resistencia

¿Qué es la corriente eléctrica y por qué la luz se enciende en cuanto pulsas el interruptor? Cada día cargas el teléfono, enciendes una lámpara o calientas comida en el microondas, y detrás de todo eso hay un mismo protagonista: cargas eléctricas que se mueven por un cable. No ves nada pasar, pero la física lo explica con ideas sorprendentemente sencillas.

En este artículo avanzarás paso a paso, de lo más básico a lo más completo: partirás de imágenes de la vida diaria, pasarás a las fórmulas y terminarás resolviendo problemas como los de un examen. Además, podrás experimentar con un simulador y comprobar lo aprendido con un quiz.

Objetivo de aprendizaje.

Al terminar podrás:

• explicar con tus palabras qué es la corriente eléctrica y por qué se produce;
• calcular la intensidad de corriente con I = Q/t y expresarla en amperios;
• distinguir el sentido convencional del sentido real de los electrones;
• diferenciar la corriente continua de la corriente alterna;
• relacionar corriente, voltaje y resistencia con la ley de Ohm, en serie y en paralelo;
• interpretar la velocidad de deriva y la densidad de corriente (nivel universitario);
• resolver problemas y detectar los errores más comunes.

¿Qué es la corriente eléctrica?

La corriente eléctrica es el desplazamiento neto de cargas eléctricas en una misma dirección a lo largo de un material. En los metales, esas cargas son electrones libres; en una disolución salina o en un gas ionizado, en cambio, se mueven iones. Cuando conectas una pila a una bombilla, la pila crea en el cable un campo eléctrico que empuja a los electrones, y estos empiezan a circular en un mismo sentido.

Piensa en el agua dentro de una manguera: en cuanto abres el grifo, toda el agua que ya estaba dentro se pone en marcha. En un cable ocurre algo parecido, porque ya está lleno de electrones libres esperando que algo los empuje.

Carga eléctrica: la materia prima

Los átomos contienen protones (carga positiva), neutrones (sin carga) y electrones (carga negativa). La unidad de carga en el Sistema Internacional es el culombio (C). La carga de un solo electrón es diminuta: su valor absoluto es e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C. Dicho al revés, para reunir 1 C hacen falta unos 6,24 × 10¹⁸ electrones.

Conductores y aislantes

No todos los materiales dejan pasar la corriente igual de bien. En los conductores hay electrones libres que se mueven con facilidad. En los aislantes los electrones están muy ligados a sus átomos y casi no circulan. La Tabla 1 resume los tres tipos de materiales.

Tabla 1. Conductores, aislantes y semiconductores.

Para que exista corriente necesitas tres ingredientes:

• una fuente que empuje a las cargas y mantenga un voltaje (pila, batería, enchufe);

• un camino cerrado hecho de material conductor;

• cargas libres capaces de moverse, como los electrones del cobre.

Intensidad de corriente eléctrica: fórmula y unidad

La intensidad de corriente (I) indica cuánta carga cruza una sección del conductor en cada segundo. Imagina un contador de personas en la puerta de un estadio: no importa cuánta gente hay dentro, sino cuántas personas pasan por la puerta cada segundo.

Aquí I es la intensidad, Q es la carga que atraviesa la sección y t es el tiempo. Esta expresión da el valor medio de la intensidad (o su valor exacto si la corriente es constante). Si despejas, obtienes otras dos formas muy útiles:

La Figura 1 muestra la idea: la línea discontinua marca la sección del conductor y la intensidad es la carga que la cruza cada segundo.

El amperio (A)

La unidad de intensidad es el amperio (A). Un amperio equivale a un culombio por segundo: 1 A = 1 C/s. Desde la revisión del Sistema Internacional de 2019, el amperio se define fijando el valor exacto de la carga elemental, e = 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹ C. Como muchos aparatos usan corrientes pequeñas, también verás el miliamperio: 1 mA = 0,001 A.

La Tabla 2 da algunos órdenes de magnitud para que desarrolles intuición.

Tabla 2. Intensidades de corriente en situaciones cotidianas.

¿Cuántos electrones pasan?

Como toda carga es un múltiplo entero de la carga elemental e, puedes contar cuántos electrones cruzan la sección:

Con 1 A durante 1 s pasan unos 6,24 × 10¹⁸ electrones. ¡Una cifra enorme para una corriente tan común!

