Antes de inspeccionar con corrientes de Eddy hay que entender qué es una corriente. Explora modelos animados del átomo, compara materiales, experimenta con cargas, observa un circuito y comprueba la ley de Ohm. Al final, relaciona lo aprendido con una inspección por corrientes de Eddy.
⚛️ Átomo y electrones libres⚡ Carga y voltaje➰ CorrienteΩ Resistencia💡 Circuitos🔥 Potencia
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El átomo y los electrones libres
La materia está formada por átomos: un núcleo con protones y neutrones, rodeado por electrones. Su estructura electrónica ayuda a explicar la conducción eléctrica.
A. El átomo por dentro
Arrastra un electrón para intentar arrancarlo del átomo. Los del anillo naranja son los de la capa externa.
Representación simplificada por capas, no una imagen de órbitas reales. La fuerza del "tirón" sigue la energía de ionización real de cada elemento.
Elemento seleccionado
Cobre
Electrones por capa frente al máximo que admite cada una (2, 8, 18, 32…). Modelo por capas: los electrones no siguen órbitas definidas y el octeto es una regla aproximada.
Energía para quitar el electrón externo7.7 eV
0 eV · fácil de liberarmuy ligado · 22 eV
B. Muchos átomos juntos: ¿quién tiene electrones libres?
Animación cualitativa inspirada en el modelo de Drude: representa movimiento aleatorio, dispersión y deriva neta. Los tamaños, trayectorias y velocidades no están a escala. Los valores de conductividad son aproximaciones para materiales y condiciones indicados.
Electrones libres por átomo1
Conductividad a esta temperatura
Corriente: cruces netos por la línea central
Idea clave: en un metal existen electrones de conducción que pueden desplazarse a través de la estructura cristalina. Al establecer un campo eléctrico en un circuito cerrado aparece una corriente neta. En un aislante ideal no hay conducción apreciable, aunque pueden existir polarización y pequeñas corrientes de fuga.
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Conductores, semiconductores y aislantes
La conductividad depende de la estructura electrónica y de la movilidad de los portadores de carga; no solo de cuántos electrones estén disponibles. Sus valores pueden variar enormemente entre materiales.
Idea clave: la plata conduce mejor, el cobre después. Un material que no deja moverse a sus electrones es un aislante o dieléctrico (vidrio, hule, mica, aire); y puede sostener una separación de cargas o polarizarse. En corrientes de Eddy la conductividad se expresa muchas veces en %IACS: el cobre recocido puro es el 100 % (58 MS/m).
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Carga eléctrica y el coulomb
Al frotar dos materiales puede producirse una transferencia de electrones: uno adquiere exceso de carga negativa y el otro queda con carga neta positiva. Los protones permanecen ligados a los núcleos.
A. Practica: la carga eléctrica
También puedes tocar un electrón para quitarlo o tocar la órbita vacía para agregar uno. En este ejercicio se agregan o retiran electrones; los protones permanecen en el núcleo.
Protones (+)
Electrones (−)
Carga del átomo
¿Qué hacen estas dos cargas?
Responde y mira qué pasa. Este reto utiliza cargas puntuales ideales. En objetos reales, un cuerpo neutro puede ser atraído por uno cargado debido a la polarización.
Aciertos0
Racha0
Acciones del técnico (cada una transfiere electrones a su cuerpo)
Control ESD
El cuerpo humano se comporta como un condensador de unos 150 pF: V = q / C. Con solo 15 nC (unos 9.4×1010 electrones) el técnico ya está a 100 V, suficiente para dañar componentes sensibles. 1 nC son 6 240 millones de electrones.
Carga del técnico q
Electrones de más
Voltaje (medidor de estática)
B. Ley de Coulomb: arrastra las cargas
F = k · q1 · q2 / r2 k = 8.99 × 109 N·m²/C²
Distancia r
Fuerza sobre cada carga
C. Reto: hockey eléctrico
Nivel 1
El disco tiene carga positiva. Toca la cancha para colocar cargas fijas y lleva el disco a la portería sin chocar con las paredes. Toca una carga para quitarla. Máximo 8 cargas.
Colocar:
Las cargas + empujan al disco y las − lo jalan, con una fuerza que cae con el cuadrado de la distancia (ley de Coulomb). Las cargas cercanas mandan.
Espacio para video LLOGDemostración real: limpiar una pieza y pasar la sonda ET sobre aluminio y sobre plástico.
¿Cuántos electrones son un coulomb?
Carga q
Equivale a
q = n × ee = 1.602 × 10−19 C
1 coulomb (C) es la carga de 6.24 × 1018 electrones. Su símbolo es q. Los electrones tienen carga negativa (la misma polaridad que adquiere el hule frotado) y los protones carga positiva (la del vidrio frotado). Cargas opuestas se atraen; cargas iguales se repelen.
