltar detomo en tomo, mientras que
laslagunas son llenadas por tomosadyacentes que saltan
libremente
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
3
44
55
66
-
y provocan su desplaza-miento (figura 7).
Entre los materialesconsiderados aislantes, enque los electrones
tienengrandes dificultades paramoverse, tenemos: el vi-drio, el
papel seco, elplstico, la mica, la por-celana, la cermica, etc.
Entre los materialesconsiderados conductorestenemos: los
metales, elgrafito, etc.
Recuerde: Los conductores son
materiales en que los elec-trones tienen movimientolibre. Los
conductores po-seen muchos electrones li-bres.
Tipos de conductores
Podemos clasificar los materia-les conductores en tres
grupos:
a) SlidosLos materiales slidos que con-
ducen la electricidad, o sea, en losque las cargas se pueden
mover,
son los metales (que son los me-jores conductores) y el
grafito.
b) LquidosDeterminados lquidos tambin
permiten que las cargas elctricasse muevan. Estas cargas, en
ver-dad, se mueven junto al propiotomo que puede "nadar", por
as
decirlo, y desplazarse en elmedio lquido. Estos to-mos, que
pueden tener fal-ta o exceso de electrones yque se desplazan en
unmedio lquido, son deno-minados "iones" (expre-sin griega que
traducidaes "caminante"). Los ionespositivos se llaman "catio-nes"
y los negativos "anio-nes" (figura 8).El agua pura, formada
ex-clusivamente por molcu-las del tipo H2O (agua
destilada) es un aislanteexcelente. Las cargas elctricas no
semueven a travs de ella.Sin embargo, si disolvemosen esta agua una
sustanciacomo la sal de cocina, queest forma da por tomosde cloro y
sodio (NaCI),las partculas de sodio y
cloro se disocian en aniones decloro(CI-) y cationes de
sodio(Na+), figura 9.
Con esto, los aniones y catio-nes existentes en solucin pue-den
servir de "medio de trans-porte" para las cargas elctricas yel agua
en estas condiciones se
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
4
77
88
99
-
vuelve conductora. Haremos enel futuro experiencias para
de-mostrar esto.
Muchas sustancias del tipo sal(cloruro de sodio, bicarbonato
desodio, sulfato de cobre), del tipocido (cido sulfrico, cido
clor-hdrico, etc.) o bien de tipo base(hidrxido de sodio, o sea
sodacustica) cuando se disuelven enagua tambin se disocian y
for-man as una solucin conductora.
Vea que, en el total, cuando di-solvemos sal en agua,
separamospartculas positivas y negativas,pero en cantidades
iguales, losque quiere decir que el agua quetenemos mantiene su
neutralidad.
Recuerde: Sales, cidos o bases, cuan-
do son disueltos en agua, la vuel-ven conductora de la
electricidad.
El agua pura es un excelen-te aislante.
c) GaseososLos gases, en condiciones nor-
males, o sea neutros, son excelen-tes aislantes y no permiten
que lascargas elctricas se muevan confacilidad. Pero, si por medio
deuna buena cantidad de energaconseguimos arrancar electronesde los
gases, de modo que pasena quedar en un estado de electri-zamiento
denominado "ioniza-cin", entonces se convierten enexcelentes
conductores.
En los gases ionizados ocurrenfenmenos interesantes, como
porejemplo, la emisin de luz, lo quees aprovechado para la
fabrica-cin de las lmparas fluorescentes(figura 10).
El aire, que es aislante en con-diciones normales, se vuelve
con-ductor por accin de una descargafuerte como la producida por
elrayo, que entonces puede atrave-sarlo con facilidad.
Recuerde: Los gases ionizados son ex-
celentes conductores de electrici-dad.
Un poco de clculosHasta ahora dimos interesantes
explicaciones sobre cmo funcio-nan las cosas en lo que se
refierea cargas elctricas y su movilidad.El nico valor numrico que
vi-mos fue la llamada carga elemen-tal, que era:
e = 1,60 x 10-19 C
A partir de este valor y deotros que daremos a continuacin,vamos
a "jugar" un poco con losclculos para aprender cosas inte-resantes
sobre la electricidad:
Como vimos, cada tipo de sus-tancia simple (elemento) posee
untomo con cantidades diferentesde partculas internas (protones
y
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
5
1010
1111
-
neutrones). As, en funcin de es-ta cantidad podemos saber
exacta-mene cuntos tomos de una cier-ta sustancia existe en una
cantidadcualquiera que tomamos de ella.
Verificamos entonces que, si di-vidimos esta cantidad de una
sus-tancia por el "peso" relativo de laspartculas que forman el
tomo,obtenemos un nmero constante.
De este modo 1 gramo de hi-drgeno tiene la misma cantidadde
tomos que 16 gramos de ox-geno, que a su vez, tiene la mis-ma
cantidad de tomos que 108gramos de plata y 197 gramos deoro (figura
11).
El nmero de partculas (to-mos) es enorme:
n = 6,02 x 1023
Esto significa 6 seguido de 23ceros! Todos esos tomos en ape-nas
algunos gramos de material!
Suponiendo que en un metal,como el oro, cada tomo
puedacontribuir con un electrn libre,en un trocito de, digamos, 1
gra-mo, tendremos nada ms y nadamenos que 1022 electrones
dispo-nibles (10 seguido de 22 ceros,para los que no estn
familiariza-dos con la anotacin exponen-cial). Estos electrones
forman, enel interior del metal, una especiede "nube" que se est
"agitando"constantemente. Verificamos quelos electrones pueden
incluso veraumentada su cantidad con la ele-vacin de la
temperatura, fenme-no de gran importancia en elec-trnica.
Qu ocurre si multiplicamos lacantidad de electrones libres
que
tenemos en un trocito de metal porla carga de cada electrn?
Evidentemente, obtenemos lacarga total, en Coulombs, del
pe-dacito de metal en cuestin.
Suponiendo que nuestro trocitode metal tenga 10 electrones yque
la carga de cada uno sea e =1,60 x 10-19 C, tenemos:
Q = 1022 x 1,6 x 10-19
Q = 1,60 x 103CQ = 1.600 Coulomb
Ser mucho o poco, esto?, sepreguntar el estudiante.
A ttulo de curiosidad, si lalmpara de su cuarto est encen-dida
en este momento consumeenerga a razn de apenas unacarga de
1/Coulomb por segundo.Una carga de 1.600 Coulomb, cier-tamente,
quemara esta lmpara ysi los electrones no estuvieran"equilibrados"
en el interior delmetal y pudieran revelar toda su"fuerza", bastara
que usted tocaraun trocido de oro para morir ins-tantneamente
fulminado!
En verdad, en la prctica, nopodemos manejar sino una partemuy
pequa de los electrones queestn libres en el metal, para agre-gar o
quitar algunos. De ningnmodo podemos contar con todosen los
procesos elctricos.
La propia Tierra entera, que esun conductor, si se cargara no
po-dra brindarnos una carga mayorque un simple Coulomb!
Campo elctrico y corriente elctrica
Qu hace que las cargas elc-tricas se muevan en un cuerpo?
qu estado especial existe en tor-no de un cuerpo cargado,
paraque su influencia se haga sentir adistancia? Qu ocurre
cuandouna gran cantidad de cargas elc-tricas se mueve en un
materialconductor? Todo esto ser el temade esta leccin. Veremos de
qumodo la "influencia" de las cargasen un cuerpo se "propaga" porel
espacio y provoca el movimien-to de cargas incluso a la distanciay
de qu modo un flujo de cargasforma una corriente, un movi-miento
muy especial para las apli-caciones prcticas.
El campo elctrico
Un cuerpo cargado de electrici-dad, ya sea positiva o negativa,
secomporta de manera muy espe-cial. Otros cuerpos tambin
po-seedores de cargas elctricas, co-locados en las proximidades
deaqullos, quedarn sujetos a la ac-cin de fuerzas.
