FÍSICA · ELECTRICIDAD
De una lámpara a un haz de partículas: aprende a calcular corriente, carga y tiempo, y a distinguir amperios, voltios y valores eficaces.
Su unidad es el amperio: 1 A = 1 C/s. No es la velocidad de los electrones ni la tensión de la fuente. Para asignarle signo, se elige un sentido positivo a través de la superficie.
Los valores asignados a los aparatos son datos de problemas, no especificaciones comerciales ni recomendaciones de conexión.
EJEMPLO 01
Una salida de corriente continua de una fuente entrega 60 W a 12 V a una parte de una computadora.
En continua estable, P = VI.
I = P/V = 60/12 = 5 A.
Resultado: I = 5 A en la salida considerada
Condiciones: Datos hipotéticos de una salida: no describen todo el equipo ni su corriente de entrada desde la red.
EJEMPLO 02
Una lámpara incandescente recibe 0,50 A de una batería, con 12 V entre sus terminales.
P = VI = 12 × 0,50 = 6 W.
La corriente calienta el filamento; al cerrar el interruptor se completa el camino conductor.
Resultado: P = 6 W
Condiciones: Régimen estable; el arranque puede tener otra corriente. Una lámpara LED no emite luz por un filamento incandescente.
EJEMPLO 03
Supón un calefactor resistivo de 550 W conectado a una alimentación de 110 V eficaces.
Para esta carga resistiva, P = VefIef.
Ief = 550/110 = 5 A.
Resultado: Ief = 5 A
Condiciones: Ejemplo supuesto, no una norma universal de vivienda. La tensión real y la admisible dependen de la red y la placa del equipo.
EJEMPLO 04
Un equipo hipotético consume 1100 W a 220 V eficaces, con factor de potencia igual a 1.
P = VefIef × FP.
Ief = 1100/(220 × 1) = 5 A.
Resultado: Ief = 5 A bajo las condiciones indicadas
Condiciones: Alimentación monofásica; 220 V no identifica por sí solo una oficina o un laboratorio. Con otro FP, el resultado cambia.
EJEMPLO 05
Una carga resistiva hipotética consume 4,4 kW con 440 V eficaces entre sus dos terminales.
4,4 kW = 4400 W.
Ief = 4400/440 = 10 A.
Resultado: Ief = 10 A en este circuito monofásico
Condiciones: Caso monofásico de FP = 1. Una instalación industrial no tiene siempre 440 V; en trifásica hay que distinguir magnitudes de línea y fase.
EJEMPLO 06
Estos equipos utilizan circuitos electrónicos y pueden incluir motores, sensores, iluminación y calentadores.
La alimentación convierte o distribuye energía para cada parte.
La corriente puede variar entre espera, movimiento e impresión; no se obtiene su valor solo por el nombre del aparato.
Resultado: La corriente alimenta funciones diferentes
Condiciones: Descripción funcional: consultar las especificaciones para conocer tensión y consumo de un modelo concreto.
EJEMPLO 07
Para un cálculo sencillo, aproxima una bocina por 8 Ω y aplica una señal senoidal de 4 V eficaces.
Ief = Vef/R = 4/8 = 0,50 A.
P = Ief²R = 0,50² × 8 = 2 W.
Resultado: Ief = 0,50 A en el modelo resistivo
Condiciones: Aproximación a una frecuencia: una bocina real tiene impedancia dependiente de la frecuencia, no una resistencia fija para toda señal.
EJEMPLO 08
Una caminadora motorizada transforma energía eléctrica en movimiento de su banda.
El controlador regula la alimentación del motor según el diseño y las condiciones de trabajo.
Velocidad, carga mecánica y rendimiento influyen en el consumo; también hay pérdidas en forma de calor.
Resultado: La corriente contribuye a producir movimiento
Condiciones: No todas las caminadoras son eléctricas: el caso corresponde a una con motor.
EJEMPLO 09
Durante un tramo de carga, la corriente que entra en la batería se mantiene en 1 A durante 20 min.
20 min = 1200 s; Q = It = 1 × 1200 = 1200 C.
1 Ah = 3600 C, así que Q = 1200/3600 Ah = 1/3 Ah ≈ 0,333 Ah.
Resultado: Se transfieren 1200 C, equivalentes a 1/3 Ah
Condiciones: Tramo hipotético constante medido en la batería; no implica carga constante durante todo el proceso ni equivale a la corriente de entrada del cargador.
EJEMPLO 10
Un reflector dirige la luz de una lámpara o un conjunto LED.
La alimentación aporta energía a su fuente de luz; la óptica distribuye esa luz.
La luminosidad no se deduce solo de los amperios: también importan potencia, eficiencia y diseño.
Resultado: La corriente permite transferir energía a la fuente luminosa
Condiciones: El reflector óptico no genera corriente. La tecnología de iluminación determina cómo se transforma la energía.
EJEMPLO 11
Por una sección pasan 12 C de carga neta en el sentido positivo durante 3 s.
Imedia = ΔQ/Δt.
Imedia = 12 C / 3 s = 4 A.
