Corriente eléctrica para dummies: diferenciando entre Voltaje y Amperaje

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Seguimos con nuestros artículos para poder realizar nuestras reparaciones del día a día donde no necesitamos tener unos conocimientos teóricos tremendos, y seguir un curso sencillo y completo puesto al día, con la tecnología actual que nos permita entender y reparar nuestros problemillas.

Hemos limitado la teoría al máximo, pero poniendo lo esencial que os permita comprender lo que estáis haciendo en el plano teórico de forma clara, os aconsejamos que no os saltéis ninguna parte teórica o aclaratoria, si no tenéis conocimientos previos, incluso cuando penséis que no tiene utilidad, pero os garantizamos que a la larga os ayudará a poder seguir entendiendo los términos y las ideas sin atascos. Aclarado pues, comenzaremos por la base de todo:
 
La corriente eléctrica
 
La corriente eléctrica en sí, no es más que el paso de electrones por un conductor. Estos electrones están en todas las cosas que conocemos, pues son parte constituyente de la materia a nivel atómico, por lo que vamos a ver de una manera rápida y simplificada las partes que componen un átomo.

Constitución simple del átomo:

El átomo lo podemos dividir en protones, electrones y neutrones, las distintas cantidades de dichas partículas diferencian  un átomo de otro, formando los distintos elementos, así pues en el centro del átomo está el núcleo, que tiene dos clases de partículas: los protones y los neutrones, alrededor del núcleo giran los electrones en órbitas, así como ocurriría con los planetas que giran en torno a un sol.

Esquema básico de la estructura de un átomo, donde podemos ver los electrones responsables de la corriente eléctrica. Un átomo se compone de un núcleo, su parte central, en cuyo interior se encuentra un conjunto de partículas denominadas protones y neutrones, que coexisten en igual número. En el exterior vemos una “nube” de electrones que giran en órbitas alrededor del núcleo. Destacaremos que la masa atómica de un átomo es el resultado de sumar los protones y neutrones del núcleo de un átomo.
 
La característica responsable de la corriente eléctrica es que  los protones y los electrones  tienen carga eléctrica, o sea, tienen una energía intrínseca y natural, puesta de manifiesto por las fuerzas que pueden ejercer sobre otras partículas del mismo tipo y que originan fenómenos de atracción y repulsión entre partículas cargadas eléctricamente. Así que  dos electrones o dos protones se repelen entre sí.

Por tanto diremos que las dos partículas tienen cargas eléctricas de distinto signo: así que se las denominó carga eléctrica positiva (+) al protón y, al electrón, carga eléctrica negativa (-). Pero por otro lado, los neutrones del núcleo que conviven con los protones  son partículas que tienen igual cantidad de carga positiva que de negativa; por lo tanto, tiene un efecto neutro por la anulación mutua entre las dos cargas de sentido opuesto, el neutrón no ejerce fuerza eléctrica sobre un electrón o protón.

Por otro lado un átomo es eléctricamente neutro y eso significa que la cantidad de electrones es igual al número de protones.

A ese número de electrones o de protones se denomina "NUMERO ATOMICO".  Los protones y neutrones se localizan en el núcleo, el resto es espacio vacío donde los electrones giran a grandes velocidades. Bueno si nos ponemos más finos, diremos que la materia es prácticamente “hueca" , compuesta por un increíble número de partículas moviéndose en un espacio prácticamente vacío, algo parecido al espacio, pero salvando las distancias del ejemplo.
 
Iones positivos y negativos
 
Cuando por alguna razón un átomo gana o pierde electrones, se dice que dicho átomo se ha ionizado.
Llamamos:

• Ion Positivo cuando el átomo tiene más protones que electrones
• Ion Negativo, cuando tiene más electrones que protones.

 
 Así pues como las cargas de distinto signo se atraen, cuando están cerca iones negativos y positivos, tal cual como los polos opuestos de dos imanes, éstos se unen, pero también puede ocurrir que los átomos solamente se desprendan de los electrones que tiene de más el ión negativo y se dirijan hacia el ión positivo para neutralizar su carga.
 