Si las cargas de los cuerposprximos fueran de signos opues-tos,
la fuerza ser de atraccin,mientras que si las cargas fuerandel
mismo signo, la fuerza ser derepulsin, como ilustra la
figura12.
Podemos decir que el espacioen torno de un cuerpo cargadoqueda
lleno de algo invisible, algoque corresponde a la accin
denaturaleza elctrica sobre los cuer-pos que tambin estn
cargados.El espacio en torno de un cuerpocargado goza de
propiedades es-peciales que pueden explicarsepor la presencia de
una entidad
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
6
-
llamada "campo elctri-co", normalmente repre-sentada por la
letra E.
El campo elctrico noes algo fsico, en el senti-do que podamos
verlo,pero s una entidad fsicaque describe un estadoalrededor de un
cuerpocargado.
Para representar esteestado usamos entonceslneas imaginarias,
deno-minadas lneas de cam-po. El conjunto de estaslneas imaginarias
alrede-dor de un cuerpo carga-do representan su campoelctrico.
Por una convencin,las lneas son orientadasque salen de los
cuerposcargados positivamente yentrando en los cuerposcargados
negativamente,como muestra la figura13.
En el primer caso, te-nemos la representacindel campo de una
cargapositiva (a); en el segun-do, el campo de una carga negati-va
(b) y, en el tercero, el campoprovocado por dos cargas de sig-nos
opuestos prximos, lo que sellama "dipolo".
Recuerde:Las lneas de fuerza de un
campo elctrico son lneas imagi-narias que salen de las cargas
po-sitivas y llegan a las cargas nega-tivas.
Vea que las lneas se diluyencuando estn ms lejos de las car-
gas, lo que indica el de-bilitamiento del campo. Una carga
elctrica (unelectrn, por ejemplo)colocado en el campoelctrico de
una cargacualquiera, queda sujetaa una fuerza que estsiempre
orientada en elsentido de coincidir oser tangente (tocar la l-nea
de fuerza del campoen el lugar considerado),figura 14.Las
propiedades princi-pales que poseen las l-neas de fuerza son:
* Siempre salen de loscuerpos positivos y llegana los
negativos.* Nunca se cruzan.* Estn ms concentra-das donde el campo
esms fuerte.
Un poco de clculo
La intensidad del campoelctrico en un determi-
nado punto del espacio, a unacierta distancia de la carga que
loproduce, puede ser calculada. Es-te clculo tiene gran
importanciaen los estudios de electroestticay en consecuencia para
la electr-nica.
La frmula usada para realizareste clculo tiene cierta
semejanzacon la Ley de Coulomb, como po-demos ver, lo que demuestra
elmismo tipo de "accin" para losdos fenmenos.
Teniendo como base la ilustra-cin de la figura 15, la frmula
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
7
1212
1313
1414
-
que nos permite calcularla intensidad del campoelctrico en el
punto P delespacio es:
1 QE = _____ . ___
40 d2
Donde: E es la intensi-dad del campo medida enN/C (Newtons por
Cou-lomb)
1/40 es la constante
que vale 9 x 109 N. m2/C2
Q es la carga que pro-voca el campo en Cou-lomb
d es la distancia de la carga alpunto P
Como vimos, una carga elctri-ca colocada en un punto del
es-pacio, sujeta a la accin de uncampo, es forzada a moverse.
Lafuerza que aparece en el casopuede ser calculada por la
expre-sin:
F = Q x E
donde: F es la fuerza en New-tons
Q es el valor de la carga quees colocada en el punto P en
Coulombsd es la distancia en metros has-
ta la carga que produce el campo.Un problema ejemplo de
apli-
cacin es el siguiente:
La corriente elctrica
Si tuviramos dos cuerpos car-gados con cargas de signosopuestos,
el campo elctrico queexiste en torno de ellos es tal queprocurar
mover las cargas de unohacia el otro en el sentido de esta-blecer
su neutralidad. Los electro-nes tendern a salir del cuerpo
cargado negativamente y di-rigirse al cuerpo
cargadopositivamente (figura 16).Si hubiera un medio con-ductor
entre los dos cuer-pos que permita el movi-miento de estas cargas,
loselectrones podrn despla-zarse con cierto orden, pa-sando de un
cuerpo haciael otro.Los electrones saltarn detomo en tomo, as
forma-rn un flujo de cargas.Decimos que el movimien-to ordenado de
cargas elc-tricas que ocurre en este
caso se denomina "corrienteelctrica" (figura 17).
RecuerdeCorriente elctrica es el movi-
miento ordenado de cargas elctri-cas.
En el caso especfico que to-mamos de ejemplo, en que elconductor
es el metal, el movi-miento real es de cargas
negativas(electrones), pero puede ser deotro tipo de partculas,
como porejemplo, los iones, en los casosde los gases y soluciones.
Estclaro que slo los protones no
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
8
1515
1616
1717
-
pueden moverse en reali-da, por estar presos en losncleos de los
tomos.
Por otro lado, los elec-trones que se mueven deun cuerpo hacia
otro, no lohacen todos instantnemen-te. Existe un lmite para
lacantidad y la velocidad conque ocurre el pasaje.
La cantidad y la veloci-dad son establecidas por laintensidad
del campo y,naturalmente, por la capa-cidad que el conductortenga
de permitir que lascargas se muevan.
Si consideramos un in-tervalo de tiempo en queno hay alteracin
percepti-ble en la carga total de lasesferas, vemos que el flujode
cargas en el conductorse mantiene constante.
Podemos entonces ha-blar de una intensidad paraeste flujo, que
va a corres-ponder a la intensidad dela corriente elctrica (figura
18).
La intensidad de una corrientecorresponde entonces a la
canti-dad total de carga que pasa en ca-da segundo por un
conductor.
Si en 1 segundo la carga quepasa por un determinado puntodel
conductor equivale a 1 Cou-lomb, diremos que este conductorest
siendo recorrido por una co-rriente de 1 ampere (1A),
(figura19).
Recuerde: Una corriente de 1 ampere
(1A) equivale al pasaje de 1 Cou-lomb de cargas elctricas en
cada
segundo, por un punto de un con-ductor.
Sera interesante calcular acuntos electrones correspondeeste
pasaje:
Sabiendo que la carga elemen-tal vale 1,60 x 10-19, bastar
veri-ficar cuntos electrones existen en1 Coulomb de carga:
n = Q/e
Donde: n es el nmero deelectrones
Q es la carga totale es la carga de un electrn
(carga elemental)
Tenemos: n = 1/1,6 x 10-19
n = 6,25 x 1018 electrones!
Piense, amigo estudiante,qu impresionante! Encada segundo, pasa
por elfilamento de la lmparaque ilumina su sala, ms omenos la
cantidad de 6, se-guida de 18 ceros de elec-trones (tomando
comoejemplo una lmpara de100W).
Corriente electrnica y corriente convencional
Observe un hecho intere-sante: como las nicas car-gas que se
pueden mover,en realidad, son los elec-trones, las corrientes
elc-tricas fluyen desde loscuerpos negativos hacia
los cuerpos positivos (figura 20).Esta corriente se denomina
co-
rriente electrnica, pero no siem-pre es considerada en el
estudiode la electricidad.
De hecho, sabemos que losnmeros negativos son menoresque los
positivos, lo que vuelvemuy extrao decir que el aguafluye de un
lugar de menos pre-sin (negativo) hacia uno de ma-yor presin
(positivo), cuando enrealidad ocurre todo lo contrario.
Si las cargas que se muevenfueran las positivas, las cosas
po-dran ser explicadas del mismomodo y no tendramos este pro-
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
9
1818
1919
2020
-
blema.Pero, si no podemos
ver los electrones o cargasde ninguna especie, qunos impide
"imaginar" elfenmeno como si ocurrie-ra en sentido "contrario"?
De hecho, cuando unacarga negativa sale de uncuerpo (electrn) y
va aneutralizar otra positiva enun cuerpo cargado de estemodo, el
efecto final es ce-ro, lo mismo que si consi-derramos una carga
posi-tiva que sale del que estcargado de este modo y vahacia el
otro (figura 21).
