Las magnitudes eléctricas.

Probablemente te suene el concepto «magnitud física» de las clases de física y química. Una magnitud física es una cantidad que puede ser medida. Algunos ejemplos son:

• La distancia, que se puede medir con una regla, por ejemplo, y cuya principal unidad es el metro.
• El tiempo, que se puede medir con un cronómetro y cuya principal unidad es el segundo.
• La masa, que se puede medir con una báscula y cuya principal unidad es el kilogramo.

Pues bien, existen varias magnitudes físicas relacionadas con la electricidad. Las tres primeras (intensidad, voltaje y resistencia) ya se han visto en 1º de ESO, pero vamos a repasarlas por su importancia. Esas tres magnitudes se pueden medir con un mismo aparato, denominado multímetro:

Como puedes ver, este aparato dispone de una ruleta que permite seleccionar cuál de las tres magnitudes se desea medir (se verá en una práctica).

Las dos nuevas magnitudes que vamos a estudiar: la potencia eléctrica y la energía electrica, se pueden calcular a partir de las tres anteriores.

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La intensidad eléctrica.

Denominamos intensidad eléctrica a la cantidad de electrones que circulan por un conductor en un cierto tiempo. La abreviatura de la intensidad eléctrica es la letra I.

La intensidad eléctrica podría medirse, por ejemplo, como el número de electrones que pasan por un cable cada segundo. Sin embargo, esto no resultaría práctico, ya que la cantidad de electrones que componen una corriente eléctrica es muy elevado. Imagínate decir, «la corriente tiene una intensidad de 1.000.000.000.000.000.000.000.000 electrones por segundo». Evidentemente no resultaría nada cómodo.

Para solucionar este problema lo que se hace es medir la intensidad en una unidad conocida como amperio. La abreviatura del amperio es la letra A. Así pues, si queremos decir que la intensidad de una corriente eléctrica es igual a tres amperios de forma abreviada podríamos decir que: I = 3A.

Te estarás preguntando… ¿y qué es un amperio? Pues bien, si decimos que una corriente tiene una intensidad eléctrica de un amperio significa que cada segundo por esa corriente circulan:

6.241.509.074.460.762.608 electrones

Puedes comprobar cómo resulta mucho más sencillo y rápido decir que la intensidad de la corriente es de un amperio que decir que pasan 6.241.509.074.460.762.608 electrones por segundo.

Por último, vamos a dar algunos ejemplos para tener una idea de los valores de intensidad eléctrica de distintas corrientes:

	Corriente eléctrica	Intensidad eléctrica
	Rayo	10.000 A
	Torre eléctrica	300 A
	Electrodoméstico	1 a 6 A
	Teléfono móvil	0,02 A

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El voltaje o tensión.

Pero, ¿qué es el voltaje? El voltaje es una propiedad de las corrientes eléctricas que está muy relacionada con la energía de los electrones de la corriente. Cuánta más energía tengan los electrones de la corriente mayor será el voltaje de esa corriente. El voltaje se representa con la letra V.

Cuando una corriente tiene un voltaje muy alto sus electrones tienen mucha energía, lo cual hace que estos puedan saltar de los cables, estableciéndose una corriente a través del aire, lo que se conoce como arco eléctrico. Ese es el motivo de que las instalaciones de alto voltaje tengan cierto peligro y siempre deban estar señalizadas. El video de abajo muestra un arco eléctrico en una instalación de alto voltaje:

En ocasiones, en vez de la palabra voltaje se utilizan los términos tensión eléctrica o diferencia de potencial, hay que tener claro que en los tres casos nos estamos refiriendo exactamente a lo mismo. Por este motivo, es lo mismo hablar de una corriente instalación de alto voltaje que de una corriente de alta tensión.