Y aquí es donde está la base de todo lo que vamos a aprender: cuando esto ocurre, se dice que el paso de estos electrones "neutralizadores de carga" forman una Corriente Eléctrica, es decir lo que llamamos comúnmente electricidad:
 
Ese movimiento o flujo de electrones de un lado a otro, y las leyes que rigen su comportamiento es prácticamente todo lo que da lugar a lo que llamamos electricidad o electrónica, el 99% de los circuitos y elementos que componen la electrónica de un aparato están destinados a detectar, interpretar, regular y controlar a estos electrones y su comportamiento en los distintos componentes, puesto que son los responsables últimos de que cualquier aparato o dispositivo gire, vibre, emita sonido e imagen o nos conecte a cualquier cosa, de un teléfono a Facebook. Con ellos, utilizando los componentes eléctricos y electrónicos de la manera adecuada, alteramos los campos eléctricos, magnéticos, generamos y manipulamos las ondas y las frecuencias de nuestros teléfonos, activamos o desactivamos a los aparatos que emiten o deniegan el paso de los  fotones en las pantallas para ver cualquier cosa y así para cualquier aparato eléctrico o electrónico que tengas y casi cualquier cosa que puedas imaginar que tus dispositivos eléctricos hacen.
 
La  corriente eléctrica, un flujo de electrones
 
Obviamente esos electrones no se mueven con la misma facilidad por todos los materiales puesto que cada átomo tiene una composición diferente en su estructura atómica que permite el paso de esos electrones con mayor o menor facilidad.

El cobre: se trata de un metal de color rojizo y brillo metálico que  junto con la plata y el oro se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de la electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. WIKIMEDIA
 
Denominamos conductor de la corriente a todos los materiales que ofrecen muy poca resistencia al paso de los electrones (cobre, plata, oro, etc.)
 
Luego un aislante de la corriente eléctrica es todo material se comporta al revés, o sea, que ofrece una elevada resistencia al paso de los electrones.
 
Y luego está la escala de grises, los llamados semiconductores los materiales que, según como se los trate, se comportan como conductores o como aislantes, es decir, son materiales sobre los cuales podemos regular el paso de la corriente eléctrica según los tratemos.
 
Así que el paso de la corriente eléctrica no es más que el paso de los electrones por un conductor o un semiconductor.
 
La unidad que mide esta cantidad de electrones pasando de un lado a otro en un tiempo determinado la llamamos Amperio o Ampere (A).
Podemos hacer a partir de ahora un símil hidráulico para que lo podamos entender, o sea con agua, el Amperio por hora en una cañería por la que pasara agua equivaldría por ejemplo a los litros de agua en un tiempo determinado, así que cuando en un aparato, por ejemplo leemos que carga 2 Amperios (2A), significa que en un tiempo determinado por la tubería que sería el cable circularían 2 Amperios de carga eléctrica, o sea electrones.
Más concretamente diríamos que circulan electrones por el cable con una intensidad de 2 A.

Tabla de los distintos submúltiplos utilizados con el amperaje, así como la manera de leer los distintos símbolos
 
Así pues, si vemos que un teléfono tiene un cargador de 2A y tarda dos horas en cargarse, es decir dos horas fluyendo electrones y cargando de iones negativos la batería, significa que si usamos un cargador de 1A, si realizara una carga lineal (es decir constate en el tiempo, cosa que no es exactamente así, pero que para un ejemplo nos apañamos), movería una intensidad de electrones de la mitad, o sea que tardaría 4 horas. Por todo esto lo que deduciríamos sería que la batería almacena (en un “modelo ideal” eso sí) 4 Amperios  por hora (4000mAh que es lo que por ejemplo leeréis en la etiqueta de muchas baterías, o sea 4000 “mili” amperios a la hora de almacenamiento).