En verdad, el efecto deconsiderar que los electro-nes saltan
hacia la esferade la derecha, como mues-tra la figura 22,
correspon-de exactamente a la formacin de"vacos" o "agujeros" que
se des-plazan hacia la izquierda, que asu vez corresponden
justamente almovimiento "contrario" de cargaspositivas.
Todo esto significa que pode-mos perfectamente representar
co-rrientes elctricas que salen decuerpos positivos (polos
positivos)y van hacia cuerpos negativos, sinque esto est
equivocado. En ver-
dad, es comn hacer estetipo de represenacin. Eneste caso,
decimos que es-tamos representando la co-rriente convencional y
nola corriente real o electrni-ca.
Recuerde: Cuando hablamos de co-rriente o convencional
nosreferimos al movimiento decargas positivas, que vandel polo
positivo (cuerpo po-sitivo) al polo negativo(cuerpo negativo).
Velocidad de la corriente
Usted acciona el interruptorde la luz y zas!, la luz seenciende
instantneamente.
Por ms largo que sea el cable,no conseguir notar retraso algu-no
entre los dos momentos: el ac-cionamiento del interruptor y
elencendido de la lmpara son si-multneos.
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
10
2121
2222
2121
-
En verdad, lo que ocurre esque el fenmeno de la accin dela
electricidad es instantneo,mientras que la velocidad de lascargas
en s no lo es.
Analicemos el fenmeno:Cuando usted acciona el inte-
rruptor el establecimiento delcampo elctrico (accin) en
elconductor se propaga con una ve-locidad muy grande, del orden
delos 300.000 km por segundo... osea la velocidad de la luz!
Estaaccin hace que prcticamente to-dos los electrones que tienen
mo-vilidad pasen a saltar de tomo entomo en la direccin que
corres-ponde a la circulacin de la co-rriente (figura 23).
Pero la velocidad media de loselectrones en este movimiento
esmuy pequea, del orden de ape-nas algunos centmetros por se-gundo
y hasta menos!
Debemos entonces distinguir laaccin con que la corriente se
es-tablece en el conductor, que esmuy rpida, de la velocidad de
loselectrones que, en s, es muy pe-quea.
Recuerde:Los electrones se mueven con
una velocidad relativamente pe-quea en los conductores. La
ac-cin elctrica, por otra parte, sepropaga con una velocidad
enor-me: 300.000 km por segundo.
Los estudiantes ya habrn per-cibido la importancia de los
mate-riales conductores en la electrici-dad, ya que pueden llevar
la elec-tricidad de un punto a otro.
Aclaraciones
"Existen conductores y ais-lantes perfectos?"
En verdad, no existe aislantealguno que sea perfecto comotampoco
existe conductor perfec-to. Incluso en los mejores aislan-tes,
siempre existe la posibilidadde que hayan algunos electroneslibres
que, pudiendo moverse,sean un medio de transporte paralas cargas.
Del mismo modo, notodos los electrones de un con-ductor tienen
total libertad de mo-vimiento. La facilidad con que lascargas se
mueven en un materiales lo que determina hasta qupunto es un buen
conductor.
As, entre los metales tenemosconductores mejores, como el oro,la
plata y el cobre y conductorespeores, como el zinc, el aluminio,el
hierro.
Podemos expresar el hecho deque un metal es mejor conductorque
otro por una magnitud llama-da "conductividad" o bien por
lamovilidad de los electrones. Al fi-nal de esta leccin damos una
ta-bla de informacin.
"No entiendo bien cmo tra-bajar con potencias de 10. C-mo
entender lo que significannmeros como 10-19 1022?"
Las potencias de 10 son usa-das cuando trabajamos con nme-ros
muy grandes o muy peque-os. En lugar de tener que escribirmuchos
ceros antes o despus deun nmero, indicamos en formade una potencia
de 10 cuntosson estos ceros. Si quisiramos re-presentar el nmero
1.000.000 por
ejemplo, vemos que en realidad,significa 10 x 10 x 10 x 10 x 10
x10, o sea un 10 para cada ceroque el nmero tiene. Como son 6ceros
o 6 veces 10 x 10, escribi-mos simplemente 106. En el casode un
nmero como 2.500.000, elprocedimiento es el mismo. En es-te caso
podemos escribir 2,5 x1.000.000 o simplemente 2,5 x 106.
Para los nmeros menores de1, se hace lo mismo. Para
escribir0,000.001 (un millonsimo), tene-mos que vale 1/10 x 1/10 x
1/10x 1/10 x 1/10 x 1/10.
Escribimos entonces simple-mente 10-6 porque la fraccin 1/10es
usada 6 veces. Vea que el ex-ponente negativo corresponde alnmero
de casas o lugares haciala derecha que tenemos que co-rrer la coma
para tener el nmeroentero 1.
Igualmente, un nmero como0,000.003 puede ser escrito como3 x
10-6.
"Por qu toda esta confu-sin de corriente electrnica ycorriente
convencional, que cir-culan en sentidos opuestos?
En verdad, el gran problemasurge por haberse llegado en
unprincipio a la convencin de quelos electrones son negativos.
Nadanos indica que sean realmente"negativos". Sabemos que se
com-portan de modo opuesto a losprotones y para diferenciar
estecomportamiento, se lleg al acuer-do de decir que unos eran
negati-vos y otros positivos. Desgraciada-mente, si as podemos
decir, ha-bran tal vez menos dificultadespara la comprensin de los
fen-
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
11
-
menos elctricos, en mu-chos casos, si la eleccin,a la hora de
"bautizar" es-tos nuevos conceptos, hu-biese sido hecha al
revs.Pero esto no debe consti-tuirse en un problema pa-ra el
estudiante. Imagine,al analizar un circuito enque la corriente sea
laconvencional, que son las cargaspositivas las que se mueven y
to-do estar resuelto, aunque en rea-lidad usted sepa que no es lo
queocurre realmente.
"Por qu en la definicin decorriente elctrica debemos su-poner
que las cargas de loscuerpos cargados, interconecta-dos, permanecen
constantes?"
Esto es necesario, porque sicon el flujo de cargas de uno parael
otro, fuese ocurriendo su neu-tralizacin y su consiguiente
dis-minucin, la fuerza responsabledel flujo de electrones ira
dismi-nuyendo. De este modo, la co-rriente no sera constante,
sinoque ira decreciendo a medidaque la propia carga de los cuer-pos
fuera disminuyendo.
Es un artificio que usamos parala explicacin, pero que se
usarcuando queramos tener una co-rriente permanente.
Qu es un circuito elctrico?La aplicacin de cargas
elctricas con signo contrarioa los extremos de un conduc-tor no
es suficiente para lo-grar una corriente elctricaconstante, pues
solo se logra-
ra la circulacin, por un momen-to, de flujo de corriente
elctrica,hasta que las cargas de los extre-mos se hayan
neutralizado, tal co-mo se muestra en la figura 24.
Para que en un conductor hayacorriente elctrica, los
electroneslibres debern moverse constante-mente en una misma
direccin, loque se consigue por medio deuna fuente de energa para
aplicarlas cargas de signo contrario a losextremos del conductor;
las cargasnegativas sern atradas por lascargas positivas del otro
extremo.Por cada electrn que d la fuenteal conductor por el lado
negativo,existir otro en el lado positivo;entonces la corriente
fluir de ma-nera constante mientras se man-tengan aplicadas al
conductor lascargas elctricas de la fuente deenerga, llamndose, as,
circuitocerrado o completo (figura 25).
Un claro ejemplo de fuentes deenerga elctrica son las bateras
y
las pilas. Para que haya flu-jo constante de corriente,
elcircuito deber estar cerra-do o completo. Ahora, siun circuito se
interrumpeen cualquier punto, la co-rriente dejar de fluir y sedice
que es un circuitoabierto; ste puede abrirsedeliberadamente por
medio
de un interruptor, u ocurrir comoconsecuencia de fallas o
desper-fectos en un cable o una resisten-cia quemada, por ejemplo.
