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EF VII: El amperio. Cómo se mide la intensidad de la corriente eléctrica

En EF VI estudiamos la corriente eléctrica y el sentido en que se mueven los electrones en el cable. Aquí veremos cómo se mide la intensidad de la corriente y las unidades que se usan para ello.

¡Llegó la hora de hablar sobre el amperio!

Multímetro analógico vintage para medir intensidad eléctrica amperios y voltios

¿Qué es un amperio?

A finales del s. xviii nació en Lyon, Francia, el físico y matemático André-Marie Ampère. Hijo de un juez apresado y ejecutado en la Revolución francesa, Ampère fue conocido por inventar el primer telégrafo eléctrico y formular la teoría del electromagnetismo.

Pues bien, en honor de Ampère la unidad de intensidad de corriente eléctrica del Sistema Internacional de Unidades (SI) se llamó amperio.

Grabado de André-Marie Ampére en 1825
Grabado del físico y matemático francés André-Marie Ampère de 1825

Qué miden los amperios

El amperio, identificado por el símbolo A, es una unidad de flujo eléctrico. Nos dice cuántos electrones pasan por un cable en un tiempo dado. Por ejemplo, si una corriente eléctrica es de 1 A de intensidad (un amperio), significa que en un segundo pasan 6.28 trillones de electrones por el conductor (un culombio).

El culombio es la unidad de carga eléctrica del SI. Equivale a 6.28 trillones de electrones, esto es: 1 C = 6.28 × 1018 electrones = 6 280 000 000 000 000 000 electrones.

Pero ¿esos son muchos o pocos electrones? ¿Cuán grande es un amperio? Como ejemplo llano, si una vivienda que tenga 4600 W de potencia contratada, la intensidad máxima de la corriente será de unos 20 A.

Múltiplos y submúltiplos del amperio

Algunos aparatos eléctricos y, sobre todo, muchos dispositivos electrónicos operan con corrientes inferiores a un amperio. De ahí usar un submúltiplo del amperio para medir intensidades pequeñas: el miliamperio (símbolo: mA).

1 amperio equivale a 1000 miliamperios:

1 A = 1000 mA

1 miliamperio equivale a 0.001 amperios:

1 mA = 1/1000 A

En electrónica también se usa otro submúltiplo: el microamperio (µA), que equivale a la millonésima parte de un amperio. ¿Y los múltiplos del amperio? Son el kiloamperio (1000 A) y el megamperio (1 000 000 A), pero no se usan en entornos domésticos.

¿Cómo se mide la corriente eléctrica?

La corriente eléctrica se mide con un amperímetro. Este dispositivo puede ser analógico (con aguja) o digital, si indica la corriente en una pantalla electrónica de cristal líquido (LCD). Los primeros —los únicos que existían antaño— hoy están en desuso.

Amperímetro eléctrico analógico mide una corriente de 32 A
La aguja de este amperímetro analógico indica que la corriente tiene 32 A de intensidad

Para medir la corriente eléctrica que circula por un cable, hay que desconectar un extremo del cable y desviar el flujo de electrones por el amperímetro. ¿Por qué? Por una razón muy sencilla: si el aparato ha de contar los electrones, estos deben pasar por su interior.

Quizás nos ayude imaginar el desvío temporal del tráfico por obras en una autopista para comprender qué ocurre en el amperímetro. Todos y cada uno de los coches se desvían en nuestro ejemplo por una ruta alternativa. ¿Y si en ese tramo de vía ponemos un contador de vehículos? ¡Así es como funciona un amperímetro!

El amperímetro se conecta en serie

Del ejemplo anterior se sigue que amperímetro se conecta en serie. Tal que así:

Amperímetro en un circuito eléctrico midiendo la corriente eléctrica
Figura 1. Circuito eléctrico con un amperímetro analógico conectado en serie

Los electrones salen de la pila por el polo negativo (-) y viajan por el cable negro hasta el amperímetro (Fig. 1). Después de recorrer su interior siguen su ruta por el cable rojo. Acto seguido pasan por el interruptor y alcanzan la bombilla. Acaban, por último, en el polo positivo de la pila (+).

Como en un circuito de Fórmula 1, la corriente eléctrica viaja en sentido circular. La intensidad, es decir, la cantidad de electrones que pasan por un tramo del circuito en un tiempo dado, siempre es la misma. Más adelante veremos que esa es una propiedad de los circuitos en serie. Estos circuitos se llaman así porque cada elemento se conecta a continuación de otro.

De modo que todos los electrones han de circular por cada elemento del circuito, incluido el amperímetro. Gracias a ello es posible medir la intensidad de una corriente eléctrica. Vale la pena hacer hincapié en este punto. El circuito del ejemplo solo ofrece una ruta a los electrones: si se rompe en cualquier punto, se interrumpe la corriente.

¿Qué es un multímetro o polímetro?

La herramienta que hoy usan para medir amperios tanto los estudiantes de electricidad como los técnicos es el polímetro o multímetro digital. Este instrumento permite tomar distintos tipos de medidas eléctricas: de ahí su nombre.

