La electricidad es algo tan habitual en la vida cotidiana que en la mayoría de las ocasiones nos pasa inadvertida, simplemente presionamos un interruptor y funcionan nuestras lámparas, hornos, electrodomésticos, la "tele" o el ordenador, pero ¿cómo se logra tal efecto?, ¿qué es realmente la electricidad?

El término electricidad tiene su origen en el griego. El filósofo Tales de Mileto, se percató de que al frotar una varilla de ámbar (ELEKTRON) con lana o piel se crea una atracción hacia otros cuerpos cercanos e incluso se podían producir chispas.

Lo cierto es que la electricidad es un fenómeno físico que tiene su origen en las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en distintos fenómenos de diversa naturaleza, éstos pueden ser: fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos etc..., dicho de otra manera se trata del flujo o corriente de electrones entre distintas materias, pero ¿qué son los electrones?, sencillo, toda la materia está compuesta por átomos y éstos por partículas aún pequeñas, una de las cuales es precisamente el electrón.

El núcleo del átomo está integrado por neutrones y protones. Los electrones tienen carga negativa, los protones carga positiva mientras que los neutrones, como su nombre indica, son neutros, es decir, carecen de carga (solo poseen masa).

Los electrones giran a gran velocidad en órbitas alrededor del núcleo. La particularidad de las cargas de electrones y protones hacen que se ambas partículas se atraigan mientras que entre ellas (dos protones o dos electrones) se repelen. Los protones se concentran en el núcleo junto a los neutrones. A pesar de que posean carga positiva y que entre ellos exista una gran fuerza repulsiva, éstos se mantienen recluidos y cercanos entre sí en el núcleo, debido a la gran fuerza de carácter nuclear. Los neutrones no poseen carga eléctrica pero sí aportan masa al núcleo del átomo.

Un átomo en estado normal posee el mismo número de electrones que de protones, por tanto permanece en un estado eléctricamente neutro. Si por algún medio se consigue arrancar electrones de las últimas órbitas del átomo, se producirá un desajuste entre el número de cargas negativas y positivas, siendo mayores estas últimas y provocando, en este caso, que sea un átomo cargado positivamente. El efecto contrario, es decir, un átomo que adquiere electrones, el exceso de éstos, produce una carga negativa en el átomo.

Al frotar determinados materiales aislantes, éstos pierden o ganan electrones, lo que origina cargas eléctricas estáticas en dichos materiales. Por ejemplo, al frotar un bolígrafo de plástico con un paño, se transfieren electrones de un elemento a otro, quedando el bolígrafo cargado eléctricamente. Cuando acercamos el bolígrafo, cargado con electricidad estática, a unos papelillos u otros materiales también de plástico, éstos son atraídos, como es propio de los cuerpos electrizados. El tipo de carga (positiva o negativa) con la que se electrizan después de haber sido frotados depende de los materiales que se empleen en el proceso.

En el siguiente enlace, puedes ver un vídeo con el efecto contrario, al frotar un trozo de plástico con papel se produce un efecto de repulsión al acercar la varita de plástico a otros elementos similares.

Electrificación por frotamiento. Resumen textual alternativo

El principio por el que se rigen estas manifestaciones eléctricas fue enunciado en el siglo XVIII por el físico Charles-Augustin de Coulomb de la siguiente forma: La fuerza que actúa entre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Además, esta fuerza entre las dos cargas depende también del medio en el que se encuentren, que vendrá definido en la ley de Coulomb mediante una constante (K), que lo caracteriza. La fórmula de la ley de coulomb es la siguiente:

La unidad de la fuerza (F) es el Newton (N). La unidad de carga eléctrica es el culombio (C). Un culombio equivale aproximadamente a un exceso o defecto de 6 trillones de electrones (l culombio= 6,31018 electrones). La distancia (d) se expresa en metros (m). Y la contante (K) depende del medio donde se encuentren las dos cargas (Q). En el vacío K=9.10⁹ N.m.C^-2.

Pensemos ahora que cargamos eléctricamente, por frotamiento, dos elementos, por ejemplo dos bolitas. Entre ellas aparece una diferencia de carga eléctrica. Si ahora unimos eléctricamente las dos bolas mediante un conductor eléctrico, los electrones en exceso de una bolita cargada negativamente serán atraídos por la carga positiva de la otra. Al existir un conductor entre ambas por donde se pueden desplazar los electrones, puede iniciarse el movimiento de los mismos entre materiales hasta que las cargas queden compensadas, o lo que es lo mismo, hasta que desaparezca la diferencia de cargas.

Al movimiento de electrones que se establece por el conductor eléctrico se denomina corriente eléctrica. El sentido de la corriente eléctrica lo establecen los electrones, es decir, del cuerpo donde hay exceso de electrones hasta el cuerpo donde hay defecto de ellos (del negativo al positivo). A la diferencia de cargas que se establece entre los dos cuerpos cargados eléctricamente, y que es la causante del movimiento de electrones, se la conoce por el nombre: Tensión o diferencia de potencial.

Los materiales se pueden clasificar desde el punto de vista eléctrico:

1. Material conductor: Es el que permiten el paso de la electricidad debido a que sus electrones tienen facilidad para pasar de un átomo a otro. Los metales son materiales conductores.
2. Material aislante: Es el que opone resistencia al paso de la corriente eléctrica. El plástico y la madera son ejemplos de materiales aislantes.

En general, los metales son buenos conductores de la corriente eléctrica, aunque no todos la conducen igual de bien. Por ejemplo, el oro es mejor conductor de la electricidad que el hierro. Para medir la capacidad de conducción de la corriente eléctrica de los materiales se estudia su resistividad, a mayor resistividad, peor conductor es el material, y a menor resistividad, mejor será. La unidad de medida de la resistividad es el ohmio por milímetro cuadrado partido por metro: Ω.mm²/m.