Por logeneral se usan fusibles comoproteccin del circuito contra
ex-cesos de corrientes que puedanperjudicar la fuente de
tensin.Sepamos que el fusible tiene lafuncin de abrir el circuito
cuandola corriente excede el valor lmite,ya que en un circuito
serie abiertono hay flujo de corriente, y nohay cada de tensin
sobre las re-sistencias que forman la carga.
En el circuito de corriente con-tinua, la resistencia es lo
nicoque se opone al paso de la co-rriente y determina su valor. Si
elvalor de la resistencia fuera muypequeo, la corriente a travs
delcircuito sera demasiado grande.Por lo tanto, el cortocircuito es
lacondicin de resistencia muy bajaentre los terminales de una
fuentede tensin. Se dice que un circui-
to est en corto cuando la re-sistencia es tan baja que elexceso
de corriente puedeperjudicar los componentesdel circuito; los
fusibles y lostipos de interruptores autom-ticos protegen a los
circuitoscontra el peligro de los corto-circuitos. FIN
CO N D U C C I O N D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
12
2424
AL APLICAR CAR-GAS ELECTRICAS AUN CONDUCTOR,SE PRODUCE
UNACORRIENTE ELEC-TRICA QUE DESA-PARECE CUANDOSE NEUTRALIZANDICHAS
CARGAS
2525
I - CORRIENTELAMPARA(CARGA)
BATERIA(TENSION)
-
El efecto trmico de la corriente
Segn estudiamos, existen ma-teriales conductores y
aislantes.Pero no existen ni conductoresperfectos ni aislantes
perfectos. Enel caso del conductor, siempreexiste una pequea
"dificultad"para el paso de la corriente elc-trica, de manera que
para lograrlo,las cargas se ven obligadas a gas-tar una cierta
cantidad de energa.
Se puede "medir" la energadisponible en el circuito por sutensin
en relacin a una referen-cia.
Es as que si conectamos unconductor entre los polos de unapila,
veremos que circula una co-rriente que est determinada porsus
caractersticas.
El hecho es que para pasar poreste conductor, como muestra
lafigura 1, habr que gastar energa,lo que significa que en cada
pun-
to el potencial "cae" hasta alcanzarel mnimo cuando se ha
completa-do el recorrido.
Adnde va la energa gastadaen este caso?
Un conductor como el indica-do convierte la energa elctricaen
calor.
El "esfuerzo" de las cargas pa-ra pasar por el conductor
provocala agitacin de sus tomos, lo quese traduce, en funcin del
efecto,
LECCION 3
1
TEORIA: LECCION N 3
Los efectos de la Corriente Elctrica
El desplazamiento de las cargas elctricas por un medio
determina-do, o sea la circulacin de la corriente elctrica, puede
ser respon-sable de diversos efectos. La energa comprendida en el
movimientode las cargas puede sufrir transformaciones y emplearse
para pro-ducir trabajo. Se dice que una fuerza realiza un trabajo
cuandopuede usarse para alterar el estado de un cuerpo. Cuando
eleva-mos un cuerpo de un nivel a otro, alterando as su estado
(energapotencial), estamos realizando un trabajo; lo mismo sucede
cuandocomprimimos un resorte o calentamos un cuerpo. Veremos
tambinen esta leccin de qu modo los diversos efectos de la
corriente elc-trica pueden usarse en aplicaciones prcticas, en la
construccinde algunos dispositivos.
-
como calor.Un cuerpo con "poca agi-
tacin" de sus tomos est auna temperatura ms baja queel que tenga
"mucha agita-cin".
La cantidad de "calor" ge-nerado en un conductor porel pasaje de
corriente depen-de de dos factores: de la ten-sin existente entre
los extre-mos y de la corriente circu-lante. (La corriente
dependede un tercer factor que se es-tudiar ms adelante.)
Aplicaciones prcticas: Podemos aprovechar este
efecto trmico de la corrientepara construir diversos
dispo-sitivos. Podemos citar los ca-lefones elctricos, que seusan
en lugares donde no lle-ga el gas natural, las canillaselctricas y
los calefactores deambientes.
En stos hay un cable denicromo (aleacin de nquel ycromo) que, al
ser recorridopor la corriente, se calientabastante y produce el
calorque nos rporporcionan esosaparatos (figura 2).
Se usa nicromo para dificultarel pasaje de la corriente, yaque
facilita la produccin decalor y porque resiste tempe-raturas
altas.
El efecto trmico de la co-rriente consiste en la trans-
formacin de energa elctri-ca en calor.
El efecto luminoso
Si se calienta un cuerpo atemperatura muy alta, puedeemitir luz
visible. Si se calien-ta una barra de hierro, llegahasta el punto
en que se po-ne "incandescente" y emiteluz rojiza. Si se calienta
ms,la luz se vuelve blanca.Al aire libre resulta muy difcilcalentar
un cuerpo a tempera-tura muy alta sin que resultedestruido. Lo que
ocurre esque llega un punto en que eloxgeno de la atmsfera "ata-ca"
el material y reacciona conl para producir nuevas sus-tancias.
Decimos que el cuer-po "se quema".La combustin de un cuerpono es ms
que la reaccin deloxgeno del aire con la mate-ria del cuerpo
(figura 3).Si deseamos usar un trozo demetal calentado por una
co-rriente, para producir luz, de-bemos evitar la accin del ox-geno
ambiente.Thomas Alva Edison pensen eso al encerrar en un bul-bo de
vidrio la primera lmpa-ra incandescente.
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
2
22
11
33
-
Edison quit todo el aire delbulbo para que no pudiera atacarel
filamento de carbono que utili-z (figura 4).
Las lmparas modernas poseenun filamento de un metal que so-porta
temperaturas muy elevadas,que es el tungsteno y tambin tie-ne la
atmsfera del interior delbulbo sustituida por gases inertes,o sea
gases que no atacan el me-tal.
Ahora no se hace ms el vaco,como haca Edison al quitar todoel
aire, porque de esa manera setiene una presin exterior muygrande
contra una presin muybaja (casi nula) interior. Cualquiergolpe o
esfuerzo mecnico podaproducir la "explosin" de la lm-para (figura
5).
La lmpara incandescente, co-mo se la llama, "se quema" por
di-versos motivos: uno de ellos es laentrada gradual de aire, que
llevael oxgeno que ataca lentamenteel filametno hasta que se
rompe.Otra causa es la evaporacin gra-dual del metal del filamento
quese va "afinando" hasta que se par-te. Por lo tanto, una lmpara
co-mn tiene una "vida til" limitada.
Se debe tener presente que: En la lmpara incandes-
cente, el pasaje de corrientepor el filamento lo calienta
yproduce luz.
En el interior de la lm-para no puede haber oxgeno.
Pero no slo haciendo pasaruna corriente por un metal pode-mos
producir luz.
Cuando estudiamos las mani-festaciones naturales de la
electri-cidad, vimos que una de ellas erauna enerome fuente de luz.
Nosreferimos al rayo. Una descargaelctrica muy intensa puede
hacerque el aire se vuelva "luminoso"y hacer que emita luz.
Podemos obtener el mismo fe-nmeno en otros gases para loque
basta que estn en ciertascondiciones de presin. Si colo-camos en un
tubo gases como elargn, el xenn, etc. (gases no-bles), podemos
tener los mismosefectos.
La aplicacin de una tensinelevada en el tubo hace que
searranquen los electrones de lascapas ms externas de los tomosy
cuando vuelven a su estado
normal, se emite luz. Decimosque los gases se ionizan y,
condu-ciendo la corriente en ese proce-so, emiten luz (figura
6).
Es lo que ocurre con las lm-paras de nen y las lmparas
fluo-rescentes (figura 7).
En las lmparas de nen seproduce luz anaranjada, caracters-tica
del gas, mientras que en laslmparas fluorescentes, en reali-dad la
luz emitida es "invisible",es decir: la mayor parte del espec-tro
que no vemos, que es la ultra-violeta. Una fina capa de tinte
es-pecial se pasa por la cara interiordel tubo para que la luz
ultravio-leta incidente se convierta en luzvisible.
