Conozca las 4 magnitudes eléctricas básicas

¡No hay ningún lugar donde correr! Estás rodeado de energía eléctrica en TODOS los aspectos de tu vida. El despertador que te despertó, el agua que bebiste, el baño que tomaste, la comida, la computadora en el trabajo/escuela/universidad, el celular para hacer esa publicación increíble en las redes sociales...

¡Todo! Somos ultra dependientes de la energía eléctrica. Sin ella, volveríamos a la Edad de Piedra, y se armaría el caos, porque, no sé vosotros, pero yo no sé hacer fuego con piedras, madera, lupas, etc., como en las películas... ¡Y ay! No olvidemos que los encendedores y las cerillas se produjeron en industrias que también necesitaban energía eléctrica para su fabricación. 

Y luego…

Si es de vital importancia para todos, ¿conoces las magnitudes eléctricas básicas como voltaje, corriente, resistencia y potencia? 

Bueno, si es tan importante, es natural que lo sepamos. A continuación se muestra un resumen que explica qué son las magnitudes eléctricas, conceptos, definiciones y otra información importante.

¿Qué es el voltaje eléctrico?

Medido en voltios [V], el voltaje eléctrico es la diferencia de potencial (DDP) entre dos puntos (final e inicial), en presencia de un campo eléctrico. Cada punto tiene un potencial eléctrico asociado a la cantidad de trabajo “ W” medida en “ joule” para mover una carga “ q” medida en “ coulomb” , por lo tanto, el voltaje es la diferencia entre estos dos puntos.

Con agua es más fácil. De manera similar, imaginemos un tanque de agua encima de una casa. El tanque de agua es nuestra “fuente de energía”. Está conectado a un grifo, cerca del suelo.

En el caso de la caja, la presión hidrostática asociada a la altura del tanque de agua es como nuestro potencial eléctrico. Habrá un flujo de agua desde el punto de mayor presión al de menor. Aquí está la mecánica de la electricidad.

La corriente eléctrica (que es un flujo de cargas) fluye desde el punto de mayor potencial eléctrico al punto de menor potencial gracias a esta “fuerza electromotriz” (tensión eléctrica entre los puntos + y -). Nótese que para que fluya, necesitamos un medio (cable o conductor, análogo a la plomería), y que este medio limita la cantidad de agua (flujo, flujo) o corriente, en el análogo eléctrico. Aquí tenemos la mecánica de cómo funciona la primera LEY DE OHM, que relaciona las magnitudes eléctricas: Voltaje eléctrico, Corriente eléctrica y una constante llamada Resistencia eléctrica.

Tensión continua y tensión alterna

Tenemos dos tipos de tensión bien definidos en nuestra vida diaria, que son:

Voltaje directo

Voltaje de valor constante. No cambia de polaridad con el tiempo. Algunos ejemplos incluyen: baterías de 1,5 V o 9 V, baterías de automóvil de 12 V o 24 V o 48 V, salida de cargador de teléfono inteligente de 5 V, entre otros. Es natural hablar de voltaje directo como VCC (Voltaje Corriente Continua) y VDC (Voltaje Corriente Continua) o incluso referirse solo a la corriente, CC (Corriente Continua). Ambos casos se refieren a sistemas con tensión y corriente continua. Obsérvese también que estamos rodeados, en gran medida, por tensiones con valores entre 1 o 2 decenas.

Voltaje alterno

El voltaje que encontramos en los enchufes convencionales de nuestras casas, o en los postes, o en los motores, o entre otras innumerables aplicaciones. Es la tensión que soporta todo el Sistema de Abastecimiento de Energía en el Sistema Interconectado Nacional. La tensión alterna tiene su polaridad alternando en el tiempo, a una frecuencia definida. En el zócalo, la frecuencia nominal es de 60Hz, es decir, alterna 60 veces por segundo entre positivo y negativo. 

Por regla general, nuestra generación de energía y toda su distribución se realiza en tensión alterna, ya que es más segura para el transporte y menos costosa. Como la mayoría de los dispositivos electrónicos necesitan voltaje directo, es natural tener siempre una “fuente” que convierta CA (corriente alterna) en CC (corriente continua). Aquí está el famoso AC/DC, que hace referencia a esta conversión, y también la famosa banda que...

¿Qué es la corriente eléctrica?

¿Cuál es la definición de corriente eléctrica?