Recuerda que no todos los materiales aislantes son perfectos para este fin, ya que en ocasiones pueden ser atravesados por la corriente eléctrica si ésta eleva su tensión. La rigidez dieléctrica de un material es la tensión que es capaz de perforar al mismo. Conocer la tensión que es capaz de perforar un aislante es muy importante, de esta forma, podremos elegir los materiales más adecuados para aislar líneas, aparatos eléctricos etc.

Resistividad de los materiales

Materiales	Resistividad (p) Ω.mm2/m
Plata	0,0163
Cobre	0,017
Aluminio	0,028
Cinc	0,061
Latón	0,07
Estaño	0,12
Hierro	0,13
Plomo	0,204
Mercurio	0,957
Carbón	63

La conductividad es la capacidad de un cuerpo para permitir el paso de la corriente eléctrica, por lo que también se puede utilizar para conocer el tipo de material. Otra forma de definir conductividad es la inversa de la resistividad σ=1/ρ.

Dentro de un circuito eléctrico se producen diversos efectos, cuantificados todos ellos siguiendo el sistema internacional de unidades de medida. Los principales son los siguientes:

La resistencia eléctrica corno unidad de medida nos va a ayudar a diferenciar los cuerpos que son mejores conductores de los que son peores. Cuando los electrones circulan por un conductor, éstos tienen que moverse a través de todos los átomos, produciéndose una especie de rozamiento (resistencia al movimiento de electrones) que se transforma en calor (Efecto térmico de la electricidad). Estos choques son menores en los buenos conductores que en los malos.

El valor de la resistencia (como veremos en el apartado de resistores) depende del material del que se haya fabricado, de su longitud y de la sección, según el esquema que podemos ver en la siguiente imagen.

En un circuito, el generador es el encargado de crear la diferencia de cargas. Para ello tiene que arrancar electrones del polo positivo y depositarlos en el polo negativo. Para realizar esta tarea el generador necesita producir una energía. A la fuerza necesaria para trasladar los electrones desde el polo positivo al negativo, y así crear la diferencia de cargas, se le denomina fuerza electromotriz (f.e.m.).

Podemos ver el funcionamiento de un generador en la siguiente presentación.

La diferencia de potencial entre dos puntos se puede estudiar con el símil de una bomba de agua que genera un desnivel para producir una corriente de agua. La f.e.m. sería la fuerza que genera la bomba de agua para producir la diferencia de nivel, que en caso de la electricidad sería la diferencia de potencial. La corriente de agua se produce por este desnivel. Igual ocurre en un circuito en el que se produce una diferencia de tensión que provoca una corriente eléctrica.

Para recordar el concepto de intensidad puedes hacer la comparación con el caudal de agua que pasa por la tubería anterior. Para averiguar dicho caudal tenemos en cuenta el número de litros de agua que pasan por la tubería por segundo, pues bien, para el caso de la intensidad eléctrica, consideramos el número de culombios por segundo; se mide en amperios.

Recuerda que los datos no siempre se expresan en las mismas medidas; es frecuente encontrar datos sobre potencia en otras unidades, éstas son; Megavatio Mw (10⁶w), Kilovatio Kw (10³w), Milivatio mw (10^-3w), vatio w, nanovatio nw (10^-6w), picovatio pw (10^-12w).

El julio es la unidad recomendada por el sistema internacional de medidas, sin embargo como es muy pequeña, se suele utilizar más el KWh. Así, cuando la potencia viene dada en Vatios (W) y el tiempo en segundos (s) tendremos resultados en Julios (J) pero si la potencia se indica en Kilovatios (KW) y el tiempo en horas (h) el resultado se expresará en Kilovatio por hora (KWh).

Se representa por la letra Q y su unidad de medida es la caloría (Cal). La fórmula de cálculo es:

Siendo Q igual a calor (calorías) y E a energía (Julios) y recuerda que E es igual a Potencia (P) por tiempo (t)

Gracias al efecto térmico de la electricidad se pueden construir multitud de dispositivos de gran aplicación práctica, como son lámparas incandescentes, elementos de caldeo y fusibles. El funcionamiento de una lámpara incandescente es muy sencillo. Al atravesar la corriente un filamento resistivo, éste alcanza una gran temperatura (unos 2.000 ºC) poniéndose al rojo blanco, o sea incandescente, lo que provoca una emisión de radiaciones luminosas. Las lámparas incandescentes son muy utilizadas por su bajo coste y por la facilidad de su montaje. Sin embargo, poseen un rendimiento luminoso bastante bajo frente a otro tipo de lámparas como por ejemplo, las fluorescentes. Además, la duración de las mismas no suele superar las 1.000 horas de funcionamiento. Las lámparas de las que más se habla últimamente por el ahorro energético que supone, son las lámparas led, construidas con materiales semiconductores y de las que hablaremos más adelante. Su uso frente a las lámparas incandescentes puede ahorrar hasta un 80% del consumo eléctrico, pero su funcionamiento ya no se basa en el efecto de incandescencia.

Los receptores eléctricos más caracterizados por el efecto Joule son los calefactores, ya que consiguen transformar la energía eléctrica que reciben en energía calorífica, gracias a su elevada resistividad.

Las magnitudes eléctricas generalmente son medidas con ayuda de aparatos o instrumentos de medida, para cada una de ellas se utilizan los siguientes:

1. Resistencia eléctrica: se mide con un instrumento llamado óhmetro. Hay muchos tipos, pero lo más usual es medir resistencias mediante el óhmetro que incorpora el polímetro digital, aplicando directamente las puntas de prueba sobre la resistencia.
   