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
3
44 55
66
-
La ionizacin de los gaseses acompaada por la emisin
de luz.
Un poco de fsica y de clculos
El grado de agitacin de laspartculas de un cuerpo nos dauna
magnitud que se llamatemperatura. Cuanto ms agita-das estn las
partculas de uncuerpo, mayor ser su tempera-tura.
Para medir la temperaturautilizamos los instrumentos
de-nominados termmetros, de loscuales, el ms comn es el demercurio,
mostrado en la figura8. Este se basa en la dilata-cin del metal
(mercurio)que es lineal (o aproxima-damente) en la franja enque se
usa.
La escala de temperaturaque usamos es la de gra-dos Celsius o
centgrada,en la que se fijan dos pun-tos (fusin del hielo y
ebu-llicin del agua) que co-rresponden a 0 y 100.
Pero para la fsica, sa
no es una escala ideal. Cero gra-dos no corresponde al punto
enque cesa la agitacin de las part-culas de un cuerpo.
La temperatura a que eso ocu-rre corresponde a -273C. A
esatemperatura no existe agitacin delas partculas del cuerpo. Es
elfro "absoluto" pues no existe mo-vimiento ms lento de agitacinque
la "detencin"!
Una escala mejor para la fsicasera aqullas que tuviera el
cerogrados en ese punto.
Esa escala existe y es la de losgrados Kelvin (K). El 0K
corres-ponde a -273C y el 0C corres-ponde a 273K. En la figura
9mostramos las dos escalas compa-radas.
Para convertir una temperaturaen grados centgrados a
gradosKelvin basta sumar "273". Porejemplo, 100C corresponden
a373K.
Para convertir grados Kelvin (oabsolutos) en centgrados (o
Cel-sius) basta restar 273. Por ejem-plo, 300K corresponden a
27C.
Existen otras escalas importan-tes usadas para medir
temperatu-ras y una de ellas es la de los gra-dos Farenheit (F). En
esta escala,el punto de ebullicin del aguacorresponde a 212 y el de
fusindel hielo a 32 (figura 10).
Para convertir una temperatura,de C en F se puede estableceruna
frmula (1), tal como semuestra en la misma figura.
La temperatura es el gra-do de agitacin de las part-
culas de un cuerpo.
Puede preguntarse lo siguiente:Por qu las lmparas incan-
descentes suelen quemarse gene-ralmente cuando las
encende-mos?Este es un hecho interesante,
que tal vez hayan notado mu-chos lectores. Usted ya sedio cuenta
de que en lamayor parte de los casoslas lmparas se queman enel
momeno exacto en queusted acciona el interruptorpara encenderlas.
No es una simple casuali-dad. En ese momento el fi-lamento est fro
y por con-siguiente contrado. Si estu-viera gastado o con
cual-quier problema, en el mo-mento en que se establece
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
4
77
99
88
-
la corriente el impacto es ma-yor y, por lo tanto, la
proba-bilidad de que se rompa tam-bin es mayor.
Qu es lo que realmentese quema?
La combustin es lareaccin entre el oxgeno yotro elemento (o
sustancia).El oxgeno "oxida" y este fe-nmeno puede acompaarsecon la
produccin de luz ycalor, formando entonces unallama. Para que haya
com-bustin es preciso un com-bustible (sustancia que sequema) y un
comburente(oxgeno).
En una atmsfera en queno exista oxgeno, no puedehaber
combustin.
Existe el cero absoluto de tem-peratura?.
Si la temperatura est dadapor la agitacin de las molculas de
un cuerpo, si no hubiera materia nohabra temperatura. Se puede
decirentonces que en el espacio vaco,donde haya vaco absoluto, la
tem-peratura ser el cero absoluto por-que no existe materia. Pero
en los
laboratorios se han alcanzadotemperaturas prximas al
ceroabsoluto. A esa temperaturatan baja ocurren cosas intere-santes
en los materiales. Eloxgeno se convierte en slidoy los metales se
hacen con-ductores perfectos que se lla-man "superconductores".En
la tabla 1 tenemos elnombre y la composicin dealgunas aleaciones
usadas enla fabricacin de elementosde calefaccin de
aparatoselctricos y su temperaturamxima de operacin.En la tabla 2
damos los pun-tos de fusin de algunos me-tales.
El efecto qumico de la corriente
Estudiamos que determinadassustancias, cuando se disuelvenen
agua, pueden originar cargascapaces de transportar electrici-dad.
Esos conductores, denomina-dos soluciones inicas, como elagua y la
sal, al conducir la co-
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
5
1010
Tabla 1
Constantan(58,8% Cu; 40% Ni; 1,2% Mn)
......................................................500C
Fechral(80% Fe: 14% Cr; 6% Al)
..............................................................900C
Plata alemana(65% Cu; 20% Zn; 15% ni)
....................................................150-200C
Manganina(85% Cu; 12% Mn; 3% Ni)Niquelina(54% Cu; 20% Zn; 26%
Ni)....................................................150-200C
Nicromo(67% Ni; 15% Cr; 16% Fe; 1,5% Mn) 1.000C
Reostan(84% Cu; 12% mn; 4% Zn)
....................................................150-200C
Tabla 2
Aluminio.....................658,7CBronce
...........................900CHierro ............1.100 a
1.200CCobre ..........................1.083COro
.............................1.063CPlomo
............................327CMercurio
......................-38,9CNquel
.........................1.452CPlata
............................960,5CAcero .............1.300 a
1.400CEstao .........................231,9C
-
rriente elctrica mani-fiestan ciertos fenme-nos producidos.
Debemos entoncesdistinguir dos tipos defenmenos: los fsicosy los
qumicos.
Se dice que ocurreun fenmeno fsicocuando no se altera
lanaturaleza de la mate-ria que lo manifiesta.Cuando calentamos
unpedazo de hierro tene-mos un fenmeno fsi-co, pues tanto fro co-mo
caliente, el mate-rial es hierro.
En un fenmenoqumico se produce laalteracin de la natura-leza de
la materia.Cuando algo se que-ma, por ejemplo, antestenemos madera
ydespus tenemos ceni-zas y gases de natura-leza completamente
diferente (fi-gura 11).
Qu tipo de alteracin puedeocurrir cuando una corrienteelctrica
pasa por una solucinconductora?
Podemos tomar como ejemploel caso ms importante que es
laelectrosis del agua.
Si agregamos al agua pura unpoco de cido sulfrico (H2SO2)
el agua se vuelve conductora (fi-gura 12).
Conectando dos cables a esasolucin de manera que median-te una
batera podamos hacer cir-cular corriente, notaremos que
ocurre un fenmeno de naturalezaqumica.
En los extremos pelados de loscables aparecen burbujas de
gas
que se desprenden.Podemos recoger lasburbujas en tubos
in-vertidos como mues-tra la figura 13.Analizando los
gasesrecogidos, veremosque en un tubo tene-mos hidrgeno (H2) y
en el otro, oxgeno(O2).
De dnde sale el gas?Por la proporcin delos gases que recoge-mos
vemos que tene-mos doble volumende hidrgeno respec-to del volumen
deoxgeno.
Qu sustancia tieneen su composicin elhidrgeno y el oxge-no en la
proporcinde 2 a 1 que no sea elagua?
Lo que ocurre entonces, cuan-do pasa la corriente elctrica, es
laseparacin de los elementos queforman el agua, o sea la
descom-
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
6
1111
1212
1313
-
posicin del agua segn laecuacin qumica:
2H2O = 2H2 + O2
En la electrlisis del aguaocurre la separacin de suscomponentes.
El cido sulfri-co permanece inalterado y sir-ve slo para movilizar
las car-gas que forman la corriente.
Otro fenmeno en quese manifiesta el efecto qu-mico de la
corriente es lagalvanoplastia.
En la figura 14 se mues-tra de qu modo una co-rriente elctrica
puede usar-se para depositar una finapelcula de metal sobre
uncuerpo unido al polo nega-tivo de una batera.