La corriente eléctrica “i” se define como un flujo ordenado de cargas en un medio conductor. Imaginemos un cable conductor cortado perpendicularmente por un plano hipotético. La corriente es la cantidad de cargas que pasan en un intervalo de tiempo en este plano en la misma dirección.

La corriente eléctrica se mide en amperios [A], según el Sistema Internacional de Unidades “SI”. Como se trata de un movimiento de carga en un corto espacio de tiempo, se deduce que: 1 Amperio = 1 Culombio/1 segundo; A=C/s.

Es natural que el lector se pregunte por qué la flecha “i” apunta en la dirección real del movimiento de las cargas. Les respondo, se acordó hace mucho tiempo, a nivel mundial, que la corriente va de un potencial/polo positivo a uno negativo. Lo llamamos dirección convencional de la corriente.

Estas cargas son electrones libres que se mueven, dependiendo de la diferencia de potencial eléctrico entre los extremos del conductor. Recuerde, la diferencia de potencial eléctrico se establece a partir de un campo eléctrico que forma diferentes niveles de energía potencial, dando como resultado el voltaje necesario para generar el movimiento de cargas eléctricas.

¿Qué es la resistencia eléctrica?

Definición de resistencia eléctrica

Ya sabemos qué es el voltaje y la corriente eléctrica. ¡Nuestra tercera gran estrella ha desaparecido! La resistencia eléctrica.

En nuestro ejemplo anterior, la cantidad de agua que fluye depende directamente del diámetro de la tubería. Las tuberías más anchas, con un calibre o sección transversal mayor, permiten que pase un mayor volumen de agua. Recuerde los cables y conductores de su hogar.

Los cables que conectan una ducha eléctrica o cargas eléctricas de mayor potencia como un motor o un superfregador tienen una sección transversal mayor y son “más gruesos” que el cable del enchufe que carga un smartphone, por ejemplo. La ducha necesita mucha más corriente para mantener el agua caliente. Y mucho, incluso… unas 30 veces más que un teléfono inteligente. Con esta analogía definimos cualitativamente qué es la resistencia eléctrica.

La resistencia eléctrica se define como la oposición al paso de la corriente eléctrica. Varía dependiendo de la conductividad o resistividad del material, ancho, largo y temperatura. La resistencia eléctrica se mide en “ohmios”, simbolizados por la letra omega [?].

De ello se deduce que, 1 = 1V1A, es decir, es necesario imprimir una tensión de 1 Voltio para que circule 1 Amperio de corriente, y un conductor de 1? (léase: un ohmio). Entonces, para tener más corriente, necesitamos imprimir más voltaje. Finalmente llegamos al concepto básico de la electricidad: LA PRIMERA LEY DE OHM.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm define que un conductor a temperatura constante tiene una resistencia eléctrica constante asociada a la relación entre el voltaje eléctrico y la corriente eléctrica. En otras palabras, la diferencia de potencial o voltaje eléctrico, dividido por la corriente eléctrica, es igual a la resistencia del resistor , R, que representa la resistencia eléctrica del conductor.

A partir de esto, podemos dimensionar, calcular, diseñar y modelar diversos circuitos y sistemas eléctricos, teniendo aquí la base para comprender algo difícil de visualizar, pero sumamente presente y necesario: la electricidad.

¿Recuerdas la ducha eléctrica? ¿Alguna vez has oído hablar del disyuntor que se disparó en medio de una ducha, dándole la espalda a la víctima? ¿Por qué sucede esto? ¡La ley de Ohm lo explica! ¿Qué corriente elijo para dimensionar un disyuntor? Sabemos que en una casa tenemos voltaje de 127 o 220VAC aquí en Brasil, y en el embalaje de la ducha las potencias eléctricas indicadas están alrededor de ±6000W… ¡Pero espere! ¿fuerza? ¿Qué es la energía eléctrica?

¿Qué es la energía eléctrica?

La potencia eléctrica es la cantidad de energía eléctrica necesaria para realizar un trabajo. Un refrigerador convierte la energía eléctrica suministrada por la toma de corriente en temperatura para mantener los alimentos fríos. Una tostadora convierte la energía eléctrica y la consume, transformándola en temperatura para hacer unas ricas tostadas.