Bueno es solo un ejemplo teórico,  en la realidad la carga no es lineal y existen pérdidas por diversas razones, como el calor, el rendimiento de carga de la batería según su composición, etc.., pero para aplicar el símil hidráulico os hacéis una idea:

Dependiendo del grosor de un cable eléctrico y las del material conductor que compone su núcleo (el cobre es el habitual, mejorando si es plata u oro, como por ejemplo las clavijas analógicas de audio de alta calidad) podrá transportar un mayor o menor caudal energético, calentándose en exceso si supera el nivel para el que fue construido, pudiendo llegar a quemarse y cortocircuitar por el exceso de fricción interna de los electrones que generaría dicho calor.
 
Digamos que la batería seria una botella con una capacidad de 4 litros de agua de almacenamiento y si el cargador suministra 2 litros de agua por hora de carga, si no se perdiera una gota de agua durante el llenado con una intensidad de dos litros por hora, tardaríamos dos horas en llenar la botella y si el cargador suministrara un litro por hora tardaría 4 horas.
 
Tensión y diferencia de potencial

Como hemos comentado, para que se produzca una corriente eléctrica tiene que existir algo que impulse a esos electrones para que se muevan de un lado a otro.
Así que podemos coger y colocar iones negativos a un lado de nuestro cable conductor e iones positivos al otro, se establecerá entre ambos lados del cable una corriente eléctrica.
 
Esta corriente eléctrica que hemos establecido (o sea, el paso de cargas negativas hacia el lado del cable conductor con iones positivos) será más grande cuanto mayor sea la diferencia de cargas entre los iones.
 
Si queremos que se produzca este movimiento de electrones fluyendo por el conductor, o sea si queremos generar una corriente eléctrica, necesitaremos aplicar energía al conductor. Si esta energía que aplicamos proviene de una fuerza de carácter eléctrico la llamaremos fuerza electromotriz.
 
La llamamos fuerza electromotriz porque la fuerza procedente de la energía eléctrica permite el desplazamiento de los electrones al desprenderse de los átomos.
 
Esta fuerza electromotriz puede producirla por ejemplo una batería de un teléfono móvil, como la de nuestro ejemplo anterior o también podría ser un generador como los usados para dar luz eléctrica cuando nos vamos de camping o la batería (acumulador de plomo) que llevamos en nuestro coche para conseguir ponerlo en marcha o que funcionen sus equipos eléctricos cuando el motor está parado y no funciona el alternador (que sería algo así como un generador como el del camping.
 
Estas fuentes de energía que os hemos comentado tienen 2 terminales, o polos negativo y positivo, así que decimos que existe una tensión eléctrica o diferencia de potencial, que produce dicha fuerza eléctrica.

Uso del ejemplo hidráulico de los vasos comunicantes para explicar la tensión eléctrica o la diferencia de potencial.  José Luis Montalvillo y NegociosContra
 
Podríamos ver esta tensión eléctrica o diferencia de potencial como un “desnivel” entre los dos puntos de un conductor que hace que se produzca ese flujo de electrones de un polo a otro (imaginemos otra vez nuestro símil hidráulico,  algo así ocurre en una presa, la diferencia de altura provoca el descenso del agua del punto más alto (iones negativos) al más bajo (iones positivos). Del mismo modo si existe una diferencia de potencial en electricidad ésta se puede comparar a una diferencia de presión entre 2 extremos de una tubería que lleva agua provocada por una bomba.
 
Para medir esto, o sea la tensión eléctrica utilizamos la unidad denominada Voltio, esta se abrevia "V".

Tabla con los distintos submúltiplos y múltiplos utilizados con el voltaje, así como la manera de leer los distintos símbolos. Os serán de utilidad cuando necesitéis una referencia rápida para realizar una conversión, como es el caso del ejemplo de las etiquetas de las baterías.
 
Así por ejemplo, la típica pila de carbón que podemos llevar en nuestro mando a distancia o un juguete genera entre ambos bornes una tensión de 1,5V, la batería de nuestro móvil, normalmente suele ser de unos 4,5V (de ser de Litio), una batería  de coche común de plomo genera una tensión de 12V, la de nuestro portátil ya ascenderá a unos 14.4 V de media, la de un camión ya puede ser de 24V o 48V y la que produce un generador de gasolina o la que nos lleva a casa una compañía eléctrica es de 220 V en la mayor parte del mundo. Más allá de esto las compañías eléctricas pueden generan en sus centrales productoras y para su transporte diferenciales de potencial de miles de voltios para facilitar su producción y transporte.
 