2. Tensión eléctrica: Para medirlo se utiliza el voltímetro y se conecta en paralelo en el circuito eléctrico.
3. Intensidad eléctrica: el aparato de medida es el amperímetro y se conecta en cualquier punto del circuito en serie.
4. Potencia eléctrica: El aparato que mide la potencia eléctrica es el vatímetro, que en realidad mide por separado la tensión y la intensidad de la corriente, y luego calcula .
5. Energía eléctrica: Se mide con un contador, como el que solemos tener todos en casa.

La circulación de electrones se desarrolla en los llamados circuitos eléctricos, éstos pueden llegar a ser sumamente complicados, pero el más elemental está formado por los siguientes elementos:

1. Un generador, por ejemplo una pila o una batería, que se encarga de generar una diferencia de cargas o tensión entre sus dos polos.
2. Un receptor (una bombilla, una resistencia, etc.) se trata de un aparato eléctrico, que aprovechando el movimiento de electrones, consigue transformar la energía eléctrica en energía calorífica, luminosa, motriz, etc.
3. Y por último, los cables que unen todo ello, es decir, un conductor para generar el circuito, que debe ser cerrado para que puedan circular los electrones.

Ya vimos que la corriente eléctrica se puede definir como el flujo de electrones que circulan por un determinado material (conductor), el sentido en el que circulan estos electrones determina el tipo de corriente eléctrica. El encargado de proporcionar el movimiento a los electrones en un circuito eléctrico es el generador. A su vez, para que exista una corriente eléctrica, debe existir una diferencia de potencial entre dos puntos, de tal forma que las cargas puedan circular libremente entre ambos. A la fuerza necesaria para trasladar los electrones desde el polo positivo al negativo, y así crear la diferencia de cargas, se le denomina fuerza electromotriz (f.e.m.):

• Si la tensión en el generador se mantiene constante tanto en valor como en signo a lo largo del tiempo: Estaremos ante la denominada corriente continua, donde la circulación de los electrones será siempre en el mismo sentido.
• Si la tensión del generador no es constante a lo largo del tiempo. Esto provocará que los electrones circulen en diferentes sentidos en el circuito según cambie el generador; es lo que llamamos corriente alterna.

En la siguiente presentación se muestra el recorrido de los electrones según el tipo de la corriente:

El sentido real de la corriente va del polo negativo al positivo, sin embargo, en los primeros experimentos se consideró al revés, por ello, cuando resolvamos ejercicios siempre consideraremos, por convenio, que el sentido de la corriente eléctrica irá del polo positivo al negativo (corriente convencional) como se puede ver en la siguiente imagen.

Los circuitos eléctricos no son tan sencillos como los que acabamos de ver, su análisis implica conocer determinados métodos y leyes que manejan una serie de conceptos imprescindibles como los siguientes:

Para poder analizar el funcionamiento de un circuito eléctrico es imprescindible conocer sus leyes fundamentales:

1. La ley de Ohm.

La ley relaciona las tres magnitudes y su fórmula sería Intensidad (I) igual a la división entre la diferencia de potencial o tensión (V) y la Resistencia (R) del conductor:

2. Las leyes de Kirchhoff son dos:
   1. Primera ley: La ley de nudos.

2. Segunda ley: La ley de Mallas.

Podemos definir los componentes electrónicos pasivos como aquellos que no producen amplificación y que sirven para controlar la electricidad, colaborando en el mejor funcionamiento de los elementos activos, asegurando la trasmisión de las señales o modificando su valor. Los componentes pasivos están formados por elementos de diversas clases que tendremos que considerar independientemente, ya que son diferentes sus objetivos, construcción y resultados, los principales son:

Se utilizan con mucha frecuencia en los equipos electrónicos y sus funciones principales son:

1. Limitar la intensidad en determinados puntos de un circuito.
2. Proteger otros componentes del equipo.
3. Polarizar componentes como, por ejemplo, transistores (es decir, hacer que funcionen correctamente).

Su valor se da en ohmios (Ω), que es la unidad de medida de la resistencia.

Los parámetros fundamentales que debemos tener en cuenta cuando vayamos a elegir un componente son:

1. Resistencia nominal: es el valor de la resistencia eléctrica del componente (en Ω).
2. Potencia máxima: es la máxima potencia que puede soportar el resistor sin estropearse.
3. Tolerancia: es la desviación o variación que puede tener el valor nominal de la resistencia, y se debe al propio proceso de fabricación.

Podemos clasificar los resistores en tres grandes grupos:

