Conceptos Fundamentales de Electricidad y Circuitos

Fichas de estudio en formato Pregunta y Respuesta basadas en los apuntes de física, corriente eléctrica, leyes fundamentales y circuitos.

¿Qué partículas componen el átomo y cómo se distribuyen en su estructura?

El núcleo está formado por protones y neutrones, mientras que los electrones orbitan alrededor del núcleo.

¿Cómo se definen el número atómico ($Z$), el número másico ($A$) y los isótopos?

El número atómico ($Z$) es el número de protones; el número másico ($A$) es la suma de protones y neutrones. Los isótopos son átomos con el mismo $Z$ pero distinto $A$ (diferente número de neutrones).

A partir de la siguiente tabla, ¿cuáles son las cargas eléctricas y masas del protón, neutrón y electrón?

El protón tiene carga positiva de $1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$, masa de $1,6 \times 10^{-27}\text{ kg}$ ($1,007$ u.m.a.); el neutrón no tiene carga, masa de $1,61 \times 10^{-27}\text{ kg}$ ($1,008$ u.m.a.); y el electrón tiene carga negativa de $1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$, masa de $9,1 \times 10^{-31}\text{ kg}$ ($0,005$ u.m.a., unas $1800$ veces más pequeño).

¿A cuántos culombios ($\text{C}$) equivale la carga de un electrón ($1e$) y a cuántos electrones equivale $1\text{ C}$?

$1e = 1,6 \times 10^{-19}\text{ C}$ y $1\text{ C} = 6,24 \times 10^{18}$ electrones.

¿Qué es un anión y qué es un catión?

Un anión es un ión cargado negativamente (ha ganado electrones) y un catión es un ión cargado positivamente (ha perdido electrones).

¿En qué consiste la generación de energía eléctrica por inducción electromagnética?

Consiste en mover un campo magnético (imán) dentro de un campo eléctrico (o un conductor girando en un campo magnético) para producir electricidad, transformando energía mecánica en energía eléctrica.

¿Cuáles son las diferencias entre piezoelectricidad, termoelectricidad y fotoelectricidad?

La piezoelectricidad genera electricidad al someter un material a presión; la termoelectricidad al someterlo a temperatura; y la fotoelectricidad al someterlo a luz.

¿Qué es el Efecto Joule y a qué se debe?

Es la transformación de energía eléctrica en energía calorífica al pasar la corriente por un conductor, debido al rozamiento de los electrones.

¿Cuáles son los tres efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano explicados en las notas?

Tetanización (movimiento involuntario de los músculos), fibrilación (movimiento anárquico del corazón) y quemaduras (por energía calorífica).

¿Qué diferencias existen entre el rayo, el relámpago y el trueno?

El rayo es la descarga no visible de electrones por diferencia de potencial (ddp); el relámpago es el efecto visible producido por la ionización del aire; y el trueno es el efecto sonoro producido por la expansión del aire.

A partir de la figura, ¿cuáles son las fórmulas y constantes para la Ley de Coulomb y la Ley de gravitación universal de Newton?

Ley de Coulomb: $F = K \times \frac{q_1 \times q_2}{d^2}$ con $K = 9 \times 10^9\text{ N}\times\text{m}^2/\text{C}^2$. Ley de Gravitación Universal: $F = G \times \frac{m_1 \times m_2}{d^2}$ con $G = 6,67 \times 10^{11}\text{ N}\times\text{m}^2/\text{kg}^2$.

¿Cómo se define el potencial eléctrico ($V$) y la corriente eléctrica ($I$), junto con sus unidades en el SI?

El potencial eléctrico es $V = \frac{W}{q}$ (medido en Voltios, $1\text{ V} = 1\text{ J}/1\text{ C}$). La corriente eléctrica es $I = \frac{\text{cantidad de carga}}{\text{tiempo}}$ (medida en Amperios, $1\text{ A} = 1\text{ C}/\text{s}$).

Según el esquema de una pila electroquímica, ¿cuál es el sentido de desplazamiento de los electrones y qué reacciones ocurren en los polos?

Los electrones se desplazan desde el ánodo (donde se oxida, polo negativo) hacia el cátodo (donde se reduce, polo positivo).