La solucin que se em-plee depende del material(metal) que se
quiere depo-sitar, como por ejemplo elnquel (caso del niquelado)o
el cromo (para el croma-do) o el oro (para el dora-do), etc.
El efecto fisiolgico
Podemos decir que nuestrocuerpo es una solucin conducto-ra. En l
existe un medio acuosocon muchas sales minerales di-sueltas.
Por otra parte, nuestro sistemanervioso funciona sobre la basede
corrientes elctricas que lleganal cerebro y partiendo de l, traeny
llevan informaciones.
Las clulas nerviosas, cuyo as-pecto se muestra en la figura
15,son las que conducen los impul-sos nerviosos.
Los impulsos entran por termi-naciones denominadas dendritas
ysalen por una terminacin llamadaaxn. Una verdadera red de clu-las
de este tipo informa al cerebrosobre todo lo que pasa en
nuestro
cuerpo. son nuestros sensoreselctricos. Podemos tomar un caso
ima-ginario para describir el fun-cionamiento del sistema
ner-vioso:Supongamos que, sin darsecuenta, usted apoya la manosobre
un cigarrillo encendido(figura 16).El calor generado, que
puedequemarle la piel, es detectado
por una terminacin nervio-sa que se encarga de trans-mitir al
cerebro una sealde peligro. Esta seal pasapor una serie de
nervioshasta llegar al cerebro quees la "central de procesa-miento"
de las informacio-nes, as llega al departa-mento "competente"
quedeber tomar la decisin so-bre la accin a seguir enese caso.Es
evidente que la decisines la de retirar la mano deah. Los impulsos
de retor-no ordenan contraer losmusculos que mueven elbrazo y la
mano para reti-rarla del lugar y entonces serealiza la accin.En la
prctica todo esotoma solamente 0,1 se-gundo.
Vemos entonces que corrienteselctricas llevan y traen las
infor-maciones que hacen funcionarnuestro organismo.
Por supuesto que las corrientesque "vienen de afuera" pueden
in-terferir fcilmente con el funciona-miento de nuestro organismo
ycausar sensaciones desagradables,dolores y muerte.
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
7
1414
1515
1616
-
Es el caso del shock elc-trico. Cuando usted toca uncable, una
corriente puedecircular a travs del cuerpo,en procura,
normalmente,de llegar a tierra que se en-cuentra a un potencial
msbajo (figura 17).
Diversos factores dete-rminan la intensidad de lacorriente como,
por ejem-plo, el hecho de que la pielest hmeda o no.
Si la corriente fuera dbil,la sensacin es un hormi-gueo
desagradable, que estimulael sistema nervioso. Si fuera muyfuerte
puede producir dolor, que-maduras y lo que es peor: lamuerte.
Una corriente muy intensapuede paralizar el sistema
nervioso causando la muerte.
Un hecho importante quepuede suceder es la parli-sis de la
persona en el mo-mento del shock. La perso-na no puede moverse y
tie-ne la sensacin de estar"pegada" al cable y al apa-rato que
produce el shock.Por otra parte, puede haberun fuerte estmulo que
ac-tuando sobre los msculoshace que stos se contrai-gan o
distiendan y arrojenlejos a la persona. El indivi-duo dir entonces
que fue
rechazado violentamente por laelectricidad, cuando en
realidadfue el estmulo que produjo la dis-tensin de sus
msculos.
La intensidad de la corrienteque puede causar la muerte pue-de
obtenerse con facilidad a partirde las tensiones disponibles en
lared local de alimentacin y enmuchos aparatos electrnicos. De-be
tenerse sumo cuidado cuandose manejan esas fuentes de ener-ga.
El efecto magntico
Un profesor dinamarqus de laescuela secundaria llamado
HansChristian Oersted observ quecolocando una aguja imantadacerca
de un cable conductor,cuando se estableca la corrienteen el
conductor, la aguja se des-plazaba hasta tomar una
posicinperpendicular al cable, como semuestra en la figura 18.
Como deben saber los lectores,las agujas imantadas
procuranadoptar una posicin determina-da, segn el campo magntico
te-
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
8
1717
1919
1818
-
rrestre, dando origen a labrjula (figura 19).
El movimiento de la agujaimantada slo revela que lascorrientes
elctricas produ-cen campos magnticos ytambin facilita el
estableci-miento exacto de la orienta-cin de este campo, o sea
sumodo de accin.
Como en el caso de loscampos elctricos podemos re-presentar los
campos magnti-cos por lneas de fuerza. En unimn, como se muestra en
la fi-gura 20, esas lneas salen delpolo norte (N) y llegan al
polosur (S).
Para la corriente elctricaque fluye en el conductor,
veri-ficamos que las lneas de fuer-za lo rodean como muestra
lafigura 21.
Representando con una fle-cha la corriente que fluye del
po-sitivo hacia el negativo, tenemosuna regla que permite
determinarcmo se manifiesta el campo.
Con la flecha que entra en lahoja (corriente entrante), las
lneasson concntricas, con orientacinen el sentido horario (sentido
delas agujas del reloj).
Para la corriente que sale, laslneas se orientan en el
sentidoantihorario (figura 22).
El hecho importante esque, disponiendo de maneradeterminada
conductores re-corridos por corrientes deformas determinadas,
pode-mos obtener camps magn-ticos muy fuertes, tiles enla
construccin de diversosdispositivos.
En la figura 23 mostramos al-gunos aparatos que
funcionanaprovechando el efecto magnticode la corriente
elctrica.
Debe tener en cuenta que:Una corriente elctrica siempre
genera un campo magntico.Esto es importante pues nos
indica que este fenmeno es elnico que se manifiesta siempre.
Basta que haya corriente,no importa dnde ni cmopara que exista
un campomagntico asociado.
Clculos importantes
Es muy importante sabercmo suceden las cosas en
trminos elctricos pero mu-cho ms importante para elproyectista
es saber calcular aqu intensidad de corrienteocurre el fenmeno.Para
el efecto qumico de lacorriente existen dos leyes quenos permiten
determinar lacantidad de sustancia liberadao depositada por una
corrienteelctrica. Son las Leyes de Fa-raday para electrlisis y
lagalvanoplasta.
Primera Ley de Faraday
Esta ley establece que la masade sustancia liberada en un
elec-trodo durante una electrlisis, esproporcional a la cantidad de
car-gas elctricas (Q) que pasan porel electrolito (que es la
sustanciaconductora o sea la solucin for-
mada por el agua y unasustancia que se disocia eniones).
La frmula es:
m = K . Q (3)
Donde: m es la masa de sustancia
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
9
2020
2121
2222
-
liberada,Q es la cantidad de cargas
en Coulombs que pasa por la so-lucin,
K es el equivalente elec-troqumico de la sustancia que secalcula
mediante la segunda Leyde Faraday.
La Segunda Ley de Faraday
La segunda ley establece queel equivalente electroqumico deuna
sustancia (k) es proporcionalal equivalente qumico que es larelacin
entre el peso atmico y lavalencia o A/Z.
La constante c que aparece enla frmula tiene siempre el
mismovalor.
Esa constante est dada por la
relacin C = 1/F en la que F es lacantidad de carga que al
pasarpor la solucin libera un equiva-lente de la sustancia deseada.
Esacantidad F equivale a 96.500 Cou-lombs y se llama "Faraday".
As ya podemos escribir la fr-mula final para calcular la
canti-dad m de sustancia liberada:
Q . Am = ___________
96.500 . Z
Donde: Q es la can-
tidad de cargas quepasa por la solu-cin,
A es el pesoatmico de la sus-tancia liberada,
Z es la valencia.Vamos a dar un ejemplode la aplicacin de
estafrmula.