Resultado: Imedia = 4 A
Condiciones: Promedio del intervalo; no demuestra que la corriente haya sido constante en cada instante.
EJEMPLO 12
Una corriente constante de 0,25 A circula durante 2 min.
2 min = 120 s.
Q = It = 0,25 × 120 = 30 C.
Resultado: Q = 30 C
Condiciones: Carga que cruza una sección, no necesariamente carga acumulada en el cable.
EJEMPLO 13
Se necesita que pasen 18 C con una corriente constante de 60 mA.
60 mA = 0,060 A.
t = Q/I = 18/0,060 = 300 s.
Resultado: t = 300 s = 5 min
Condiciones: Se mantiene la corriente durante todo el intervalo.
EJEMPLO 14
Un sensor consume 0,8 mA en una condición especificada.
1 mA = 10⁻³ A; 1 μA = 10⁻⁶ A.
0,8 × 10⁻³ A = 800 × 10⁻⁶ A.
Resultado: 0,8 mA = 800 μA = 0,0008 A
Condiciones: Los prefijos cambian la unidad, no la corriente física.
EJEMPLO 15
Cada segundo, 5 × 10¹⁵ electrones cruzan una sección hacia la derecha, definida como sentido positivo.
Cada electrón tiene carga −e, con e = 1,602176634 × 10⁻¹⁹ C.
I = −(5 × 10¹⁵)e/(1 s) = −0,000801088317 A.
La corriente convencional apunta hacia la izquierda. Un haz en un cinescopio antiguo también constituye corriente.
Resultado: I = −0,801088317 mA respecto del eje elegido
Condiciones: Flujo uniforme ideal de electrones; puede existir en vacío, sin un alambre conductor.
EJEMPLO 16
Por una sección de un acelerador pasan 2 × 10¹² protones por segundo en el sentido positivo.
I = +(2 × 10¹²)(1,602176634 × 10⁻¹⁹) A.
I = +3,204353268 × 10⁻⁷ A; la corriente tiene el sentido del haz.
Resultado: I = +0,3204353268 μA
Condiciones: Conteo ideal uniforme; cada protón tiene carga +e.
EJEMPLO 17
En 1 s cruzan una sección +3 mC hacia la derecha y −2 mC hacia la izquierda.
El movimiento de carga negativa hacia la izquierda equivale a corriente positiva hacia la derecha.
I = (3 + 2) mC / 1 s = 5 mA.
Resultado: I = +5 mA hacia la derecha
Condiciones: Derecha como orientación positiva; se suman las contribuciones convencionales, no se restan sus magnitudes.
EJEMPLO 18
En un semiconductor, la descripción de la conducción puede incluir electrones y huecos.
Un hueco representa una ausencia de electrón en una banda casi llena y se comporta como portador de carga positiva.
La corriente total reúne sus contribuciones; un hueco no es un protón que recorre el cristal.
Resultado: Ambos pueden contribuir a la corriente
Condiciones: Descripción de portadores; la contribución de cada tipo depende del material y sus condiciones.
EJEMPLO 19
Un alambre de sección S = 1 mm² lleva 1,36 A. Usa n = 8,5 × 10²⁸ electrones/m³ y e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C.
S = 1 × 10⁻⁶ m²; I = neSvd para las magnitudes.
vd = 1,36 / (8,5 × 10²⁸ × 1,6 × 10⁻¹⁹ × 10⁻⁶).
vd ≈ 1 × 10⁻⁴ m/s. La deriva de los electrones es opuesta a la corriente convencional.
Resultado: vd ≈ 1 × 10⁻⁴ m/s = 0,10 mm/s
Condiciones: Modelo uniforme con una clase de portador. Es velocidad media de deriva, no rapidez de la señal ni velocidad microscópica total.
EJEMPLO 20
La corriente es i(t) = 2√2 sen(100πt) A, con t en segundos.
Imax = 2√2 A y ω = 100π rad/s.
f = ω/(2π) = 50 Hz; T = 1/f = 0,020 s.
Ief = Imax/√2 = 2 A. La corriente cambia de signo cada medio período.
Resultado: Ief = 2 A; T = 0,020 s
Condiciones: Senoide pura sin componente continua; la relación con √2 no sirve para cualquier forma de onda.
EJEMPLO 21
Circulan 2 A durante los primeros 3 s y 1 A durante los 2 s siguientes, siempre en el mismo sentido.
Q = 2 × 3 + 1 × 2 = 8 C.
Imedia = 8/5 = 1,6 A.
El promedio simple (2 + 1)/2 = 1,5 A sería incorrecto porque los intervalos duran distinto.
Resultado: Q = 8 C; Imedia = 1,6 A
Condiciones: Transiciones idealizadas instantáneas; se suma el área bajo la gráfica i–t.
EJEMPLO 22
La densidad uniforme de corriente tiene magnitud J = 4 A/mm². Una superficie plana de área S = 2 mm² tiene su normal a 60° de J.
I = JS cos θ.
I = 4 × 2 × cos 60° = 4 A.
Si la normal fuese paralela a J, la corriente a través de esa misma área sería 8 A.
