¿Qué es la carga eléctrica y la corriente eléctrica?
Toda la materia tiene partículas diminutas con carga. En un cable de metal, algunos electrones pueden moverse libremente. Cuando avanzan en una misma dirección, fluye carga. La corriente eléctrica es la cantidad de carga que pasa por un punto cada segundo:
I = Q / t
La carga Q se mide en culombios (C), el tiempo t en segundos y la corriente I en amperios (A). Así, 1 amperio significa que pasa 1 culombio de carga cada segundo. Un culombio es la carga de unos 6.25 × 1018 electrones, y un electrón tiene una carga de 1.6 × 10−19 C. Las corrientes pequeñas se escriben en miliamperios (1 mA = 10−3 A) o microamperios (1 µA = 10−6 A).
Sentido de la corriente eléctrica
Los científicos acordaron el sentido de la corriente antes de descubrir los electrones. Eligieron el sentido en que se movería la carga positiva: del polo positivo al polo negativo por fuera de la pila. Esta es la corriente convencional. Los electrones son negativos, así que en realidad avanzan al revés, de − a +. En todos los esquemas de circuitos se dibuja la corriente convencional.
Circuito eléctrico y amperímetro
Un circuito eléctrico es un camino cerrado y sin cortes para la carga. Si el interruptor está abierto o un cable se rompe, el circuito está abierto y no circula corriente en ninguna parte.
La corriente se mide con un amperímetro. Siempre se conecta en serie, para que pase por él la misma corriente. Un amperímetro tiene una resistencia muy baja, así que casi no cambia la corriente que mide. Su terminal + va hacia el lado + de la pila.
¿Qué es la diferencia de potencial?
La carga no fluye sola. Necesita un empujón, igual que el agua necesita una diferencia de altura para bajar por un tubo. Una pila hace un trabajo químico para mantener un polo a mayor potencial eléctrico que el otro. La diferencia de potencial (d.d.p.) entre dos puntos es el trabajo para mover una unidad de carga de un punto al otro:
V = W / Q
Su unidad en el SI es el voltio (V): 1 voltio = 1 julio por culombio. Es decir, si 1 J de trabajo mueve 1 C de carga entre dos puntos, la d.d.p. es 1 V. La diferencia de potencial se mide con un voltímetro, conectado en paralelo (a través) de la pieza. Un voltímetro tiene una resistencia muy alta, así que casi no toma corriente.
Símbolos de los circuitos
Dibujar pilas y bombillas reales lleva tiempo, así que usamos símbolos estándar:
- Pila: una línea larga y fina (+) y una corta y gruesa (−).
- Batería: dos o más pilas unidas.
- Interruptor o llave: abierto (apagado) o cerrado (encendido).
- Unión de cables: un punto donde se unen los cables; si los cables se cruzan sin unirse, no hay punto.
- Bombilla: un círculo con una cruz o un bucle dentro.
- Resistencia: un rectángulo pequeño o un zigzag.
- Resistencia variable (reóstato): una resistencia con una flecha que la cruza.
- Amperímetro: un círculo con A, voltímetro: un círculo con V.
En el examen suelen pedirte dibujar un circuito con una pila, un interruptor, una resistencia, un amperímetro en serie y un voltímetro en paralelo con la resistencia. Practica dibujarlo con líneas rectas y limpias.
Fórmulas y definiciones clave
- I = Q / t (corriente = carga ÷ tiempo)
- Q = n × e, donde e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
- V = W / Q (diferencia de potencial = trabajo ÷ carga)
- 1 A = 1 C/s; 1 V = 1 J/C; 1 mA = 10⁻³ A; 1 µA = 10⁻⁶ A
Ejemplos resueltos
1. Una carga de 30 C pasa por una bombilla en 1 minuto. Calcula la corriente.
t = 60 s. I = Q / t = 30 / 60 = 0.5 A.
2. Una corriente de 2 A circula durante 5 minutos. ¿Cuánta carga pasa?
t = 5 × 60 = 300 s. Q = I × t = 2 × 300 = 600 C.
3. ¿Cuánto trabajo se realiza al mover 4 C de carga con una d.d.p. de 12 V?
W = V × Q = 12 × 4 = 48 J.
4. ¿Cuántos electrones forman una carga de 1 C?
n = Q / e = 1 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 6.25 × 10¹⁸ electrones.
5. Por un cable circula una corriente de 0.4 A. ¿Cuántos electrones pasan por un punto en 2 segundos?
Q = I × t = 0.4 × 2 = 0.8 C. n = Q / e = 0.8 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 5 × 10¹⁸ electrones.
6. Una batería realiza 360 J de trabajo para empujar carga durante 2 minutos en un circuito con una d.d.p. de 3 V. Calcula la carga y la corriente.
Q = W / V = 360 / 3 = 120 C. t = 120 s, así que I = Q / t = 120 / 120 = 1 A.
Errores comunes
- Olvidar pasar los minutos a segundos antes de usar I = Q / t.
- Conectar el voltímetro en serie o el amperímetro en paralelo. Amperímetro: serie. Voltímetro: paralelo.
- Decir que en los esquemas la corriente va de − a +. La corriente convencional se dibuja de + a −; solo los electrones se mueven de − a +.
- Pensar que la bombilla "gasta" la corriente. La misma corriente entra y sale de la bombilla; lo que la bombilla gasta es energía.