EjemploCul es la cantidad deoxgeno liberada en unaelectrlisis en
que unacorriente de 2A circuladurante 1 minuto?En este caso
comenza-mos a calcular la canti-dad total de carga. Paraeso
multiplicamos la co-rriente por el tiempo:
Q = l . tQ = 2 . 60Q = 120 Coulomb
Despus, recordandoque para el oxgeno Z =2 y A = 16, aplicamos
la
frmula:
Q . Am = ___________
96.500 . Z
120 . 16m = ___________
96.500 . 2
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
10
2323
Tabla 3
Ion K Ion KH+ 0,0104 CO3-- 0,3108O-- 0,829 Cu++ 0,3297AI+++
0,936 Zn++ 0,3387OH- 0,1762 CI- 0,3672Fe+++ 0,1930 SO4-- 0,4975Ca++
0,2077 NO3- 0,642Na+ 0,2388 Cu+ 0,6590Fe++ 0,2895 Ag+ 1,118
-
m = 1.920/293.000
m = 0,00655 g
Como el lector puedepercibir, la cantidad libera-da, en peso, no
es de lasmayores.
Una pregunta muy comn"Lo que mata en un
shock elctrico, es la co-rriente o la tensin?"
Segn ya vimos, la tensines la causa y la corriente un fac-tor.
No hay corriente, por lo tanto,no hay shock, sin que haya
ten-sin.
La corriente es realmente laque mata pues es la que produce
el efecto que estudiamos, pero s-lo existe si hay tensin.
Informacin til
En la tabla 3 damos los equiva-lentes qumicos de algunos iones
y
el factor K de la 1 Ley de Faraday.(Los signos + y - indican
la
carga y la valencia, es decir el n-mero de cargas elementales
trans-portadas por cada ion.)
Por ltimo, en la figura 24 tene-mos los efectos de la
corrienteelctrica en el cuerpo humano. ***
LO S EF E C TO S D E L A CO R R I E N T E EL E C T R I C A
2424
-
La resistencia elctrica
La cantidad de aguaque sale de un cao, co-mo se muestra en la
figu-ra 1, depende de la alturadel tanque (comparable ala "presin"
o tensin) ydel espesor del cao. Laanaloga elctrica de estefenmeno
se estudiar en-seguida.
Pensando en la analo-ga con un depsito deagua, vemos que el
flujopor el cao depende engran parte del espesor delmismo. En un
cao ms
grueso el agua encuentra menor"resistencia" y puede fluir
con
ms facilidad. El resultado es unflujo mucho ms intenso y por
consiguiente una cantidadmayor de agua. con laelectricidad
ocurre lo mis-mo.Si tenemos una fuentecualquiera de energaelctrica
capaz de propor-cionar cargas en cantida-des limitadas, que a lavez
hace de tanque, launin con un cable con-ductor entre los polos dela
fuente hace que la co-rriente pueda fluir y esonos lleva a un
comporta-miento semejante al del
LECCION 4
1
TEORIA: LECCION N 4
Resistencia ElctricaEstudiaremos que una corriente puede
circular por un medio con-ductor solamente si hay una causa; en
nuestro caso, una fuerza denaturaleza elctrica que "empuja" las
cargas y que es la tensin. Pe-ro la intensidad de corriente que
circula por un cable est limitadapor diversos factores. Podemos
comparar la intensidad de la co-rriente que fluye de una pila (o de
otra fuente de energa) al aguaque sale de un tanque. Veremos una
analoga prctica para ilustrarmejor el tema. Tambin veremos los
resistores comerciales y losefectos de la denominada Ley de
Joule.
11
-
tanque de agua (figura 2).La intensidad de la co-
rriente que va a fluir, es de-cir, el nmero de "amperes"no
depende slo de la ten-sin de la fuente sino tam-bin de las
caractersticasdel conductor.
Estudiamos que los ma-teriales se comportan demodo diferente en
relacina la transmisin de cargas.No existen conductores per-fectos.
Y adems, el cableconductor puede ser fino ogrueso, largo o
corto.
Si el cable fuera fino ylargo, de material mal con-ductor de la
electricidad, elflujo ser muy pequeo. Lacorriente encontrar unagran
"resistencia" u "opo-sicin" a su circulacin. Siel cable fuera de un
buen ma-terial conductor, corto y grue-so, la oposicin al pasaje
decorriente ser mnima y la co-rriente intensa (figura 3).
El efecto general de un ca-ble o de un cuerpo cual-quiera que es
recorridopor una corriente se denomi-na Resistencia Elctrica.
Podemos definir la resis-tencia elctrica como:
"Una oposi-cin al pasaje dela corriente."
La resistenciaelctrica de unconductor dependede diversos
facto-res, como la natu-
raleza del material de queest hecho el conductor ydel formato
(longitud, espe-sor, etc.).
Unidad deresistencia
Si conectamos un conductora un generador (pila) u otrafuente de
energa que esta-blezca una tensin de 1V yverificamos que es un
reco-rrido por una corriente de1A (1 ampere) de intensi-dad,
podemos decidir en-tonces que el conductorpresenta una resistencia
de1 ohm ().El ohm, abreviado , es launidad de resistencia. La
le-tra griega omega mayscula
se utiliza para la abreviatura(figura 4).Podemos, como en el
caso dela corriente y la tensin, usarmltiplos y submltiplos delohm
para representar resisten-cias grandes y chicas. Es mscomn el uso
de mltiplos.Es as que si tuviramos unaresistencia de 2.200 ohms,
po-demos, en lugar de ese n-mero, escribir 2k2 2,2k,
donde k significa"kilo" o 1.000ohms. Vea quepodemos usarlo
alfinal del nmero oen lugar de la co-ma decimal.Del mismo modo,si
tuviramos unaresistencia de
RE S I S T E N C I A EL E C T R I C A
2
33
44
22
-
1.500.000 ohm pode-mos escribir 1M5 1,5M donde M signi-fica
"Mega" o millonesde ohm.
Vea en este casoque tambin la letraM puede usarse al fi-nal del
nmero o enlugar de la coma de-cimal.
La Ley de Ohm
Una de las leyes ms importan-tes de la electricidad es la Ley
deOhm.
Para enunciarla, conectemos a
la fuente de energa elctrica queestablezca tensiones diferentes,
uncable conductor que presente cier-ta resistencia y midamos las
co-rrientes correspondientes, compro-baremos que se dan
determinadassituaciones que permitirn verifi-car esta importante
ley (figura 5).
Lo que hacemos en-tonces es aplicar alconductor
diferentestensiones y anotar lascorrientes correspon-dientes.Si
tenemos una ten-sin de 0V la corrienteser nula.Si tenemos una
ten-sin de 1V, la corrien-
te ser de 0,2A.Si tenemos una tensin de 2V,
la corriente ser de 0,4A.Podemos ir anotando sucesiva-
mente las tensiones y las corrien-tes correspondientes para
esteconductor determinado y formaruna tabla (tabla 1).
RE S I S T E N C I A EL E C T R I C A
3
55
66
-
Tensin (V)..Corriente (A)0
............................................01
.........................................0,22
.........................................0,43
.........................................0,64
.........................................0,85
.........................................1,06
.........................................1,27
.........................................1,48
.........................................1,69
.........................................1,810
.......................................2,0
Analizando la tabla sacamosdos concluisones importantes:
1) Dividiendo la tensin porcualquier valor de la corriente
ob-tenemos siempre el mismo nme-ro:
1/0,2 = 55/1,0 = 58/1,6 = 5
El "5", valor constante, es justa-mente la resistencia.
La resistencia depende,por lo tanto, de la tensiny de la
corriente y puedecalcularse dividiendo latensin (V) por la
corriente(I). (En las frmulas repre-sentamos las tensiones porE o V
y las corrientes porI).
Podemos establecer laimportante frmula que ex-presa la Ley de
Ohm:
VR = ____ (1)
I
Para calcular la resisten-cia de un conductor (o de
otro elemento cualquiera) bastadividir la tensin entre sus
extre-mos por la corriente que circulaen el elemento.
De la frmula obtenemos otrasdos:
V = R x I (2)I = V/R (3)
La primera nos permite calcularla "cada de tensin en un ca-ble"
o cuntos volt cae la tensina lo largo de un conductor enfuncin de
su resistencia.
