Energía y Potencia eléctrica

Energía eléctrica (E)

Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico.
La ambigüedad de tal definición radica en que la energía no puede definirse como toda magnitud básica de la física. Simplemente se usa su concepto y en el caso de la energía eléctrica, es aquello que “gastan” los dispositivos eléctricos y electrónicos para cumplir su función. 
La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía lumínica dentro de una lámpara o led , en energía mecánica en la punta de eje de un motor o en energía térmica (calor) en una estufa eléctrica. 
La energía eléctrica es eso que “cargan” las cargas eléctricas dentro de una fuente de alimentación o pila para luego descargar en las diferentes partes de un circuito eléctrico o electrónico para funcionar. 



Potencia eléctrica (P)

El concepto desarrollado anteriormente tiene el problema de la poca practicidad para el desarrollo de análisis cuantitativos, ya que el consumo o gasto de energía es acumulativo. imaginemos que tenemos un motor eléctrico girando permanentemente. Este motor está convirtiendo la energía eléctrica en varias formas de energía diferentes (energía cinética al gira y energía térmica ya que eleva su temperatura al funcionar). Pero si quisiéramos cuantificar el consumo de energía de dicho motor, tendríamos el problema de que dicho consumo depende claramente de cuanto tiempo lo tengamos funcionando, ya que la energía se va transformando y consumiendo a medida que el motor gira. 
Por esta razón y para independizarnos del factor tiempo, aparece el concepto de potencia eléctrica que no es ni más ni menos que la cantidad de energía consumida o entregada por unidad de tiempo.


En el sistema métrico internacional, la unidad de medida es el watt, y 1W es igual a un Joule de Energía por segundo. 
Si tuviésemos por ejemplo 1 led de 1W de potencia, estaríamos ante un led que “gasta” un Joule de energía en cada segundo en que se mantiene encendido. 
Así una fuente de alimentación de 1W es capaz de “entregarle” a las cargas eléctricas que la atraviesan, un Joule por segundo. 
Puede demostrarse que en cualquier componente de un circuito, la potencia eléctrica (ya sea entregada o consumida) es igual a la diferencia de potencial (tensión) entre sus bornes, multiplicada por la corriente que lo circula, es decir: 

P = V * I 

Tensión o diferencia de potencial

Se conoce como potencial eléctrico al trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva unitaria de un punto hacia otro. Puede decirse, por lo tanto, que el trabajo a concretar por una fuerza externa para mover una carga desde un punto referente hasta otro es el potencial eléctrico. De esta manera el potencial en un punto bajo la influencia de un campo eléctrico se puede definir como el trabajo que hay que realizar para movilizar una carga eléctrica infinitamente lejana (infinitamente lejana, no es ni más ni menos que fuera del campo eléctrico en cuestión) hasta ese punto.


Ahora bien, en el marco de un circuito eléctrico, el potencial eléctrico existente en un punto refleja la energía que tienen las cargas eléctricas (electrones) al pasar por el punto en cuestión. Cuando la unidad de carga va recorriendo el circuito, pierde energía mientras pasa por los distintos componentes. Dicha pérdida de energía tendrá diferentes manifestaciones a través de trabajos como la iluminación que aparece en una lámpara o el movimiento que se logra en un motor, por citar dos posibilidades. Para recuperar la energía, la carga debe pasar nuevamente por un generador de tensión.
La energía (E) que el generador cede al circuito durante su funcionamiento es directamente proporcional a su diferencia de potencial (V) y a la carga, q (C), que pone en movimiento: 

E = q * V
Donde:
E es la energía cedida por el generador medida en Joule (J)
q es la carga eléctrica (cantidad de electrones) medida en Coulomb(C)
V es la diferencia de potencial eléctrico medida en Volts o Voltios(V)

Por lo tanto la diferencia de potencial es:

V = E / q
Es decir : 

1V = 1J / 1C

Esta idea, lleva a pensar que dentro de un circuito eléctrico, las cargas (electrones) nunca se gastan, sino que se mueven dentro del mismo y que lo que realmente sucede es que a medida que lo recorren se van descargando para volver a “energizarse” dentro de la fuente de alimentación.

Circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es la conexión de dos o más componentes que contiene una trayectoria cerrada. Dichos componentes pueden ser resistencias, fuentes, interruptores, condensadores, semiconductores o cables, por ejemplo: Cuando el circuito incluye componentes electrónicos, se habla de circuito electrónico.

Entre las partes de un circuito eléctrico, se pueden distinguir los conductores (cables o pistas de cobre que unen los elementos para formar el circuito), los componentes (dispositivos que cumplen una función determinada dentro del circuito), los nodos(puntos del circuito donde concurren dos o más conductores) y las ramas o mallas(conjunto de los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos).




Los circuitos eléctricos pueden clasificarse según el tipo de señal (corriente directa o corriente alterna), el tipo de configuración (serie, paralelo o mixto), el tipo de régimen (corriente periódica, corriente transitoria o permanente) o el tipo de componentes (circuito eléctrico o circuito electrónico).

La representación gráfica del circuito eléctrico se conoce como diagrama electrónico o esquema eléctrico. Dicha representación exhibe los componentes del circuito con pictogramas uniformes de acuerdo a ciertas normas, junto a las conexiones (sin que éstas se correspondan con las ubicaciones físicas).
La confección de dicho esquema es fundamental para la construcción de un circuito eléctrico, ya que representa el primer paso a seguir. De lo bien elaborado que esté depende el funcionamiento del circuito, por eso es muy importante revisarlo más de una vez y hacer pruebas en la teoría antes de proceder a la realización de un circuito impreso (en el caso de los circuitos electrónicos).




Configuración de circuitos:

Corriente eléctrica

En nuestra definición anterior (Tensión/Diferencia de Potencial.) dijimos que dentro de un circuito eléctrico, las cargas eléctricas, se mueven saliendo por el borne positivo de la fuente de alimentación, para recorrerlo completamente y así volver al borne negativo de la misma.
Así a la cantidad de carga eléctrica que circula por unidad de tiempo en cualquier parte del circuito que estemos analizando la definimos como intensidad de corriente eléctrica o simplemente “corriente”. 
Los electrones se desplazan de un átomo a otro y se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de alimentación.
La corriente eléctrica está definida por convención en dirección contraria al desplazamiento de los electrones (del punto con mayor voltaje, al de menor voltaje, o sea, positivo a negativo).

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio o coulomb (símbolo C) y lunidad de corriente, también llamada Intensidad se expresa en C/s (coulomb sobre segundo), unidad que se denomina AMPERIO (A).
Es decir, una corriente de 1 ampere digamos que se trata de una carga eléctrica de 1 Coulomb por segundo.

Los submúltiplos del amperio son miliamperios (mA) (1/1000 de amperio), y microamperios (uA) (1’000.000 de amperio). 
Las pequeñas corrientes utilizadas en electrónica, se expresan generalmente en miliamperios (mA) o en microamperios (uA). Un mA = 10^(-3) amp. 1 uA = 10^(-6) amp y 1 amp = 10^(-3) amp = 10^(-6) uA.



Definición cuantitativa:

Cuantitativamente, una corriente (I), se define como la relación de transferencia de carga eléctrica (Q) por unidad de tiempo. Por lo tanto el promedio es:
Corriente (I) = carga total transferida  (Q) dividido por el  tiempo transcurrido (T).
La unidad práctica de carga (sistema mks), es el Coulomb, que corresponde a la carga transportada aproximadamente de 6,28 x 10^18 (6,28 billon de billones) de electrones.

Flujo de corriente eléctrica 
(movimiento de electrones)


  Flujo de corriente eléctrica
(por convención)