1. Resistores fijos: son los que presentan un valor óhmico que no podemos modificar, que a su vez se subdividen en:
   1. Bobinados: están fabricados con hilos metálicos bobinados sobre núcleos cerámicos. Se suelen utilizar aleaciones de níquel. Existen dos subgrupos:
      1. Resistores bobinados de potencia: son robustos y se utilizan en circuitos de alimentación, como divisores de tensión. Están formados por un soporte de porcelana o aluminio aglomerado sobre el que se devana el hilo resistivo. La protección la aporta el proceso final de cementado o vitrificado externo.
      2. Resistores bobinados de precisión: su estabilidad es muy elevada y presentan una tensión de ruido poco relevante. El soporte cerámico o de material plástico posee gargantas para alojar el hilo resistivo.
   2. No bobinados: El material resistivo se integra en el cuerpo del componente, están previstos para disipar potencias de hasta 2 W. Son más pequeños y económicos que los bobinados, y el material resistivo suele ser el carbón o una película metálica.
2. Resistores variables: son los que presentan un valor óhmico que podemos modificar cambiando la posición de un contacto deslizante. Pueden ser:
   1. Resistencias ajustables: tienen tres terminales, dos que fijan el valor nominal de la resistencia y uno común, de manera que puede variarse la resistencia (hasta su valor máximo) entre el común y cualquiera de los dos extremos. Están pensados para no cambiar su valor una vez que se ha realizado el ajuste del valor de la R.
   2. b. Potenciómetros: son semejante a la de los resistores ajustables, aunque la disipación de potencia es considerablemente superior. Están pensados para variar su valor frecuentemente.
3. Resistores especiales: son los que varían su valor óhmico en función de la estimulación que reciben de un factor externo (luz, temperatura, etc.).
   1. Termistores: los termistores son resistores que varían con la temperatura. Son de dos tipos:
      1. NTC: posee un coeficiente de temperatura negativo. La resistencia eléctrica del componente se reduce al aumentar la temperatura.
      2. PTC: su coeficiente de temperatura es positivo y su resistencia aumenta al incrementarse la temperatura.
   2. Varistores o VDR: son resistores cuyo valor óhmico varía con la tensión. Cuanto mayor es la tensión aplicada en sus extremos, menor es el valor de la resistencia del componente.
   3. Fotorresistores o LDR: el valor óhmico del componente disminuye al aumentar la intensidad de la luz que incide sobre él.

Hay diferentes maneras de conocer los valores de las principales magnitudes de un resistor, recordar que la más importante es su resistencia eléctrica, que se mide en ohmios (Ω), la siguiente en importancia es la potencia que puede disipar, que se mide en vatios (W), e igualmente importante es la tolerancia, o porcentaje de error respecto al valor nominal de resistencia eléctrica. Hay otras características, como el coeficiente de temperatura, su inductancia, su capacidad dieléctrica etc... pero se usan sólo en casos muy específicos. Para conocer estos valores en los resistores lineales fijos, lo habitual es utilizar un código de colores. La potencia máxima que aguanta un resistor está en relación a su tamaño físico (los de mayor tamaño tiene mayor potencia). Recordar que todos estos valores están estandarizados, por tanto cuando necesitéis utilizar un resistor tendremos que aproximar el valor calculado (el teórico), con los códigos que veremos a continuación, a uno que exista en el mercado (estandarizado).

Los códigos de colores están marcados por franjas en el resistor; éstas pueden ser 4 ó 5 y cada una tiene su significado como vemos en el siguiente esquema:

La otra forma de conocer el valor nominal de la resistencia, la tolerancia y la potencia en los resistores es mediante el marcado de carácter alfanumérico en su superficie; es el modo que utilizan entre otros los resistores para montaje superficial SMD (Standard tolerance Surface Mount Technology), los resistores variables y en los resistores fijos como los cementados. Se trata de una combinación de letras y números que nos indica el valor del resistor; las posibles combinaciones serían:

Además de las resistencias, el otro gran componente pasivo en los circuitos eléctricos son los condensadores. Su función es almacenar energía, por tanto, su parámetro fundamental es su capacidad para ello, medida en Faradios (F), o en sus principales equivalencias Microfaradio (µF igual a 10^-6F), nanofaradio (nF igual a 10^-9) o Picofaradio (pF igual a 10^-12). Además, a la hora de elegir un condensador para un circuito debemos prestar atención a la tensión máxima que puede resistir y a la polaridad, dado que algunos tienen polo positivo y negativo, y hay que respetar dicho orden para no estropearlos.

Existe una amplia gama de condensadores en el mercado, de los que conviene conocer sus principales características con objeto de poder utilizarlos para la aplicación más idónea. Al igual que las resistencias, nos encontraremos también con condensadores variables a los que se les puede modificar su valor capacitivo, aunque los más extendidos son los condensadores fijos que se dividen principalmente en:

1. Condensadores de plástico: son muy usuales, utilizan normalmente como dieléctrico el poliéster y el estiroflex. Su utilización tiene la ventaja de conseguir capacidades relativamente elevadas a tensiones que llegan hasta 1.000V y capacidades desde 1 nanofaradio hasta algunos microfaradios.
2. Condensadores cerámicos: Estos condensadores utilizan como dieléctrico compuestos cerámicos de una constante dieléctrica muy elevada. Con ellos se consiguen valores desde algunos picofaradios hasta los 100 nF.
3. Condensadores electrolíticos: Estos condensadores se diferencian bastante del resto desde su propia forma y construcción. Están formados por una lámina de aluminio y otra de plomo, sumergidas en una solución de cloruro de amonio (electrólito). Son condensadores con los que se consiguen capacidades elevadas en un volumen reducido (desde 1 µF hasta decenas de miles de microfaradios). Una de las características que diferencia a los condensadores electrolíticos de los demás, es que tienen polaridad, es decir, no pueden invertirse las conexiones indicadas en la superficie del componente, ni por tanto, aplicarse corriente alterna. En caso contrario, el condensador se perfora. En la actualidad se fabrican condensadores electrolíticos de Tántalo, que reducen el tamaño para la misma capacidad que uno de aluminio. Además, el electrólito suele ser seco.

Existen unos parámetros que nos permiten definir el tiempo de carga o descarga de un condensador conectado a una fuente continua mediante una resistencia. A este parámetro se le denomina constante de carga τ.

Un condensador requiere una cierta cantidad de tiempo para cargarse al valor del total del voltaje aplicado. El tiempo depende de la capacidad (C) y de la resistencia total (R) en el circuito de carga. El tiempo necesario para que la carga alcance el 63,2 % de su valor final se llama constante de tiempo capacitiva y está dada por la siguiente fórmula:

Se mide en segundos, siempre y cuando la resistencia se mida en ohmios y la capacidad en faradios.