Resultado: I = 4 A
Condiciones: El ángulo se mide respecto de la normal, no del plano; no se exige que los portadores crucen perpendicularmente.
EJEMPLO 23
Una resistencia de 180 Ω tiene una diferencia de potencial de 9 V.
I = V/R = 9/180 = 0,050 A.
El dato 9 V por sí solo no determina la corriente: también importa la carga conectada.
Resultado: I = 0,050 A = 50 mA
Condiciones: Resistencia óhmica de valor constante; tensión efectiva entre sus terminales.
EJEMPLO 24
Entran 0,80 A en un nodo y salen 0,30 A por una de dos ramas.
En régimen sin acumulación de carga: Ientrada = I₁ + I₂.
I₂ = 0,80 − 0,30 = 0,50 A.
Resultado: Salen 0,50 A por la segunda rama
Condiciones: Nodo estacionario; si hubiese acumulación, habría que incluir su variación de carga.
EJEMPLO 25
Una batería de fem ε = 9 V y resistencia interna r = 1 Ω alimenta una resistencia externa R = 8 Ω.
I = ε/(R + r) = 9/(8 + 1) = 1 A.
Vterminal = ε − Ir = 9 − 1 × 1 = 8 V.
Con el circuito abierto, la corriente externa ideal es cero y la tensión terminal es 9 V.
Resultado: I = 1 A; Vterminal = 8 V
Condiciones: Modelo de batería en descarga con fem y resistencias constantes. Una batería no impone siempre la misma corriente.
El sentido convencional es el que tendría el movimiento de cargas positivas. En metales, la deriva de los electrones va en sentido contrario. En soluciones pueden contribuir iones de ambos signos; en semiconductores, electrones y huecos. El movimiento desordenado sin transporte neto no produce una corriente neta a través de la sección.
La corriente puede existir en un haz de partículas en vacío. El circuito cerrado de una lámpara con batería es un caso particular de corriente sostenida, no una exigencia de que toda corriente circule dentro de un alambre.
En continua estable, P = VI. En alterna, Pmedia = VefIefFP para el factor de potencia total del equipo. Solo se omite FP cuando vale 1. La potencia se expresa en W; los A no son una medida de energía.
| Magnitud | Unidad o equivalencia |
|---|---|
| Corriente | 1 A = 1 C/s |
| Miliamperio | 1 mA = 10⁻³ A |
| Microamperio | 1 μA = 10⁻⁶ A |
| Carga | 1 Ah = 3600 C |
| Tensión | 1 V = 1 J/C |
| Potencia | 1 W = 1 J/s |
Ah mide carga, no corriente ni energía. Para relacionar carga con energía también se necesita conocer el voltaje y sus variaciones.
Alessandro Volta presentó su pila en 1800. Su descripción incluyó discos de metales distintos, como plata y zinc, separados por material poroso humedecido con una solución conductora. El líquido funciona como electrolito; el contacto entre metales por sí solo no explica la energía que una pila entrega de forma sostenida.
Las reacciones electroquímicas permiten transformar energía química en energía eléctrica. En el caso histórico plata–zinc en descarga, el extremo de zinc actúa como negativo y el de plata como positivo. La tensión entre terminales depende del sistema y de sus condiciones: no es una corriente fija ni permanece idéntica bajo cualquier carga.
Frente a las máquinas electrostáticas de fricción, conocidas por producir grandes tensiones y chispas, la pila ofreció un modo de sostener el paso de carga en un circuito durante más tiempo. Esto hizo posibles nuevos experimentos eléctricos y electroquímicos. Una tensión relativamente pequeña puede acompañarse de una transferencia considerable de carga; tensión y cantidad de carga son magnitudes distintas.
CONTRASTE 01
Compara una deriva de 10⁻⁴ m/s con una propagación electromagnética supuesta de 10⁸ m/s a lo largo de 1 m.
Tiempo de deriva sobre 1 m: 1/10⁻⁴ = 10 000 s.
Tiempo de propagación del modelo: 1/10⁸ = 10⁻⁸ s = 10 ns.
Los portadores ya están distribuidos por el circuito; no deben recorrerlo desde la fuente para que comience la respuesta.
Resultado: Propagación de señal y deriva son distintas
Condiciones: La velocidad de propagación depende del medio y la geometría; 10⁸ m/s es ilustrativo. No es el tiempo completo de encendido de una lámpara.
CONTRASTE 02
La senoide del ejemplo 20 atraviesa una resistencia ideal de 10 Ω durante períodos completos.
La carga neta que cruza en un período es cero: las dos mitades tienen signo contrario.
Sin embargo, Ief = 2 A y Pmedia = Ief²R = 2² × 10 = 40 W.
Resultado: Imedia = 0; Pmedia = 40 W
Condiciones: Senoide simétrica y resistencia constante. No se sustituye el valor eficaz por la media algebraica al calcular calentamiento.
Convierte primero minutos a segundos y prefijos a amperios. Conserva las condiciones de cada enunciado.
Selección y desarrollo: Editorial Ejemplode. Revisión: 7 de octubre de 2026.