El polímetro más sencillo tiene este aspecto:

Multímetro digital para medir voltaje, corriente eléctrica y resistencia
Multímetro digital básico para medir amperios, voltios y ohmios (corriente, voltaje y resistencia)

El multímetro tiene un selector giratorio en el centro que permite escoger qué se desea medir. En nuestro caso nos interesa medir amperios. Así que hemos de buscar el símbolo A. En este modelo en particular, el símbolo se encuentra en el lado derecho.

¡Hagamos un inciso! En la esquina inferior derecha del polímetro encontramos un conector adicional, justo sobre el cable rojo. Junto a él una advertencia reza: 10 A, sin fusible, máximo 10 s cada 15 min. (El aviso suele venir en inglés).

¿De qué nos advierte el misterioso mensaje del multímetro? De lo siguiente:

  1. No debemos medir corrientes superiores a 10 A.
  2. No existe un fusible de protección.
  3. No se ha de medir en un periodo de un cuarto de hora más de 10 s.

Pues bien, esas advertencias se refieren a ese conector y, por tanto, si se conecta el cable rojo en él hay que tener presentes las limitaciones. Pero ¿y si usamos el otro conector? En tal caso las restricciones son aún mayores: la corriente máxima medible es de 200 mA.

¿A qué viene este rollo? ¡Calma! Todo tiene una explicación.

Cómo medir intensidad eléctrica sin quemar el multímetro

De vuelta al símil de la autopista: ¿qué pasa cuando el tráfico se desvía por una ruta alternativa? Pongamos por caso que la autovía tiene tres carriles para cada sentido y el desvío provisional solo dos. Has acertado: el cuello de botella es la causa del temido atasco.

Como los electrones viajan por el interior del multímetro, con la electricidad pasa algo parecido. Si el grosor del cable no está preparado para soportar la carga de electrones, echa el freno, Magdaleno... Porque de este aprieto el amperímetro se quemará por calor, se interrumpirá el flujo de electrones... ¡y tú te quedas con un poco hermoso pisapapeles!

La moraleja de esta historia es que el circuito impreso de un multímetro no está preparado para soportar grandes corriente eléctricas. Como el puente colgante que cruza un río y soporta un número limitado de personas, también hay un límite para los electrones que puede circular por un polímetro.

Personas cruzan un río por un puente colgante de bambú
El número de personas que pueden cruzar a la vez el río por un puente colgante es limitado.

En conclusión: nunca midas intensidades superiores a las indicadas por el polímetro para evitar quemarlo (o fundir su fusible). De todos modos, no se aprende electricidad sin quemar algún fusible o polímetro de cuando en vez. ¡Así que nada de tener miedo al amperio!

Acabo con la definición de amperio:

Amperio

Unidad fundamental de medida del Sistema Internacional de Unidades de la intensidad de la corriente eléctrica equivalente a un culombio por segundo.

Apuntes adicionales: el efecto motor y la ley de Ampère

Aunque André-Marie Ampère no cursó estudios reglados, tuvo la suerte de contar con una amplia biblioteca en su propia casa. Tras su educación autodidacta trabajó de profesor en la École polytechnique de París. Y a partir de 1809 ejerció como catedrático de física en esa misma escuela.

Pues bien, el taladro percutor —la más útil herramienta eléctrica de bricolaje— no sería posible sin el efecto motor. El efecto motor es uno de tantos descubrimientos del matemático y físico francés Ampère.

El científico escocés James Clerk Maxwell, quien formuló la teoría clásica de la radiación electromagnética, consideró la ley de Ampère uno de los grandes logros de la ciencia. La ley, enunciada en 1831, relaciona un campo magnético estático con su causa: una corriente eléctrica estacionaria. Es la ley que describe la acción mecánica entre corrientes eléctricas.

Pero, en palabras más sencillas, ¿qué dice la ley de Ampère? ¿Qué es el efecto motor?

Lo que Ampère descubrió es que dos cables se atraen o se repelen cuando por ellos circula una corriente eléctrica. Se basó en el trabajo de Hans Cristian Ørsted, quien, aparte de hallar el campo magnético generado alrededor de un cable por la corriente eléctrica, aisló el aluminio.

Así, dados dos cables en paralelo:

  • si los electrones fluyen en el mismo sentido en ambos cables, los cables se atraen;
  • pero si la corriente fluye en sentidos opuestos, los cables se repelen.

Como si fuese un imán, Ampère observó que un cable que conduce una corriente eléctrica se mueve si se encuentra en el seno de un campo magnético. Lo que su ley establece es que la acción mecánica entre los cables es directamente proporcional al largo de los cables y a la intensidad de las corrientes.

En suma, el descubrimiento del efecto motor fue primordial para la industria; no en vano, posibilitó la invención del motor eléctrico:

Torno eléctrico para mecanizado de metales Weiler Condor 81
Torno eléctrico para metales. El efecto motor es cardinal para la industria, pues su alma es el motor eléctrico.

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