Ya vimos de manera general que es la electrónica en ¿Qué put@$ es la electrónica? y su papel en relación con otras disciplinas (ingenierías), pero aún no podemos (en realidad si podemos pero no vamos a saber que estamos haciendo) empezar a realizar nuestros proyectos. Así que empecemos con lo más básico, saber que es corriente, tensión y potencia.
Corriente
Para hablar de la corriente eléctrica y saber qué es primero hay que mencionar la carga eléctrica. ¿Han escuchado del protón y del electrón del átomo?, pues bien, los protones representan la carga positiva (+) y los electrones la carga negativa (-).
En un circuito eléctrico se dan movimientos de cargas y por lo general lo que se analiza es el movimiento de la carga negativa es decir, el movimiento de los electrónes; aunque hay algunos componentes donde resulta más determinante analizar el movimiento de la carga positiva. La carga se suele representar con la letra Q y su unidad es el coulomb (C). Un solo electrón tiene una carga de -1,602 x 10-19 C, mientras que el protón tiene la misma carga que el electrón pero con signo positivo.
Ahora bien, la carga que se mueve por un alambre en un tiempo dado es lo que se conoce como corriente eléctrica. La unidad de medida para la corriente es el ampere (A) y se suele representar con la letra I. Formalmente, un ampere es igual a la carga total que pasa por una sección transversal arbitraria en un alambre durante un segundo. Si la carga es constante en el tiempo entonces la corriente también será constante en el tiempo, pero si la carga varía con el tiempo también lo hará la corriente. Estos dos casos reciben el nombre de corriente directa (CD) y corriente alterna (CA) respectivamente.
Dado que la corriente es un movimiento, esta tiene una dirección asociada, es decir que la carga se mueve, por ejemplo, hacia la izquierda o hacia la derecha. Esto es algo que trae confusiones pero no es tan complicado. Mi consejo es que al iniciar un análisis definan el sentido de la corriente de forma arbitraria (osea, decir que va hacia la izquierda o hacia la derecha) y empezamos a realizar los cálculos. Si al calcular la corriente de interés nos da un valor positivo es porque efectivamente la corriente tiene la dirección que dijimos al inicio, pero si el resultado nos da negativo es porque la corriente simplemente va en la dirección contraria a la que supusimos en un principio. Lo importante es mantener la dirección que elegimos al inicio en todo el cálculo, si cambiamos la dirección entre los cálculos es casi seguro que tendremos resultados incorrectos.
Tensión
Para saber qué es la tensíón eléctrica imaginemos un dispositivo que tiene dos terminales A y B. Por la terminal A entra la corriente y por la terminal B sale la misma corriente. Anteriormente dijimos que la corriente es un movimiento de carga eléctrica, sin embargo se necesita de cierta energía para "empujar" esa carga (o esa corriente) a través de nuestro dispositivo imaginario. Esa energía requerida es lo que conocemos como tensión eléctrica o diferencia de potencial.
La tensión se representa por lo general con la letra V y su unidad es el volt (V). Formalmente, un volt es igual a la cantidad total de trabajo necesario para poder mover un coulomb de carga. Algo que se debe mencionar es que puede existir una diferencia de potencial entre dos puntos sin que haya ninguna corriente fluyendo, como es el caso de las baterías o los tomacorrientes.
Al igual que la corriente, la tensión puede ser positiva o negativa pero en este caso no se refiere a una dirección de movimiento sino a una polaridad existente entre las dos terminales del dispositivo (A y B, retomando el ejemplo anterior). De esta manera, una tensión de por ejemplo 5V se debe entender como una diferencia de potencial entre dos puntos, nunca en un punto individual.
Si por ejemplo, la terminal A le asignamos el signo positivo y la terminal B el signo negativo, entonces decimos que VAB es +5V o que VBA es -5V. La única forma de decir que la tensión en A (VA) es 5V es cuando se sobre entiende que el otro punto de referencia es la terminal B (VB).
Por convención (y facilidad), en los circuitos eléctricos, todas las tensiones estan referenciadas a un punto común denominado tierra (algunos sitios la llaman masa) que representa una tensión de 0V, de esta manera podemos decir que en un punto cualquiera hay una tensión v, lo cual será cierto siempre y cuando hagamos la referencia a tierra.
Potencia
El último concepto por definir es la potencia eléctrica, la cual se refiere a una tasa de transferencia de energía. La potencia se suele representar con la letra P y su unidad es el watt (W), aunque también se puede dar en términos de caballos de fuerza (HP) (1HP equivale a 745,7W). Formalmente, un watt es igual a la energía necesaria para transferir un coulomb de carga a través de un dispositivo en un segundo.
La potencia es proporcional a la cantidad de carga transferida por segundo, es decir, es proporcional a la corriente y a demás, la potencia es proporcional a la energía requerida para transferir dicha cantidad de carga, es decir, también es proporcional a la tensión. Esto que se acaba de mencionar indica que la potencia se puede calcular simplemente multiplicando la corriente por la tensión: P = VI.
Como dijimos antes, la corriente y la tensión pueden tener signo positivo o negativo según como estas se hayan definido, así que la potencia también tendrá signo positivo o negativo. En el caso de la potencia, el signo indica si el elemento está suministrando o absorbiendo energía. Como es muy fácil escoger direcciones y polaridades distintas, para crear un estándar mundial se utiliza la convención pasiva de signos la cual señala que si una corriente positiva entra a la terminal positiva de un dispositivo, entonces la potencia de este elemento será positiva y se entenderá como potencia absorbida, y en caso de que la potencia tome un valor negativo se entenderá como potencia suministrada, es decir que el elemento en vez de consumir energía más bien la está brindando.
Con esto ya tenemos una noción de lo que es corriente, tensión y potencia en un circuito eléctrico. Estos son términos de uso común en cualquier aplicación. Siempre se busca reducir el consumo de energía, es decir, se buscar diseñar circuitos con un bajo consumo de potencia y esto se consigue reduciendo la tensión o la corriente (o ambos).
Diseñar circuitos orientados al bajo consumo de potencia se refleja en un ahorro de dinero. Por ejemplo, si nuestro proyecto necesita una corriente de 1A para funcionar y tenemos una batería con capacidad de 2Ah (dos ampere-hora) para alimentarlo entonces esta batería solo nos durará 2 horas, pero si logramos reducir la corriente necesaria a 0,5A entonces ahora la batería nos durará 4 horas. De forma similar, si nuestro circuito necesita una batería de 10V podríamos rediseñarlo para que ahora funcione con 5V, considerando que es más barata una batería de menor tensión.
También podemos fijarnos en la potencia que consumen los electrodomesticos de nuestra casa. Esta potencia se mide en kWh (kilo-Watt-hora), es decir, cuantos miles de Watt se consumen en una hora. Con este valor podemos saber cuanto nos cuesta tener la refrigeradora conectada todo el día por ejemplo (hay que saber a cuanto nos vende la compañia de electricidad el kWh). Siempre tenemos que fijarnos en la etiqueta energética de lo que compremos para la casa. A veces es mejor pagar por un electrodoméstico un poco más caro pero eso se reflejará en un ahorro de dinero en cada mes.
Espero que esta pequeña introducción sea de utilidad, ha sido muy general pero creo que es suficiente como para poder seguir con otros temas. En el siguiente post voy a empezar a explicar los elementos pasivos de un circuito empezando por los resistores o resistencias.
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