La segunda nos da la corriente,cuando conocemos la tensin y
laresistencia de un conductor.
2) Graficando los valores delas tensiones y corrientes de
unconductor obtenemos la represen-tacin siguiente (figura 6).
Unidos los puntos obtenemosuna recta inclinada. Esta recta esla
"curva caractersticas de una re-sistencia".
Si se tienen dos conductorescon otras resistencias, podemoshacer
los grficos y obtener "cur-vas" con inclinaciones diferentes(figura
7).
La inclinacin de la "curva" semide por la tangente (tg) del
n-gulo.
Esa tangente es justamente elvalor dado de la tensin por
lacorriente correspondiente, comomuestra la figura 8.
La tangente del ngulo A (tgA)corresponde entonces a la
resis-tencia del conductor.
Es importante que recuerde que:- El cociente de la tensin y
la
corriente en un conductor es suresistencia.
- En un conductor la corrientees directamente proporcional a
latensin.
- La "curva caracterstica" deun conductor que presente unacierta
resistencia, es una recta.
RE S I S T E N C I A EL E C T R I C A
4
77
-
Vea que todos los con-ductores presentan curvascomo las
indicadas. Los com-ponentes o elemento quepresentan este tipo de
com-portamiento se denominan"dipolos lineales" y pode-mos citar a
los resistores y alos conductores como ejem-plos. Existen tambin
dipolosno lineares cuyas "curvas"pueden presentar configura-ciones
diferentes como se veen la figura 9.
Resistividad
Como vimos la resisten-cia de un conductor depen-de de tres
factores: longi-tud, espesor y tipo de mate-rial. Dejando de lado
la longitud yel espesor, podemos analizar losdiversos materiales en
funcin deuna magnitud que caracteriza alos conductores de la
electricidad.
Es as que decimos que el co-bre es mejor conductor que el
aluminio, en el sentido de que sipreparramos un cable de cobre
yotro de aluminio, de la mismalongitud y espesor, el cable de
co-bre presentar menor resistencia(figura 10).
Existe entonces una magnitud,la "resistividad" que
caracteriza
el material de que est he-cho el conductor elctrico yque no
depende de las di-mensiones del cuerpo finalque formar, sea un
cable,una barra, una esfera, etc.La resistividad se representacon
la letra griega (ro) yal final de esta leccin sedar una tabla
comparativade resistividades de los me-tales comunes.Vemos entonces
que, res-pecto de las resistividades,al del aluminio es de:
0,028 ohm. mm2/m
y la del cobre es bastantemenor:
0,017 ohm.mm2/m
RE S I S T E N C I A EL E C T R I C A
5
88
99
1010
-
Qu significanesos valores?
Sifnifica que si ha-cemos un alambre decobre de 1 m de lon-gitud
y 1 mm2 de sec-cin, tendr una resis-tencia de 0,0175 ohm.
La seccin recta esel rea del corte trans-versal del alambre
co-mo muestra la figura11.
Vea que tenemos alambres concorte circular y tambin con
cortecuadrado. Si sus superficies fueraniguales, en el clculo son
equiva-lentes.
La frmula que permite calcu-lar la resistencia de un cable
demetal cualquieira, conociendo suresistividad, es:
lR = . _____ (4)
S
Donde: es la resistividad en
ohms. mm2/ml es la longitud del cable
en metrosS es la superficie de la
seccin transversal en mm2
Si el cable fuera de seccin cir-cular, la superficie puede
calcular-se en funcin del dimetro me-diante la frmula
siguiente:
D2
S = _____
4
Donde: D es el dimetro del cable
en mm.
La resistividad es una mag-nitud inherente al material,
que lo caracteriza como bueno mal conductor de la electrici-
dad.
Qu es lo que realmente causala resistencia de un material,
unmetal, por ejemplo?
La oposicin al pasaje de lacorriente elctrica por el material,o
sea que la resistencia dependede la cantidad de electrones
libresque el material posee, adems dela existencia de fuerzas que
pue-den alterar su movimiento.
En un metal, por ejemplo, lacantidad de electrones libres
de-pende, en parte, de su temperatu-ra, pero la misma temperatura
ha-ce que la agitacin de las partcu-las aumente, esto dificulta el
mo-vimiento de las cargas. Entonces,tenemos para los metales una
ca-racterstica importante: como laagitacin de las partculas
(to-mos) predomina en relacin a laliberacin de las cargas, la
resisti-vidad aumenta con la temperatu-ra.
Para los metales puros, el coe-ficiente de temperatura, o sea
la
manera en que au-menta la resistividad,est cerca del
coefi-ciente de expansintrmica de los gasesque es 1/273
=0,00367.
Qu significa decirque la corriente es di-retamente proporcio-nal
a la tensin, en elcaso de la Ley de
Ohm? Tiene mucha importancia
entender ese significado pues apa-rece en muchas leyes fsicas
relati-vas a la electricidad. Decir queuna corriente es
directamente pro-porcional a la tensin significaque a cualquier
aumento o dismi-nucin de la tensin (causa) co-rresponde en relacin
directa unaumento o disminucin de co-rriente. En el caso de
aumentar latensin el 20%, la corriente au-mentar en la misma
proporcin.En la relacin de proporcin di-recta, las magnitudes que
intervie-nen aparecen siempre con el ex-ponente "1".
En este caso, la tensin y lacorriente en la Ley de Ohm no es-tn
elevadas al cuadrado ni a otroexponente como sucede en otrostipos
de relacin.
En la relacin X = Y2, porejemplo, existe una relacin deproporcin
directa al cuadrado.Puede decirse en este caso que"X es
directamente proporcio-nal al cuadrado de Y".
Vea que todos los valores estnen el numerador.
En la relacin X = 1/Y2 puede
RE S I S T E N C I A EL E C T R I C A
6
1111
-
decirse que X es inversamenteproporcional al cuadrado de Y,pues
Y est al cuadrado y en eldenominador.
En la figura 12 se muestrancurvas que representan
relacionesdirectamente proporcionales alcuadrado e inversamente
propor-cionales al cuadrado.
Ahora bien, siempre que hayauna tensin y un cable va acircular
corriente?
La respuesta es NO. Paraque circule corriente y severifique la
Ley de Ohm,debe existir un circuito ce-rrado; por ello, veamos
quenos dice la Ley de Ohmdesde otro enfoque.
Circuito elctrico
La aplicacin de cargaselctricas con signo contra-rio a los
extremos de unconductor no es suficientepara lograr una
corrienteelctrica constante, pues so-lo se lograra la
circulacin,por un momento, de flujode corriente elctrica, hasta
que las cargas de los extremos sehayan neutralizado, tal como
semuestra en la figura 13.
Para que en un conductor hayacorriente elctrica, los
electroneslibres debern moverse constante-mente en una misma
direccin, loque se consigue por medio deuna fuente de energa para
aplicarlas cargas de signo contrario a los
extremos del conductor; las cargasnegativas sern atradas por
lascargas positivas del otro extremo.Por cada electrn que d la
fuenteal conductor por el lado negativo,existir otro en el lado
positivo;entonces la corriente fluir de ma-nera constante mientras
se man-tengan aplicadas al conductor lascargas elctricas de la
fuente deenerga, llamndose as, circuitocerrado o completo (figura
14).
Un claro ejemplo de fuentes deenerga elctrica son las bateras
ylas pilas. Para que haya flujoconstante de corriente, el
circuitodeber estar cerrado o completo.Ahora, si un circuito se
interrum-pe en cualquier punto, la corrien-te dejar de fluir y se
dice que esun circuito abierto; ste puedeabrirse deliberadamente
por me-dio de un interruptor, u ocurrircomo consecuencia de fallas
o
desperfectos en un cable ouna resistencia quemada,por ejemplo.
Por lo generalse usan fusibles como pro-teccin del circuito
contraexcesos de corrientes quepuedan perjudicar la fuentede
tensin. Sepamos que elfusible tiene la funcin deabrir el circuito
cuando lacorriente excede el valor l-mite, ya que en