Si se trata de condensadores ideales se puede asegurar que, en un tiempo τ, un condensador se carga o descarga un porcentaje del 63% sobre su total. Se considera que en un tiempo 5τ se completa la carga o descarga del condensador. En el momento que se completa la carga o la descarga cesa el flujo de la corriente.

El trabajo necesario para cargar un condensador con un potencial determinado se calcula aplicando la fórmula . La carga que adquiere un condensador se calcula mediante la fórmula

Un generador es un dispositivo capaz de transformar energía de cualquier tipo en energía eléctrica, son los encargados de crear la diferencia de potencial entre los extremos de un conductor. Sin embargo, no toda la potencia que suministra es aprovechada por el circuito, dado que existen pérdidas al paso de la corriente eléctrica por la resistencia interna (r) del mismo; así la tensión en los bornes o extremos es menor que la fuerza electromotriz (f.e.m.) necesaria para mover las cargas que atraviesan un circuito. En este sentido, la potencia total del generador será igual a la potencia útil más la potencia perdida:

Para determinar la potencia perdida multiplicamos la resistencia del generador por la intensidad al cuadrado:

Para calcular la potencia útil en realidad vamos a utilizar la misma fórmula, pero utilizando el valor de la resistencia del circuito en lugar de la resistencia del generador.

En función de todo lo expuesto, el rendimiento de un generador será la división entre la potencia útil y la potencia total. Como el resultado generalmente se expresa en tanto por ciento, habrá que multiplicarlo por 100:

En la actualidad los generadores más comunes son los utilizados por la gran variedad de dispositivos móviles y portátiles, como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, Ipad, cámaras de fotos y MP3. La mayor parte de los dispositivos que utilizamos dependen de los generadores electroquímicos.

Los generadores electroquímicos convierten la energía química en energía eléctrica. Estos generadores pueden almacenar la energía de una manera limitada. Los elementos que componen un generador electroquímico son: los electrodos (positivo y negativo) y un electrolito. Los generadores electroquímicos pueden ser:

• Primarios: son los generadores que no pueden recargarse una vez se han agotado, se denominan pilas.
• Secundarios: son los generadores que pueden recargarse cada vez que se agotan, se denominan acumuladores.

En la imagen siguiente se pueden apreciar las partes de la pila.

Principales tipos de pilas:

• Pila Leclanché o pila seca, inventada por el químico francés Georges Leclanché en la década de 1860. Es la pila común de bastón no alcalina, suele ser de 1,5 voltios.
• Pila alcalina. Es muy potente, tiene aproximadamente la capacidad de 3,5 pilas secas. Se ha ido mejorando con el tiempo y ahora posee mucho menor contenido de metales pesados que en sus comienzos. Se presenta en forma de bastón.
• Pilas de botón. Son las que se utilizan en aparatos muy pequeños o de muy bajo consumo ya que, por su tamaño, éstas tienen poca capacidad. Hay varios tipos: la pila de zinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como pila de mercurio, la pila de óxido de plata, que es la más utilizada, la pila de litio, que es más grande y plana que las otras y mucho más potente y duradera.

Principales tipos de acumuladores:

• Níquel-Cadmio (NiCd). Son los acumuladores estándar. Contienen entre 15 % y 20 % de cadmio y proporcionan una corriente de 1,2 V (menos que las pilas). Tienen un efecto memoria importante (pierden eficacia si los recargamos sin estar completamente descargados) y tienen una vida mucho más corta que los NiMh. Sin usarse pierden un 1 % de su carga cada día.
• Níquel-Metal-Hidruro (NiMh). Su potencia y longevidad son superiores a los de NiCd, y además no tienen efecto memoria, es decir que podemos recargarlos en cualquier momento sin que se estropeen. Tienen el inconveniente de no soportar temperaturas superiores a 45ºC. Necesitan un cargador especial, no sirven los de NiCd. Hay cargadores mixtos que sirven para los 2 tipos de acumuladores pero debe estar indicado expresamente.
• Ion-Litio (Li Ion). Son los utilizados por los teléfonos móviles, ordenadores portátiles o cámaras de vídeo. Ofrecen una gran capacidad en relación a su tamaño y peso. Son muy caros y se suelen cargar sin sacar del aparato al que alimentan.
• Plomo-ácido. Normalmente utilizadas en automóviles, sus elementos constitutivos son pilas individualmente formadas por un ánodo de plomo, un cátodo de óxido de plomo y ácido sulfúrico como medio electrolítico. Son las baterías de arranque de los coches. Hay que tener en cuenta cierta precaución en el uso de estas pilas ya que los gases de carga son explosivos y el electrolito es muy corrosivo.

La tensión que genera este tipo de generadores es muy baja, es por ello que es necesario asociar varios generadores para aumentarla. El valor de la tensión dependerá del tipo de electrodo que se utilice. Otra magnitud que caracteriza la cantidad de electricidad que puede almacenar el generador es la capacidad. Se mide en Amperio por hora (A.h) o en miliamperio por hora (mA.h). Por ejemplo, si una batería indica una capacidad de 20 Ah, significa que puede suministrar 20 amperios durante 1 hora.

La corriente eléctrica que produce una batería se basa en las reacciones químicas producidas entre sus placas, y entre placas y electrolito. Durante la descarga, la reacción en el cátodo libera electrones que se desplazan hasta el ánodo donde se recombinan. Durante la carga, es necesaria una fuente exterior de energía que produzca la reacción contraria.