Normalmente en electrónica usamos tensiones pequeñas, así que usamos como unidad generalmente el  Voltio, pero en la electricidad a nivel industrial es normal que usemos el Kilovoltio (Kv) que equivale a 1.000 V.
 
Calor, Carga y Corriente eléctrica
 
Un flujo de electrones en movimiento causado por la aplicación de una fuerza electromotriz o fuente de tensión a un conductor eléctrico es lo que llamamos corriente eléctrica. Este flujo está formado por electrones libres los cuales, antes de aplicarles la tensión, eran electrones sujetos por la atracción de los núcleos de los átomos que constituyen el conductor. Durante sus trayectos, los electrones libres chocan contra los iones positivos del material y retroceden para luego volver a ser acelerados por la fuerza electromotriz.
 
Esta fricción o choque de los electrones son el motivo por el cual el conductor (o sea los cables o los bornes de conexión) se calientan cuando llevan corriente eléctrica, ya que cualquier fricción entre 2 cuerpos ocasiona una generación y desprendimiento de energía en forma de calor. (De ahí la importancia de los superconductores, tan de moda últimamente en los artículos de ciencia que leemos en los medios de comunicación, si durante el transporte de la energía no se desprende calor, conseguimos aprovecharla mejor y no recalentar y deteriorar los circuitos, o sea: un mejor rendimiento).
 
La corriente eléctrica por un conductor por tanto la definiremos como el número de electrones libres que pasan por una sección cualquiera del conductor (o sea  un cable por ejemplo) en un momento específico.
 
Los electrones llevan la carga eléctrica medida en Culombios y decimos que la corriente eléctrica es la carga eléctrica transportada por esos electrones durante el intervalo de tiempo considerado.
 
Si la carga eléctrica es de 1Cb y el tiempo es de 1s, obtenemos una corriente eléctrica de 1A (Amperio), siendo así esta, la unidad de corriente eléctrica.
 
El problema en electrónica es que el Amperio como unidad de medición suele resultar muchas veces demasiado grande, así que se utilizan los submúltiplos de dicha unidad (por ejemplo en las baterías de nuestros móviles el miliamperio).
 
Recapitulando y aplicándolo a la realidad
 
Ahora volvamos a nuestra querida batería de móvil de nuestro ejemplo, cómo podemos ver tan sólo emplea una diferencia de potencial entre bornes (tensión o voltaje) de 4.5 V, que es realmente poco. Puesto que los requisitos energéticos o sea, la fuerza que requiere para realizar su función son realmente bajos.

Así, podríamos decir que en nuestro ejemplo el voltaje y la potencia ofrecida seria representado por  el diámetro de la cañería por donde pasan nuestro caudal de agua (que medimos en Amperios, recordemos que esa carga eléctrica se mide en Culombios y que uno es igual a un Amperio), pues bien, digamos que la batería requiere una boca de cañería mas bien “pequeñita” o sea, metafóricamente hablando de: 4.5V, mientras que digamos… una tostadora requiere más recursos energéticos, y empleará una cañería de un “diámetro” de 220V ya que le permite transferir un mayor caudal (más Amperios de energía) en este caso de energía eléctrica que se transforma en calor y deja nuestro pan crujiente.

Si el etiquetado de un aparato eléctrico es correcto, deberá poner a que voltajes opera, cuanta energía consume o en el caso de nuestras baterías, cuanta es capaz de almacenar y ofrecer, así que os hemos puesto dos ejemplos de cómo encontrar esos valores en dos baterías de teléfono móvil.

En el siguiente ejemplo podéis ver la información sobre el voltaje y consumo en un disco externo de 5.25” con suministro eléctrico desde una fuente de alimentación externa, en la etiqueta se especifica el voltaje y amperaje necesario para su funcionamiento.
 
