Capítulo 2 · Corriente eléctrica: el lazo, el empuje y el límite
Circuitos, voltaje y ley de Ohm
La primera pila
La escena muestra una pila, dos cables y una bombilla unidos en anillo. La bombilla solo se enciende mientras el anillo está cerrado; corta un cable y se apaga. En 1800 Alessandro Volta describió su pila: discos de zinc y cobre separados por paño empapado en salmuera, apilados en columna. Fue la primera fuente estable de corriente. Las reacciones químicas dentro de una pila separan la carga y la siguen empujando por el lazo. Una pila AA moderna hace lo mismo a 1,5 V. Los experimentos caseros se reservan para pilas pequeñas; el enchufe de la pared es otra cosa y puede matar.
Corriente y voltaje
Mira los puntos que avanzan por el cable. La corriente, I, cuenta cuánta carga pasa por un punto cada segundo: I = Q / t. Su unidad, el amperio, es un culombio por segundo. Si fluyen 0,5 A durante 20 s, han pasado Q = 0,5 × 20 = 10 C. El voltaje, V, es el empuje, la energía que recibe cada culombio: 1 V = 1 J/C, así que una pila de 1,5 V da 1,5 J a cada culombio. Piensa en el agua de las tuberías, con la corriente como caudal y el voltaje como presión. Los electrones avanzan mucho menos de un milímetro por segundo, y aun así el empuje recorre el lazo casi al instante.
Resistencia y ley de Ohm
Todo material se opone un poco al paso de la corriente, y la resistencia se mide en ohmios. En 1827 Georg Ohm publicó la relación V = I·R, donde V es el voltaje en voltios, I la corriente en amperios y R la resistencia en ohmios. Despejada, I = V / R: con el mismo empuje, más resistencia significa menos corriente. Una pila de 6 V sobre una resistencia de 12 Ω impulsa 6 / 12 = 0,5 A. Una de 9 V sobre 450 Ω da 9 / 450 = 0,02 A, es decir, 20 mA. En la escena los puntos se frenan y se apiñan al subir R; el laboratorio hace las cuentas por ti.
En serie: un solo camino
Dos bombillas idénticas de 6 Ω comparten una pila de 6 V. Unidas en serie, la corriente tiene un solo camino, así que las resistencias se suman: R = R₁ + R₂ = 12 Ω. Entonces por ambas pasa I = 6 / 12 = 0,5 A, y cada bombilla toma la mitad del empuje: 0,5 × 6 = 3 V. Las dos brillan poco. Desenrosca una y el anillo se rompe, así que se apagan las dos, y por eso las viejas tiras de luces de fiesta fallaban de golpe.
En paralelo: dos caminos
Ahora cada bombilla está en su propia rama, directamente sobre la pila, así que cada una recibe los 6 V completos. Las ramas se reparten la corriente: 6 / 6 = 1 A en cada una, 2 A en total desde la pila. La resistencia combinada cumple 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ = 1/6 + 1/6, así que R = 3 Ω, y la comprobación sale bien: 6 / 3 = 2 A. Añadir una rama baja la resistencia total. Las casas se cablean en paralelo, de modo que cada enchufe recibe el voltaje completo de la red y una lámpara fundida deja las demás encendidas.
Potencia y fusible
La potencia es el ritmo de consumo de energía: P = V·I, en vatios. Compara los dos montajes. En paralelo, 6 V × 2 A = 12 W, brillante. En serie, 6 V × 0,5 A = 3 W, tenue. Con la ley de Ohm también es P = I²R, el calor que se produce en el cable. Demasiada corriente recalienta un cable y puede provocar un incendio, por eso los circuitos se protegen. Un fusible es una tira delgada que se funde con su corriente nominal, y un interruptor automático se abre de golpe. Uno de 16 A en un circuito de 230 V permite 230 × 16 = 3.680 W; si enchufas más, salta. En la escena el fusible se pone al rojo y luego se abre un hueco.
En cifras
- 1800
- Volta describe su pila, la primera batería estable
- V = I·R
- ley de Ohm, publicada por Georg Ohm en 1827
- 3.680 W
- el límite de un automático de 16 A a 230 V