La asociación de generadores puede ser principalmente en serie y en paralelo:

• Asociación serie de generadores: La f.e.m. de cada uno de los generadores y la resistencia interna se suman. La intensidad de corriente y la capacidad será la misma de cada uno de los elementos (ha de ser de igual valor).
• Asociación paralelo de generadores: se sumarían la intensidad y la capacidad de cada uno de los generadores.

Asociación en serie:

Se dice que están asociadas en serie cuando el polo negativo de una batería va conectado al positivo de la siguiente, y así sucesivamente, quedando libres un terminal positivo y otro negativo. En el acoplamiento en serie, la f.e.m. entre los extremos será igual a la suma de todas las fuerzas electromotrices de cada una de las baterías, es decir:

A su vez, la resistencia total interna que ofrecen todas las baterías será la suma de las resistencias internas de cada batería.

Asociación en paralelo

Se dice que las baterías están conectadas en paralelo cuando, por un lado, los extremos positivos de todas ellas están unidos entre sí, y por otro, lo están los terminales negativos. En este caso, las fuerzas electromotrices de todas las baterías tienen que ser iguales, por lo tanto, la fuerza electromotriz resultante también será la misma.

La resistencia total de dicho acoplamiento será la inversa de la suma de las inversas de cada una de las resistencias de cada batería, vendrá determinado por la fórmula:

Resistencias:

Las principales formas de conexión entre resistencias son: asociación en serie y asociación en paralelo. Hay una tercera modalidad, que en realidad consiste en una combinación de ambos modos, que se denomina asociación mixta.

Acuérdate de este truco: cuando hay solo dos resistencias en paralelo, la Resistencia equivalente se calcula dividiendo el producto entre la suma de ellas:

Si tenemos varias resistencia iguales en paralelo, la Resistencia equivalente es igual al valor de una de ellas (R) entre el número de resistencias (n), por ejemplo para cuatro resistencias iguales de 2Ω cada una sería igual a:

Condensadores.

Como ocurre con las resistencias, se pueden asociar varios condensadores de forma que todos ellos se comporten globalmente como si se tratara de un único condensador equivalente. La capacidad del condensador equivalente depende de la de los condensadores asociados, y del tipo de disposición que se elija para ellos.

Asociación en serie: La tensión aplicada al conjunto se reparte entre los terminales de cada uno de los condensadores, de tal forma que se cumple que la tensión total es igual a la tensión de cada condensador.

Con esta disposición, cada uno de los condensadores trabaja a una tensión más baja que la aplicada al conjunto de los mismos. Sin embargo la capacidad total obtenida es inferior a la de cualquiera de ellos:

Por tanto, la capacidad equivalente de los condensadores sería igual a la inversa de la suma de las divisiones de 1 entre la capacidad de cada condensador:

Asociación en paralelo: En este acoplamiento, la tensión a la que quedan sometidos todos los condensadores es la misma y coincide con la aplicada al conjunto. Por tanto, el cálculo de la capacidad total es igual a la suma de las capacidades de cada condensador:

Desde el siglo VI a.c. ya se conocía que el óxido ferroso-férrico, al que los antiguos llamaron magnetita, poseía la propiedad de atraer partículas de hierro. Hoy en día la magnetita se conoce como imán natural y a su propiedad de atracción de metales se le denomina magnetismo. Las antiguas civilizaciones orientales fueron las primeras en descubrir que cuando se le permitía a un trozo de magnetita girar libremente, ésta señalaba siempre a una misma dirección; sin embargo, esa característica no se aprovechó como medio de orientación hasta que los árabes le dieron uso práctico en forma de brújula para orientarse durante la navegación.

La Tierra constituye un gigantesco imán natural; por tanto, la magnetita o cualquier otro tipo de imán o elemento magnético que gire libremente sobre un plano paralelo a su superficie, tal como lo hace una brújula, apuntará siempre al polo norte magnético. Además de la magnetita existen materiales con propiedades similares como el níquel, el hierro o el cobalto, y son lo que comúnmente conocemos como imanes. Cualquier tipo de imán, ya sea natural o artificial, posee dos polos perfectamente diferenciados: uno denominado polo norte y el otro denominado polo sur. Si se enfrentan dos cuerpos imantados, los polos iguales se repelen y los opuestos se atraen, exactamente igual que ocurre con las cargas de electrones y protones. Una de las características principales que distingue a los imanes es la fuerza de atracción o repulsión que ejercen sobre otros metales. Las líneas magnéticas que se forman entre sus polos, las líneas de fuerza de atracción o repulsión que se establecen entre esos polos son invisibles, pero su existencia se puede comprobar visualmente si espolvoreamos limallas de hierro sobre un papel o cartulina y la colocamos encima de uno o más imanes. A los materiales que son susceptibles de ser atraídos por un imán se les conoce por el nombre de materiales ferromagnéticos. Generalmente, los electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, sin embargo, en un imán la mayoría de los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza o campo magnético grande o pequeño dependiendo del número de electrones que estén orientados.

El campo magnético adquiere su máxima intensidad en los polos, disminuyendo paulatinamente según nos alejamos de ellos. Para visualizar el aspecto que tiene el campo magnético se representan las llamadas líneas de fuerza, que por convencionalismo se indican con un sentido de circulación de norte a sur. La visualización de las líneas de fuerza son interesantes porque, conociendo su dirección se puede determinar la polaridad del campo magnético; la concentración de las mismas nos indica la intensidad del campo cuando acercamos dos imanes por sus polos iguales. Las líneas de campo se repelen, pero si acercamos dos imanes por sus polos opuestos, las líneas de campo se establecen en la misma dirección y se suman.