Imaginemos una lavadora y una boca contraincendios de las que usan los bomberos para apagar el fuego, obviamente la boca contraincendios requerirá un caudal de agua superior para enfrentarse a un fuego descontrolado que una lavadora para lavar cuatro pantalones y dos camisas, pues lo mismo ocurre con el voltaje y los aparatos eléctricos, a medida un aparato eléctrico requiere unos recursos energéticos superiores, el voltaje de las fuentes de energía que usa debe ser superior para poder abastecerse con el flujo adecuado sin crear problemas de “cuellos de botella”. Digamos que a más “ancha” es la toma de agua, más sencillo resulta trasladar muchos litros de agua rápidamente, si la boca o la manguera es pequeña, sufrimos el riesgo de una rotura (en el caso de la electricidad, la fricción y el choque de los electrones calentaría el cable al no poder pasar fluidamente y lo quemaría)
 
Si en nuestro símil, una lavadora dispone digamos de… una toma de agua que nos ofrece un diámetro de cañería para ofrecer una presión correcta de agua de 220mm (220 V) este ofrece unas presiones por las que puede circular una intensidad o caudal de agua de digamos 5000 litros por hora (algo así en nuestro símil como 5000 mA por hora) y llega un bombero a tu edificio a causa de un incendio en tu edificio y conecta por error (que si, te ha tocado el bombero tonto!) su manguera para boca de incendios a la toma de tu lavadora, una manguera diseñada para las siguientes especificaciones: diámetro de 6000mm (diferencia de potencial o voltaje de 6000V)  que le permite a su manguera un caudal de 80000 litros por hora, (a su vez algo así como 80 A o lo que es lo mismo 80000 mA).
 
- ¿Qué ocurriría?
- Fácil: Que tendrías que comprobar si tienes un buen seguro e ir pensando en comprarte una casa nueva
 
¿Razón?
 
-Tu toma de agua (batería o motor) solo puede ofrecer un caudal de agua (por la tensión o diferencial de potencial) muy inferior al que se necesita para apagar un fuego importante, la manguera está diseñada para suministrar un caudal de agua muy elevado (muchos Amperios) desde una gran toma (6000V) pero nuestra toma casera solo ofrece una cañería pequeña (220V) capaz de ofrecer muchos menos litros por hora a riesgo de reventar la cañería si nos pasamos con la presión para ofrecer más litros de agua por hora ya que las cañerías domésticas son más pequeñas y frágiles.

En el caso de la batería de ZTE, también indica el voltaje máximo de carga, la energía almacenada viene expresada en miliamperios hora -mAh- y en Watios hora –Wh- (que como os explicaremos un poco más adelante es el resultado de multiplicar los amperios por el voltaje y así obtenemos la potencia eléctrica que produce la diferencia de potencial generada en este caso  entre los pequeños bornes de estas baterías)
 
ZTE: 2000mAh o expresado en amperios 2Ah
Nokia: 1430mAh o expresado en amperios 1,43Ah
 
ZTE: W=2000mAh x 3.8V= 7.6Wh
Nokia: W=1430mAh x 3,7= 5.3Wh (aprox).
 
Deducimos por tanto rápidamente que la batería de ZTE en este caso tiene una mayor capacidad de almacenamiento.

En el ejemplo del disco duro podemos observar en la etiqueta el voltaje al que opera, en este caso a 12 Voltios, es decir trabaja con una tensión (toma de alimentación o cañería, como queramos decirlo en nuestro ejemplo) superior al de una batería de teléfono móvil consumiendo un caudal de 2 A. Además en la toma de alimentación, junto a la indicación de voltaje en corriente continua (D.C.) nos indica la polaridad de los bornes en su toma circular, que en este caso sería: positivo al centro y negativo en la zona perimetral exterior (a diferencia que en la corriente alterna -A.C.- esta aclaración es muy importante como ya os explicaremos)
 
Con estos ejemplos para que comprendáis su utilidad inmediata y os ayuden a asimilar los términos, terminamos el artículo dedicado a la tensión y el amperaje… de momento. Os aconsejamos como ejercicio, si sois nuevos en esta materia, que miréis las etiquetas de vuestros aparatos eléctricos y saquéis conclusiones, os ayudará a fijar los conceptos, para el próximo artículo.

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