01-Conceptos básicos

Un átomo es la mínima cantidad de materia que experimenta cambios químicos. La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, alrededor del cual se mueve una nube de electrones de carga negativa.

Una molécula es la mínima parte de materia que conserva las propiedades de un material, y puede estar formada por un sólo átomo (el helio: He, o los metales) o ser poliatómicas (como el agua: H2O).

Los átomos se unen para formar moléculas compartiendo electrones de su última capa. De esta forma, se quedarán ligados entre sí por un enlace químico, que puede ser de tres tipos:

• Enlace iónico

Se produce entre un átomo al que le sobra uno o dos electrones y otro al que le falta uno o dos electrones, convirtiéndose ambos en iones. La atracción electrostática entre cargas de distinto signo mantiene a los átomos formando estructuras ordenadas y homogéneas en el espacio.

• Enlace covalente

Este tipo se produce entre elementos no metálicos, cuando ninguno de los átomos libera electrones fácilmente; se dice que la diferencia de electronegatividad entre los elementos es similar. En este caso, los átomos comparten dos o más electrones en un denominado orbital molecular.

Molécula de agua

• Enlace metálico

Se produce entre átomos de elementos metálicos, que tienen facilidad para ceder electrones. Los átomos adquieren un orden en el espacio y todos ceden electrones que se mueven por el material. Esta característica les confiere a los metales unas propiedades como el brillo característico (por la ordenación atómica) o la conductividad eléctrica y térmica (por la nube de electrones).

CORRIENTE ELÉCTRICA

Cuando en un metal se introducen electrones por un extremo y se extraen por el otro se establece un movimiento de electrones. A este movimiento ordenado de electrones se le denomina corriente eléctrica.

La cantidad de electrones que atraviesan el material durante un segundo se llama intensidad eléctrica. Para hablar de intensidad se utiliza la letra I y se mide en una unidad llamada amperio (A). Por un material circula un amperio cuando le atraviesan 6·1018 electrones en un segundo. Precisamente, a la carga eléctrica de esta cantidad de electrones se le llama culombio, en honor al científico francés Charles de Coulomb 

   .

RESISTENCIA ELÉCTRICA

Es la oposición que tiene un material a dejar pasar electrones y se mide en ohmios (Ω), también en honor del científico alemán Georg Ohm    . La resistencia de un material depende no sólo de la naturaleza del mismo, también depende de sus dimensiones: cuanto más largo sea, mayor resistencia tendrá, y cuanto más fino, también ofrecerá más resistencia a la corriente:

(Desplaza los potenciómetros para ver cómo varía R)

donde:

ρ es la resistividad del material

L es la longitud

A es el área por el que pasa la corriente, o sección

Atendiendo a la resistencia eléctrica, los materiales se clasifican como conductores y aislantes. Existe un tercer grupo denominado materiales semiconductores, que están hechos a base de silicio y que permiten parcialmente el paso de corriente bajo determinadas condiciones, como en las células fotoeléctricas (ver tema 3).

VOLTAJE O TENSIÓN

Es la energía necesaria para transportar una carga eléctrica de un punto a otro. Cuando se trata de una pila u otro generador se habla del voltaje generado o fuerza electromotriz (fem), y es la energía que se le da a la carga que se recoge en el polo positivo, y así cuando esta carga se impulsa por el polo negativo tiene energía o voltaje.

Cuando un electrón atraviesa un material con resistencia eléctrica gasta la energía que contiene, y que se llama caída de tensión para diferenciar este concepto del voltaje:

Fuerza electromotriz = Energía que se le da a los electrones en una pila

Caída de tensión = Energía que pierden los electrones al atravesar una resistencia

(Pulsa el botón de encendido)

LEY DE OHM

La cantidad de electrones que atraviesa un material es mayor cuanto mayor sea la energía que se le da a los electrones y cuanta menos resistencia tenga el material. Esto es lo que se llama ley de Ohm, y matemáticamente se expresa como: V = I · R :

ENERGÍA ELÉCTRICA

Ya sabemos que el voltaje es la energía que se da a (o pierde) una carga eléctrica. Si multiplicamos esta energía por el número total de cargas que se han desplazado, se obtiene la energía total que se ha dado (o que se ha gastado).

Para calcular el número total de cargas que se han desplazado hay que recordar que la intensidad es la cantidad de electrones que pasan en un segundo. Por lo tanto, multiplicando la intensidad por el tiempo que ha estado circulando corriente, se obtiene este número:

Cargas totales desplazadas = I · t

Y la energía eléctrica viene dada por la conocida expresión:

EELÉCTRICA = V · I · t

POTENCIA ELÉCTRICA

Recordando que la potencia es la velocidad con que se genera o se consume energía, Por tanto, la potencia eléctrica es el resultado de dividir la energía eléctrica entre el tiempo que haya estado conectado:

PELÉCTRICA = V · I