Los imanes producen, como hemos visto, un campo magnético, sin embargo para ciertas aplicaciones su intensidad resulta demasiado débil, para lograr amplificarla se utilizan bobinas fabricadas con conductores eléctricos que al ser recorridos por corriente eléctrica, producen campos magnéticos cuya intensidad varía en función de la propia intensidad de la corriente, así como el número de espiras de la bobina.

El físico danés Hans Christian Oerted descubrió que, entre el magnetismo y las cargas de la corriente eléctrica que fluye por un conductor existía una estrecha relación. Las cargas eléctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparición de un campo magnético a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula.

Ahora bien, si cogemos un trozo de alambre de cobre desnudo, recubierto con barniz aislante y lo enrollamos en forma de espiral, habremos creado un solenoide con núcleo de aire (digamos que es una bobina sin nada dentro) al aplicarle una tensión o voltaje. Desde el mismo momento que la corriente comienza a fluir por las espiras del alambre de cobre, creará un campo magnético más intenso que el que se origina en el conductor normal de un circuito eléctrico cualquiera cuando se encuentra extendido, sin formar espiras. Pero si a esa misma bobina con núcleo de aire le introducimos un trozo de metal, como por ejemplo el hierro, ese núcleo, ahora metálico, provocará que se intensifique el campo magnético y actuará como un imán eléctrico o electroimán, con el que se podrán atraer diferentes objetos metálicos durante todo el tiempo que la corriente eléctrica se mantenga circulando por las espiras del enrollado de alambre de cobre.

¿Recuerdas como definíamos el comportamiento de un circuito eléctrico con sus magnitudes? Pues de la misma manera podemos definir los campos electromagnéticos, utilizamos las magnitudes magnéticas. Las más importantes son las siguientes:

Se representa por la letra griega phi (Φ y su unidad de medida según el sistema internacional de unidades es el Weber (Wb).

También se la denomina como densidad de flujo magnético, se representa por la letra B y su unidad de medida es el Tesla (T). Se trata por tanto de la cantidad de flujo magnético por unidad de superficie, su fórmula es phi (Φ) dividido por S que representa la superficie en metros cuadrados (m²):

La magnitud para conocer lo intenso que es un campo magnético es, como su nombre indica, la intensidad magnética. La intensidad del campo magnético está directamente afectada por la fuerza magnetomotriz, en el caso de las bobinas, cuanto más largas sean las bobinas, menor será la intensidad del campo magnético, porque la fuerza magnetomotriz se dispersa en una mayor superficie. Se representa por la letra H y la unidad de medida usada en el sistema internacional es el amperio por metro (A/m). Su ecuación es el número de vueltas de la bobina (N) por la intensidad de la corriente (I) en amperios, dividido por la longitud de la bobina (L) en metros.

La fuerza magnetomotriz aumenta con la intensidad de la corriente que fluye por la bobina y con el número de espiras de la misma. Se representa por la letra F y su unidad de medida es el amperio-vuelta (Av). Para su cálculo se multiplica el número de vueltas de la bobina (N) por la intensidad de la corriente (I) en amperios:

La reluctancia de un material nos indica si éste deja establecer las líneas de fuerza en mayor o menor grado. Es un concepto similar al de la resistividad de los materiales, o a la resistencia de un circuito eléctrico. De aquí podemos fácilmente deducir que los materiales no ferromagnéticos tienen una alta reluctancia. Se designa con la letra R y su unidad en el sistema internacional es el amperio-vuelta por weber (Av/Wb)

Las similitudes con los circuitos eléctricos son tales que podemos establecer una ley de Ohm para los circuitos magnéticos, es decir, el flujo que se establece en un circuito magnético es proporcional a la fuerza magnetomotríz proporcionada por la bobina, e inversamente proporcional a la reluctancia del medio por donde se establecen las líneas de fuerza del campo magnético. Esto es lo que se conoce por ley de Hopkinson, y de ella podemos deducir la fórmula de la reluctancia, como la división entre la fuerza electromotriz y el flujo magnético:

Existen distintos tipos de permeabilidad:

1. La permeabilidad relativa. Se designa por las letras o símbolo µ_r y muestra la permeabilidad de un determinado material con respecto a las características magnéticas del aire o vacío (µ_o) su fórmula es la división entre la permeabilidad absoluta y la permeabilidad del aire o vacío y no tiene unidad:
   
2. La permeabilidad absoluta. Es la que se utiliza en realidad; relaciona la intensidad del campo magnético producido por una bobina con la inducción magnética. Se designa con la letra o símbolo μ.Su unidad en el sistema internacional es el henrios/metro (H/m) y la fórmula para calcularla es, como hemos dicho, la división entre intensidad (H) e inducción magnética (B):
   

Según el grado de permeabilidad, los materiales se pueden clasificar como ferromagnéticos, paramagnéticos y diamagnéticos. Una muestra de sustancia paramagnética situada en un campo magnético es atraída hacia la región donde el campo es más intenso, al contrario de lo que le ocurre a una sustancia diamagnética, que es atraída hacia la región donde el campo es más débil. Los materiales ferromagnéticos son materiales que pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de un campo magnético externo. Este campo externo puede ser tanto un imán natural como un electroimán, son los principales materiales magnéticos, el hierro, el níquel, el cobalto y aleaciones de estos.

Cuando una sustancia ferromagnética se somete a la acción de un campo magnético variable, creado por un solenoide por el que se hace circular corriente eléctrica, la inducción y el flujo crecen. A esta característica, o sea, a la relación entre intensidad magnética (H) e inducción (B) se la denomina curva de magnetización y se obtiene aumentando la corriente por el solenoide partiendo desde 0. Naturalmente cada material describe una curva diferente, y a partir de un punto se alcanza la saturación magnética, es decir, que el aumento de la intensidad no supone aumento de la inducción (o dicho aumento es muy bajo).