Sentido de la corriente eléctrica: convencional y real

Cuando se empezó a estudiar la electricidad, nadie sabía qué cargas se movían. En el siglo XVIII se acordó que la corriente iba del polo positivo al negativo, como si se desplazaran cargas positivas. Ese acuerdo se llama sentido convencional y todavía se usa en esquemas y fórmulas.

Más tarde se descubrió que, en los metales, quienes se mueven son los electrones, que tienen carga negativa y van en sentido contrario. Ese es el sentido real de los electrones. La Figura 2 muestra ambos sentidos en un circuito sencillo.

Corriente continua y corriente alterna

En la corriente continua (CC) las cargas circulan siempre en el mismo sentido. La entregan pilas, baterías y paneles solares. En la corriente alterna (CA) el sentido se invierte de forma periódica, muchas veces por segundo. Es la que llega a tu casa por el enchufe, con una frecuencia de 50 o 60 Hz según el país (por ejemplo, 60 Hz en México y Colombia, y 50 Hz en España y Argentina). Los 120 V o 230 V que indica la red son valores eficaces: una especie de «promedio útil» de la onda. La Tabla 3 compara ambos tipos.

Tabla 3. Comparación entre corriente continua y corriente alterna.

Aunque tu cargador se conecta a la pared (CA), por dentro convierte esa corriente en CC para alimentar el teléfono. En la Figura 3, la onda de 50 Hz completa un ciclo cada 20 ms, porque el periodo es T = 1/f.

¿Cómo se mueven los electrones? Velocidad de deriva

Aquí viene una sorpresa: los electrones de un cable avanzan muy despacio. Entre choque y choque con los iones de la red metálica van en zigzag, y su avance neto, opuesto al sentido convencional, se llama velocidad de deriva. Para un cable de sección A, con n electrones libres por metro cúbico, se cumple:

En esta fórmula, v es el módulo de la velocidad de deriva y e es el valor absoluto de la carga del electrón. En un cable de cobre habitual vale apenas décimas de milímetro por segundo (lo comprobarás en el problema 8).

Entonces, ¿por qué la luz se enciende al instante? Porque el cable ya está lleno de electrones: al cerrar el interruptor, el campo eléctrico se establece en todo el circuito a una velocidad comparable a la de la luz y todos los electrones empiezan a moverse casi a la vez. Es como la cadena de una bicicleta: al pedalear, todos los eslabones se ponen en marcha a la vez, aunque cada uno avance despacio.

Ampliación universitaria: intensidad instantánea y densidad de corriente

Si la corriente cambia con el tiempo, como en la corriente alterna, la fórmula I = Q/t solo da un valor medio. En los cursos universitarios se define la intensidad instantánea como la rapidez con que varía la carga que cruza la sección:

Además, la misma corriente no se reparte igual en un cable fino que en uno grueso. Por eso se usa la densidad de corriente J, la intensidad por unidad de área de la sección, que se mide en A/m²:

Si divides I = n × e × A × v entre A, obtienes una relación directa con la velocidad de deriva:

También la resistencia de un cable depende de su material y de su geometría. Para un conductor homogéneo de longitud L y sección A:

Aquí ρ es la resistividad del material; para el cobre a 20 °C, ρ ≈ 1,7 × 10⁻⁸ Ω·m.

El circuito eléctrico y cómo medir la corriente

Un circuito eléctrico es un camino cerrado por el que circula la corriente. Sus elementos básicos son:

• fuente: pila o batería que empuja a las cargas;
• conductores: cables por donde viajan;
• receptor: bombilla, motor o resistencia que aprovecha la energía;
• interruptor: abre o cierra el camino.

La intensidad se mide con un amperímetro, que se conecta en serie: abres el circuito y lo intercalas para que toda la corriente pase por él. Nunca lo conectes en paralelo con la pila ni con un componente: su resistencia es casi nula, así que provocarías un cortocircuito que podría dañarlo.