¿Cuál es la diferencia entre el sentido convencional y el sentido real de la corriente eléctrica?

En el sentido convencional, los electrones se mueven desde el polo positivo al negativo; en el sentido real, los electrones se mueven del polo negativo al positivo.

Observando el gráfico de fuentes de alimentación, ¿qué ocurre con el voltaje y la capacidad al conectar baterías en serie versus en paralelo?

En serie se suman los voltajes y se mantiene la capacidad. En paralelo se mantiene el voltaje y se suman las capacidades.

¿Cómo se definen la resistencia ($R$), la conductancia y la conductividad?

La resistencia es la oposición a la corriente ($R = \rho \times \frac{\text{longitud}}{\text{sección}}$, en $\text{Ω}$); la conductancia es la inversa de la resistencia (medida en siemens, $1\text{ S} = \text{Ω}^{-1}$); y la conductividad es la inversa de la resistividad.

Según los diagramas de resistores, ¿cómo se calcula la resistencia equivalente e intensidad en circuito en serie versus en paralelo?

En paralelo: $\frac{1}{R_{\text{equivalente}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$ y la intensidad se divide proporcionalmente entre las ramas. En serie: $R_{\text{equivalente}} = R_1 + R_2$ y la intensidad es la misma en ambas resistencias.

¿Qué función cumple un receptor capacitivo y cuál es la fórmula de su capacidad ($C$)?

El condensador almacena carga ($Q$) cuando se alimenta a una tensión ($V$) hasta alcanzar su máxima capacidad. Su fórmula es $C = \frac{Q}{V}$ y su unidad es el Faradio.

¿Qué diferencia existe entre un interruptor, un disyuntor y un seccionador?

Un interruptor permite abrir/cerrar un circuito de forma manual; un disyuntor abre automáticamente ante fallas de aislación (cierre manual); y un seccionador separa mecánicamente un circuito para aislamiento sin mecanismo de supresión de arco eléctrico (no se abre bajo carga).

¿Cuál es la fórmula de la Ley de Ohm y sus despejes para hallar resistencia e intensidad?

La fórmula es $V = R \times I$. Al despejar se obtiene $R = \frac{V}{I}$ e $I = \frac{V}{R}$.

A partir de los esquemas, ¿cómo se calculan las intensidades en el Ejercicio 1 ($V = 660\text{ V}$, $R = 110\text{ Ω}$) y Ejercicio 2 ($V = 5\text{ V}$, $R_1 = 10\text{ Ω}$, $R_2 = 15\text{ Ω}$ en serie)?

En Ej 1: $I = \frac{660\text{ V}}{110\text{ Ω}} = 6\text{ A}$. En Ej 2: $R_{\text{eq}} = 10\text{ Ω} + 15\text{ Ω} = 25\text{ Ω}$, por lo que $I = \frac{5\text{ V}}{25\text{ Ω}} = 0,2\text{ A}$.

¿Cómo se calcula el rendimiento eléctrico de un aparato y cuál es su valor para un taladro de $2500\text{ W}$ que consume $10\text{ A}$ a $220\text{ V}$?

Es el cociente entre la potencia desarrollada y la potencia teórica. Para el taladro, la potencia desarrollada es $220\text{ V} \times 10\text{ A} = 2200\text{ W}$, resultando en un rendimiento de $\frac{2200\text{ W}}{2500\text{ W}} = 0,88$ ($88\text{\%}$).

¿A cuántos Julios ($\text{J}$) equivale $1\text{ kW}\times\text{hora}$?

$1\text{ kW}\times\text{hora} = 1000\text{ W} \times 3600\text{ s} = 3.600.000\text{ J}$.

¿Cuáles son las ecuaciones y unidades de la Potencia Eléctrica ($P$) y la Energía Eléctrica ($E$)?

Potencia Eléctrica: $P = V \times I$ (medida en Wattios $\text{W}$ o VoltioAmperios $\text{VA}$, donde $1\text{ CV} = 735\text{ W}$). Energía Eléctrica: $E = V \times I \times t$ (medida en Julios $\text{J}$, calorías o $\text{kW}\times\text{hora}$).