La histéresis magnética sucede cuando un material o sustancia adquiere una propiedad por estímulos externos, y al retirarle dicho estímulo continúa manteniendo cierta magnitud o cantidad de esa propiedad generada. En términos magnéticos sería cuando un material ferromagnético recibe la influencia de un campo magnético (imanes) y mantiene durante cierto periodo de tiempo una cantidad de ese magnetismo. Esta magnitud magnética es especialmente interesante en lo que se refiere a ciertas máquinas eléctricas como pueden ser, los transformadores, los motores, los generadores, los electroimanes, etc. En este tipo de máquinas se necesita tener bajo el nivel de histéresis para evitar las pérdidas de energía por histéresis.

A partir de los experimentos de Oersted que demostraron que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, los científicos de la época se preguntaban si se podría lograr el efecto contrario: ¿pueden los campos magnéticos producir corrientes eléctricas? El científico inglés Michael Faraday demostró cómo hacerlo.

Si creas un circuito eléctrico conectando en él un galvanómetro (aparato de medida de corrientes de valor muy bajo), y una bobina y cierras el circuito eléctrico sin que tenga generador de corriente (por ejemplo una pila), en el galvanómetro no se detecta nada (la aguja no se desvía). Ahora bien, si mueves un imán en las proximidades de la bobina, observarás una desviación de la aguja del galvanómetro que indica la presencia de una corriente eléctrica. La desviación de la aguja y la corriente, cesan si detienes el movimiento del imán. El resultado es el mismo si se dejas quieto el imán y desplazas la bobina.

En conclusión; al variar el flujo magnético que atraviesa la bobina, lo que se logra acercando un imán o alejándolo de ella, se origina una corriente inducida en dicha bobina. La intensidad de la corriente inducida depende de la velocidad con que varía el flujo que atraviesa la bobina (es decir, de lo rápido que se mueva el imán o la bobina). La f.e.m. inducida también será más intensa cuanto mayor sea la porción de conductor (longitud del mismo) expuesta a la acción del campo magnético variable, y si en lugar de tomar un conductor recto nos valemos de un solenoide (variación en el número de espiras), podremos obtener un considerable aumento de corriente. De todas estas consideraciones, es posible deducir la siguiente fórmula para calcular la f.e.m. inducida en un solenoide, que es igual a la variación del flujo (∆φ) del campo magnético entre un determinado intervalo de tiempo (∆t) y multiplicado por el número de espiras de la bobina(N).

El signo menos (-) de esta expresión indica que la f.e.m. inducida se opone a la acción que la produce se trata de un fenómeno que veremos a continuación al hablar de la ley de Lenz. La f.e.m. inducida también puede expresarse en términos de la velocidad del movimiento. Cuando un conductor de longitud l (en cm) se mueve en ángulo recto en un campo magnético de densidad de flujo B (en Tesla), con una velocidad de v (en cm/seg), la f.e.m. inducida en el conductor es igual a:

Ya hemos analizado cómo se produce una f.e.m. inducida en un conductor cuando se le somete a la acción de un campo magnético variable. Corresponde ahora observar la dirección que toma esta corriente bajo la influencia del campo citado.

La ley de Lenz indica que la corriente inducida en un circuito cerrado posee un sentido tal, que genera a través de su propio circuito un campo magnético que se opone a toda variación del campo magnético principal que la origina. Para determinar el sentido de la corriente inducida en un conductor que se desplaza perpendicularmente en el seno de un campo magnético utilizaremos la regla de la mano derecha. Extendiendo el dedo pulgar, el índice y el medio, de la mano derecha, en ángulos rectos uno a otro, y haciendo que el índice señale el flujo magnético, y el pulgar el movimiento del conductor, tendrás que el dedo central es la dirección de la f.e.m. o corriente.

Los campos magnéticos variables que desarrollan los conductores cuando son recorridos por corrientes variables pueden inducir fuerzas electromotrices al atravesar otros conductores que se encuentren en su proximidad.

Si colocamos dos bobinas muy cerca una de otra, una con una batería y un interruptor, y otra con un galvanómetro, podemos ver que al cerrar el circuito de la primera bobina, el galvanómetro detecta una pequeña corriente en su bobina. Si abrimos el interruptor, de nuevo se vuelve a detectar corriente pero en el sentido contrario, como consecuencia de los procesos de inducción.

Otro fenómeno relacionado, es el conocido como autoinducción, que supone la inducción propia de una f.e.m. Cuando por una bobina circula una corriente eléctrica que es variable, genera un campo magnético, también variable, que corta a los conductores de la propia bobina. Lo que produce en los mismos una f.e.m.

inducida, denominada de autoinducción que tendrá un sentido tal, que siempre se opondrá a la causa que la produjo (la ley de Lenz).

El coeficiente de autoinducción de una bobina (L) cuya unidad son los henrios H, se puede expresar como la relación entre el flujo magnético generado (ϕ) por la misma y la intensidad de corriente que ha sido necesaria aplicarla, teniendo en cuenta el número de espira (N) de la bobina:

La compatibilidad electromagnética es la capacidad de un sistema de no causar interferencias electromagnéticas a otros equipos o sistemas al tiempo de ser insensible a las emisiones que puedan causar otros sistemas. Si opera adecuadamente sin ser interferido por otros aparatos, tendrá inmunidad electromagnética y si además él no provoca interferencias, contará con la propiedad de emisividad electromagnética.

Ningún recurso de fuentes externas que requiera citar explícitamente sus datos de licencia ha sido usado en esta unidad, por lo que este anexo queda vacío. Todos los recursos utilizados, de fuentes internas, se acogen al Aviso Legal de la plataforma.