Corriente, voltaje y resistencia: la ley de Ohm

La corriente no depende solo de la pila. Depende del voltaje (V), también llamado tensión, que es el «empujón» que da la fuente, y de la resistencia (R), la oposición del material al paso de la corriente. La analogía del agua de la Tabla 4 te ayuda a no confundirlos:

Tabla 4. Analogía hidráulica de un circuito eléctrico.

Para muchos materiales, llamados óhmicos, la relación es muy simple: la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. Es la ley de Ohm:

No todos los componentes son óhmicos: en un diodo, o en el filamento de una bombilla incandescente cuya resistencia cambia con la temperatura, la relación entre voltaje y corriente no es lineal.

Corriente en serie y en paralelo

En un circuito en serie los elementos van uno detrás de otro: hay un solo camino, la corriente es la misma en todos y el voltaje de la fuente se reparte entre ellos.

En un circuito en paralelo hay ramas: todas reciben el mismo voltaje, la corriente se reparte y la suma de las corrientes de las ramas es la que sale de la fuente.

Las resistencias equivalentes se calculan así:

La Figura 4 resume ambos casos.

En tu casa los aparatos se conectan en paralelo: así cada uno recibe el mismo voltaje y, si uno se apaga o se funde, los demás siguen funcionando.

Potencia eléctrica y efecto Joule

Cuando circula corriente, la energía eléctrica se transforma en luz, movimiento o calor. La rapidez con que ocurre se llama potencia y se mide en vatios (W):

La energía consumida durante un tiempo t es:

Combinando con la ley de Ohm, la potencia disipada en una resistencia también se escribe así:

Esto explica el efecto Joule: con la misma resistencia, al duplicar la corriente el calor se multiplica por cuatro. Por eso los cables se calientan y por eso existen fusibles e interruptores automáticos.

Aplicaciones reales de la corriente eléctrica

• Iluminación: los LED funcionan con corrientes de decenas de miliamperios, de ahí su bajo consumo.
• Comunicaciones: teléfonos, routers y computadoras se basan en corrientes pequeñas y controladas.
• Transporte: trenes, tranvías y automóviles eléctricos usan motores alimentados con corriente eléctrica.
• Medicina: el electrocardiograma registra la actividad eléctrica del corazón, producida por diminutas corrientes de iones.
• Hogar: planchas, secadores y hornos aprovechan el efecto Joule para producir calor.

Errores comunes sobre la corriente eléctrica

La Tabla 5 reúne las ideas equivocadas más frecuentes y lo que realmente ocurre.

Tabla 5. Ideas equivocadas sobre la corriente eléctrica y su corrección.

Resumen: lo que debes recordar

Tabla 6. Resumen de conceptos, ideas clave y fórmulas.

Simulador de circuitos: experimenta con la corriente continua y la alterna

Hasta aquí has visto la corriente eléctrica en esquemas y fórmulas. Ahora te toca comprobarla con tus propias manos. El simulador Kit de construcción de circuitos CA – Laboratorio virtual, de PhET Interactive Simulations (Universidad de Colorado Boulder), es un pequeño laboratorio de electrónica en tu pantalla: puedes armar circuitos con baterías, fuentes de corriente alterna, resistencias, bombillas, condensadores, inductores, fusibles e interruptores.

Lo mejor es que mide por ti. Con su amperímetro y su voltímetro realistas lees la corriente y el voltaje en cualquier punto, y con la gráfica integrada ves cómo cambian en función del tiempo. Además, puedes alternar entre la vista de esquema y la vista realista. Así comparas, en el mismo circuito, la corriente continua (constante) con la alterna (que cambia de sentido), justo lo que acabas de estudiar.

Predecir antes de ver

Antes de tocar nada, escribe tu hipótesis en una libreta. Después observa el resultado y compáralo con lo que habías pensado. Equivocarte aquí es útil: es cuando más se aprende.

1. Predice: si conectas una resistencia a una batería (corriente continua), ¿cómo será la gráfica de la corriente en el tiempo? Observa y verifica si es una línea horizontal.

2. Predice: si ahora cambias la batería por una fuente de corriente alterna, ¿qué forma tendrá la gráfica? ¿Pasará por cero y se hará negativa? Observa qué significa el valor negativo en términos del sentido de la corriente.

3. Predice: si duplicas el voltaje máximo de la fuente alterna con la misma resistencia, ¿qué pasará con la corriente máxima? Comprueba tu respuesta con I = V/R.