Voltaje = Tensión eléctrica = Diferencia de potencial

El voltaje se mide en una unidad llamada voltio, que se abrevia con la letra V. Así pues, si queremos decir que una corriente tiene un voltaje de 5 voltios tendríamos que escribir: V = 5V. Fíjate que en este caso la letra de la abreviatura coincide tanto para el voltaje como para el voltio, pero hay que tener presente que en cada caso la V representa una cosa distinta.

A continuación, se muestran los valores de voltaje de algunas corrientes eléctricas:

	Corriente eléctrica	Voltaje
	Rayo	100.000.000V
	Torre eléctrica	De 100.000 a 400.000V
	Electrodoméstico	230V
	Teléfono móvil	5V

Arriba hemos explicado que el voltaje es una propiedad de las corrientes eléctricas que está relacionada con la energía de suselectrones. Sin embargo, puede que en alguna ocasión escuches hablar del voltaje de un componente (no de una corriente). Por ejemplo, si vas a una tienda de electrónica te encontrarás con una gran variedad de bombillas, cada una diseñada para un voltaje diferente. Abajo puedes ver algunos ejemplos:

Y lo mismo ocurre con el resto de componentes: motores, zumbadores… pero, que significa entonces que, por ejemplo, una bombilla tenga un voltaje de 12V? Muy sencillo, significa que para que funcione adecuadamente la corriente que circule por ella debe tener un voltaje de 12V. Dicho de otra manera, es la «energía» que gastarán los electrones de la corriente para atravesar el componente (la bombilla en este caso). Es decir, si se hace circular por la bombilla una corriente de menor voltaje puede que no llegue a iluminarse o que lo haga muy débilmente. Mientras que si se utiliza una corriente de mayor voltaje puede que la bombilla explote.

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La resistencia.

Para entender qué es la resistencia eléctrica es bueno imaginarse a los electrones de una corriente eléctrica circulando por un cable como si fueran gotas de agua por una tubería. A medida que se desplazan por el circuito los electrones se van encontrando con los distintos componentes eléctricos del mismo. Pues bien, cada uno de los componentes eléctricos del circuito supone un pequeño obstáculo para los electrones de tal manera que para pasarlo tienen que perder parte de la energía que la batería les había dado.

La resistencia eléctrica de un componente eléctrico es precisamente lo que se opone un componente eléctrico al paso de la corriente eléctrica. La abreviatura de la resistencia eléctrica es la letra R.

Un componente con mucha resistencia eléctrica es un componente que a los electrones les cuesta mucho atravesar. Por el contrario, un componente con poca resistencia eléctrica es un componente que los electrones pueden pasar sin demasiado «esfuerzo», es decir, sin perder mucha energía.

Como ocurría con la intensidad y con el voltaje, la resistencia también tiene su unidad de medida, en este caso es el ohmio, que se abrevia con la letra Ω (omega) que es la letra O en griego.

Cada componente tiene una resistencia eléctrica distinta. Por ejemplo, un motor pequeño puede tener alrededor de 30Ω de resistencia y una bombilla unos 800Ω.

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Muy importante: no debes confundir la magnitud física «resistencia» con el componente «resistencia». De hecho, en inglés se utilizan dos palabras diferentes para distinguir a uno de otro, a la magnitud se le denomina «resistance» mientras que al componente se le denomina «resistor». En español se utiliza la misma palabra y eso puede dar lugar a confusiones.

Debes tener claro que todos los componentes eléctricos tienen una cierta resistencia eléctrica (magnitud). Incluso un cable tiene cierta resistecia, es decir, a los electrones les cuesta un poco circular por un cable. Lo que ocurre es que la resistencia de los cables es tan pequeña que normalmente no se tiene en cuenta en los problemas, como veremos más adelante. Y lo mismo ocurre con la resistencia de los elementos de control (interruptores, pulsadores…).

Por otra parte, tenemos al componente resistencia. Se trata de un componente cuya única función es dificultar que los electrones circulen para acambio generar calor. Debido a su función recibe el mismo nombre que la magnitud física. Pero no debe confundirse una cosa con la otra.