Nótese que la potencia es una magnitud física que se puede transformar, es decir, convertir potencia eléctrica en potencia mecánica, por ejemplo. ¡Y eso es lo que queremos! ¡Queremos que la electricidad trabaje para nosotros! Observa la diferencia de luminosidad de las bombillas, con mayor potencia:

La potencia se define en la primera ley de Ohm como:

• P = V * I (La potencia es igual al voltaje multiplicado por la corriente);

• La unidad de medida de la potencia eléctrica es el vatio [W].

Es natural entonces, ya que hablamos de potencia, evaluar cuál es el consumo eléctrico, ¡ya que están directamente relacionados!

Diferencia entre potencia y consumo

El consumo de energía representa la cantidad de energía eléctrica utilizada, es decir, consumida en un periodo determinado, es decir, tenemos el “tiempo” asociado a la potencia. El consumo puede variar dependiendo de la potencia del equipo y del número de minutos, horas y días que permanece encendido.

Para calcular el consumo eléctrico simplemente necesitamos saber la potencia del aparato, así como el tiempo que funciona. La fórmula que utilizamos para calcular el consumo eléctrico es la siguiente:

P – potencia (kW)

?t – intervalo de tiempo de uso (h)

Esta fórmula muestra que el consumo de energía eléctrica, que se mide en kWh (kilovatios-hora), se puede calcular mediante el producto entre la potencia (en kW = 1000 W, como k = 10³), que generalmente se informa en el dispositivo, y el tiempo de funcionamiento de este dispositivo (en horas).

Si aún queremos saber el valor real del consumo, simplemente multiplicamos los kWh por la tarifa aplicada por el concesionario local.

Magnitudes y fórmulas eléctricas básicas

Las principales magnitudes eléctricas, en muchas aplicaciones, pueden manipularse de acuerdo con la primera ley de Ohm. A continuación enumeramos los más utilizados y una tabla con las posibles manipulaciones:

• 
  

  • Fórmula de voltaje eléctrico:

  • V = R*I (el voltaje es igual a la resistencia multiplicada por la corriente);

  • V = P/I (el voltaje es igual a la potencia dividida por la corriente);

  • Fórmula de potencia eléctrica:

  • P = V * I (La potencia es igual al voltaje multiplicado por la corriente);

  • P = R * I^2 (La potencia es igual a la resistencia multiplicada por la corriente al cuadrado);

  • Fórmula de resistencia eléctrica:

  • R = P/I^2 (La resistencia es igual a la potencia dividida por la corriente al cuadrado);

  • R = V/I (La resistencia es igual al voltaje dividido por la corriente);

  • Fórmula de corriente eléctrica:

  • I = P/V (La corriente es la potencia dividida por el voltaje);

  • I = V/R (La corriente es el voltaje dividido por la corriente).

  
  

  Magnitudes eléctricas y unidades de medida

  A medida que conceptualizamos cada una de las magnitudes eléctricas, a continuación se presentan las unidades de medida adoptadas en el Sistema Internacional de Unidades:

Las cantidades básicas en el sistema internacional son aquellas que no pueden ser reducidas o expresadas por otras. Las cantidades derivadas se pueden expresar combinando cantidades básicas, como el voltaje, que se mide en voltios, y los voltios se pueden expresar como kg·m²/(s³·A).

• Corriente eléctrica: Amperio (A) – Unidad básica

• Voltaje eléctrico: Voltios (V)

• Resistencia eléctrica: Ohm (?)

• Potencia eléctrica: Vatios (W

APLICACIÓN DE LA LEY DE OHM

Finalmente volvemos a la ducha, que podría ser un aire acondicionado, un refrigerador, un horno eléctrico, etc. 

¿Cómo calcular la corriente del disyuntor?

• Ver la potencia y el voltaje de carga. En este caso la potencia nominal es de 5200W, sin embargo para estar seguros utilizamos el límite de clase de 5700W. En caso de duda, consulte la potencia indicada más alta.

• Aplicar la ley de Ohm:

• Elija un valor comercial superior a 25,9. En este caso, opte por 32A.

¿Cómo calcular el consumo de electricidad?

En el caso de la ducha, averigua cuánto tiempo lleva encendida:

• Duración del baño: 10 minutos/día;

• Considerando mes=30 días, tenemos 30 duchas de 10 minutos;

• 30 x 10 = 300 minutos de baño;

• 300 / 60 = 5 horas de baño;

El consumo mensual será:

• 5700W x 5 horas = 28500 W horas;

• Como lo queremos en kWh, lo dividimos entre 1000, y lo multiplicamos por k, por lo tanto;

• Consumo mensual = 

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