4. Predice: con solo una resistencia en el circuito, ¿cambiará la corriente máxima si aumentas la frecuencia de la fuente? Observa y razona por qué.

Para terminar, activa la visualización de las cargas y fíjate en cómo, en alterna, se mueven hacia un lado y hacia el otro, mientras que en continua avanzan siempre en el mismo sentido.

Simulador de corriente continua (CC)

Si quieres practicar solo con corriente continua (una pila, bombillas y mediciones en serie o en paralelo), usa la versión específica de PhET: Kit de construcción de circuitos CC – Laboratorio virtual.

Enlace al simulador de CC: https://phet.colorado.edu/es/simulations/circuit-construction-kit-dc

Reto rápido: arma una pila con dos bombillas, primero en serie y luego en paralelo. Mide la corriente con el amperímetro y comprueba qué ocurre con el brillo.

8 problemas resueltos de corriente eléctrica paso a paso

Están ordenados de menor a mayor dificultad. Intenta resolver cada uno antes de leer los pasos.

Problema 1 (Nivel básico): Calcular la intensidad

Por un conductor pasan 120 C de carga en 40 s. ¿Cuál es la intensidad de la corriente?

Datos:

• Q = 120 C
• t = 40 s
• I = ?

Paso a paso:

Escribe la fórmula de la intensidad:

Sustituye los datos y calcula:

Respuesta: La intensidad es de 3 amperios.

Problema 2 (Nivel básico): Carga que circula por una linterna

Una linterna consume 0,5 A. ¿Qué carga circula por ella en 2 minutos?

Datos:

• I = 0,5 A
• t = 2 min
• Q = ?

Paso a paso:

Convierte el tiempo a segundos: 2 min = 2 × 60 s = 120 s.

Despeja la carga:

Sustituye y calcula:

Respuesta: Circulan 60 culombios.

Problema 3 (Nivel básico-intermedio): Contar electrones

Por un hilo pasa una carga de 3,2 C. ¿Cuántos electrones la forman? Usa e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

Datos:

• Q = 3,2 C
• e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C
• N = ?

Paso a paso:

Usa la relación entre carga y número de electrones:

Sustituye y calcula:

Respuesta: Pasan 2 × 10¹⁹ electrones.

Problema 4 (Nivel intermedio): Ley de Ohm

Una resistencia de 48 Ω se conecta a una batería de 12 V. ¿Qué corriente circula? Exprésala también en miliamperios.

Datos:

• V = 12 V
• R = 48 Ω
• I = ?

Paso a paso:

Aplica la ley de Ohm:

Sustituye y calcula:

Convierte a miliamperios: 0,25 A = 250 mA.

Respuesta: Circulan 0,25 A, es decir, 250 mA.

Problema 5 (Nivel intermedio): Resistencias en serie

Dos resistencias de 10 Ω y 20 Ω se conectan en serie a una pila de 9 V. Calcula la corriente y el voltaje en cada resistencia.

Datos:

• R₁ = 10 Ω
• R₂ = 20 Ω
• V = 9 V

Paso a paso:

Calcula la resistencia equivalente:

Calcula la corriente total (igual en ambas):

Voltaje en la primera resistencia:

Voltaje en la segunda resistencia:

Comprueba que los voltajes suman el de la pila:

Respuesta: La corriente es de 0,3 A; en R₁ hay 3 V y en R₂ hay 6 V.

Problema 6 (Nivel intermedio-avanzado): Resistencias en paralelo

Dos resistencias de 30 Ω y 60 Ω se conectan en paralelo a 12 V. Calcula la corriente en cada rama, la corriente total y la resistencia equivalente.

Datos:

• R₁ = 30 Ω
• R₂ = 60 Ω
• V = 12 V

Paso a paso:

Corriente en la primera rama:

Corriente en la segunda rama:

Corriente total:

Resistencia equivalente:

Comprueba con la ley de Ohm:

Respuesta: Las ramas llevan 0,4 A y 0,2 A; la corriente total es 0,6 A y la resistencia equivalente es 20 Ω.

Problema 7 (Nivel avanzado): Bombilla: corriente, resistencia y energía

Una bombilla de 60 W funciona a 120 V. Calcula la corriente que circula, su resistencia y la energía que consume en 5 horas, en kWh.