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La potencia.

La potencia eléctrica es una magnitud que representa con qué velocidad un componente consume energía de la corriente eléctrica que lo atraviesa. Su abreviatura es la letra P.

La potencia eléctrica de un componente se puede calcular multiplicando su intensidad eléctrica por su voltaje:

\huge P=V \cdot I

La unidad de medida de la potencia es el vatio, cuya abreviatura es la letra W (del inglés watt).

Sé que no es un concepto del todo fácil de entender, así que veamos un ejemplo.

Ya hemos visto que, por ejemplo existen diferentes tipos de motores eléctricos. Un motor pequeño utilizado en un juguete de niño necesitará una corriente mucho más pequeña que el motor de una lavadora, por ejemplo. Vamos a calcular la potencia de los siguientes dos motores:

• Motor de juguete: I = 0,05A V = 12V
• Motor de lavadora: I = 6A V = 230V

Aplicando la fórmula de la potencia en cada uno de los casos nos queda que:

\Large P_{motor juguete}=V \cdot I = 12 \cdot 0,05 = \textbf{0,6W} \Large P_{motor lavadora}=V \cdot I = 230 \cdot 6 = \textbf{1380W}

Ahora que ya sabes calcular la potencia de un componente te propongo un problema algo diferente. Si te fijas en los electrodomésticos de tu casa (batidora, secador de pelo, horno…) podrás ver que en la mayoría de los casos se indica su potencia. En la imagen puedes ver un aspirador de 600W. Como se va a enchufar a uno de los enchufes de la casa, y en España los enchufes proporcionan un voltaje de 230 voltios. ¿Sabrías calcular la intensidad que circulará por el aspirador (en realidad por su motor)?

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La energía eléctrica.

Existen muchos tipos de energía:

• Un objeto que se encuentra a cierta altura respecto al suelo tiene energía potencial.
• Un cuerpo que se mueve a cierta velocidad tiene energía cinética.
• Un objeto que se encuentra a cierta temperatura tiene energía calorífica (o térmica).

La energía eléctrica es la energía que se encuentra almacenada en una corriente eléctrica. Dicha energía es a su vez proporcionada por el generador del circuito (una batería, por ejemplo). La abreviatura de la energía es la letra E y la unidad de medida es el julio, que se representa con la letra J.

Como ya hemos visto, los componentes receptores (o actuadores) son capaces de extraer esa energía de la corriente y transformarla en otro tipo de energía. ¿Pero cómo se calcula la energía que extrae un determinado componente de la corriente eléctrica?

La energía consumida depende de dos factores:

• De la potencia eléctrica del componente: como se ha dicho antes la potencia representa la velocidad con la que un componente extrae energía de una corriente. Por tanto, cuanto mayor sea la potencia de un componente más energía consumirá. Evidentemente consumirá más energía una lavadora que un pequeño juguete de niño.

• Del tiempo que el componente está conectado a la corriente. Un componente sólo consume energía mientras la corriente está circulando a través de él. Por ejemplo, en el circuito de abajo, el motor no está consumiendo energía porque el interruptor está abierto. Sólo consumirá energía si el interruptor se cierra y evidentemente consumirá más energía si se cierra el interruptor durante 5 minutos que si se cierra sólo durante 2 segundos.

En resumen, la energía consumida por un componente se puede calcular con la siguiente fórmula:

\huge E=P \cdot t

Donde P representa la potencia del componente, medida en vatios, y t es el tiempo, medido en segundos, que está conectado dicho componente. ¡Es muy importante utilizar las unidades de medida adecuadas! Si el dato de tiempo se diera, por ejemplo, en horas, habría que hacer el cambio de unidad a segundos antes de utilizar la fórmula.

Veamos un ejemplo práctico. Imagina que conectamos el aspirador del ejercicio anterior durante 5 minutos para aspirar el salón de nuestra casa. ¿Cuánta energía consumiremos?

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