Datos:

• P = 60 W
• V = 120 V
• t = 5 h

Paso a paso:

Despeja la corriente de la potencia:

Calcula la resistencia con la ley de Ohm:

Calcula la energía en 5 horas:

Respuesta: Circulan 0,5 A, la resistencia de funcionamiento es de 240 Ω (con el filamento caliente; en frío es mucho menor) y se consumen 0,3 kWh.

Problema 8 (Nivel avanzado, universitario): Velocidad de deriva en un cable de cobre

Por un cable de cobre de 2,0 mm de diámetro circula una corriente de 10 A. Si el cobre tiene n = 8,5 × 10²⁸ electrones libres por m³, calcula la densidad de corriente y la velocidad de deriva de los electrones. Usa e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

Datos:

• I = 10 A
• Diámetro = 2,0 mm, es decir, radio r = 1,0 × 10⁻³ m
• n = 8,5 × 10²⁸ m⁻³
• e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C
• J = ?
• v = ?

Paso a paso:

Calcula el área de la sección del cable:

Calcula la densidad de corriente (intensidad por unidad de área):

Despeja la velocidad de deriva de J = n × e × v:

Sustituye los datos y calcula:

Expresada en milímetros por segundo, la velocidad es de 0,23 mm/s.

Respuesta: J ≈ 3,18 × 10⁶ A/m² y v ≈ 0,23 mm/s: ¡los electrones tardarían cerca de 70 minutos en recorrer 1 metro de cable!

Mini-quiz de autoevaluación de la corriente eléctrica

Preguntas frecuentes sobre la corriente eléctrica (errores comunes)

Actividades: practica la corriente eléctrica

Diez ejercicios progresivos: reconocer, aplicar, justificar y corregir un error. Responde primero por tu cuenta y después consulta las soluciones.

Reconocer

1. Clasifica como conductor o aislante: cobre, plástico, grafito, vidrio, aluminio y madera seca.
2. Indica si cada fuente da corriente continua (CC) o alterna (CA): pila, enchufe de la pared, panel solar y batería de un automóvil.
3. En un circuito con una pila, una bombilla y un interruptor cerrado, indica hacia dónde va el sentido convencional y hacia dónde se mueven los electrones.

Aplicar

4. Por un cable pasan 45 C en 15 s. Calcula la intensidad.
5. Un cargador entrega 0,8 A durante 5 minutos. ¿Qué carga ha circulado?
6. Un calentador de 115 Ω se conecta a 230 V. ¿Qué corriente circula?
7. Dos resistencias de 5 Ω y 15 Ω están en serie con una fuente de 10 V. Calcula la corriente y el voltaje en cada una.
8. Un secador de 1200 W funciona a 120 V. Calcula la corriente que consume y la energía en kWh que gasta en 15 minutos.

Justificar

9. En una casa, las lámparas se conectan en paralelo. Explica por qué, si una se funde, las demás siguen encendidas.

Corregir un error

10. Un estudiante calcula la corriente que resulta de 6 C en 3 s así: I = Q × t = 6 × 3 = 18 A. Explica qué hizo mal y corrige el resultado.

Respuestas de las actividades

Reto STEAM: auditoría eléctrica de tu hogar

Convierte lo aprendido en un mini-proyecto de aprendizaje basado en proyectos (ABP). Puedes hacerlo solo o en equipo, durante una semana:

1. Investiga (ciencia): elige cuatro aparatos de tu casa y anota la potencia y el voltaje que indica su etiqueta.
2. Calcula (matemáticas): halla la corriente de cada aparato con I = P/V y la energía que consume en un día de uso típico, en kWh.
3. Diseña (ingeniería y tecnología): decide qué aparatos podrían compartir una misma regleta sin superar la corriente máxima que esta indica, y justifica tu elección.
4. Comunica (arte): crea una infografía o un cartel con tus resultados y tus consejos de seguridad eléctrica.

Evaluación: compara tu estimación mensual con el consumo que aparece en tu factura de electricidad y explica las diferencias. Seguridad: trabaja solo con los datos de las etiquetas; no abras aparatos ni midas corriente en la instalación de tu casa.

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