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Diferencia de potencial: el volt
Una carga tiene el potencial de hacer trabajo: mover otras cargas. Para que los electrones se muevan en una dirección hace falta una diferencia de potencial entre dos puntos.
Lo que debes ver: las cargas negativas repelen electrones y las positivas los atraen. La magnitud de la carga (C) no es una diferencia de potencial (V). Dos placas con igual carga no necesariamente tienen igual potencial; esto depende de su geometría y del entorno. Usa el dibujo para explorar fuerzas, no para medir voltaje.
El volt
La definición, término por término
V=Wqvoltaje = energía que recibe cada coulomb
V
Diferencia de potencial, en volts (V). Dice cuánta energía gana o pierde cada coulomb de carga al pasar de un punto al otro. Siempre se mide entre dos puntos, por eso el multímetro usa dos puntas.
W
Trabajo o energía, en joules (J). Para darte una idea: 1 J es aproximadamente lo que cuesta levantar 100 g (una barra de jabón) 1 metro.
q
Carga que se traslada, en coulombs (C). 1 C son 6.24 × 10¹⁸ electrones (módulo 3).
Por eso 1 V = 1 J / C: entre dos puntos hay 1 volt cuando cada coulomb que pasa gana o pierde 1 joule. Una pila AA de 1.5 V le entrega 1.5 J a cada coulomb que la atraviesa; una batería de 12 V, 12 J.
Despejando: si conoces el voltaje y cuánta carga se movió, multiplicas y obtienes la energía: W = q × V.
Trabajo
En unidades inglesas
Electrones movidos
Una diferencia de potencial de 1 V corresponde a 1 J de cambio de energía por cada 1 C de carga trasladada. El trabajo externo requerido depende del sentido del movimiento y del campo. Al voltaje también se le llama tensión o fuerza electromotriz (E, FEM).
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Carga en movimiento: la corriente
Cuando una diferencia de potencial empuja a los electrones libres, la carga en movimiento es la corriente eléctrica. Se mide en amperes (A).
Electrones que cruzan P1 (por s, simulado)0
Electrones que cruzan P2 (por s, simulado)0
Los iones de cobre (naranja) se quedan en su lugar; los electrones libres (azul) se agitan al azar y, con voltaje, avanzan poco a poco de − a +. El avance está exagerado millones de veces para que se vea.
La definición, término por término
I=qtcorriente = carga que cruza una sección ÷ tiempo
I
Corriente, en amperes (A). Es un ritmo: cuánta carga pasa por un punto del conductor cada segundo. No es cuánta carga hay en el alambre.
q
Carga que atravesó la sección, en coulombs (C). Como cada electrón lleva 1.602×10⁻¹⁹ C, un coulomb son 6.24×10¹⁸ electrones (módulo 3).
t
Tiempo en que esa carga cruzó, en segundos.
De dónde salen los números: cuenta los electrones que cruzan una sección en un segundo
Eso es todo lo que hace un amperímetro: mide la carga que pasa por segundo y la muestra ya dividida, en amperes. El valor 6.24 × 10¹⁸ no es una medición: es cuántos electrones caben en 1 C, porque cada uno lleva 1.602 × 10⁻¹⁹ C (módulo 3). «1 A = 1 C/s» es la definición de la unidad.
Observa: en régimen estacionario, la corriente es la misma en cualquier sección de un mismo conductor en serie: la carga no se acumula en ningún punto. Por eso lo que cruza P1 es lo mismo que cruza P2 (los conteos de la animación fluctúan; el promedio coincide). Con la misma resistencia, más voltaje produce más corriente; sin diferencia de potencial no hay corriente. Su símbolo es I (intensidad).
Carrera: la señal contra el electrón
Velocidad del reloj
Al cerrar, el frente de la señal se muestra en cámara lenta (los 5 ns que tarda en 1 m se estiran a un segundo). Después el reloj corre a la velocidad elegida y el electrón marcado avanza a su velocidad de deriva real; la lupa lo amplía.
Corriente en el cable
Calibre del cable de cobre
Velocidad de deriva del electrón
Tiempo del electrón en 1 m
Tiempo de la señal en 1 m≈ 5 ns
Veces que la señal es más rápida que el electrón
Idea clave: al cerrar el circuito, el empuje (el campo eléctrico) recorre el cable a una fracción grande de la velocidad de la luz, unos 2 × 108 m/s; por eso el foco enciende "al instante". Pero cada electrón avanza solo fracciones de milímetro por segundo. El electrón que sale del alambre por el extremo + no es el mismo que entró por el extremo −: todos son iguales y se empujan entre sí.
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Resistencia y conductancia
En un conductor real, la resistencia limita la corriente y puede provocar disipación de energía en forma de calor. Se mide en ohmios (Ω). Esta propiedad depende del material y de la geometría de la pieza: resistencia (R, en ohms Ω).
Material
Diámetro
Longitud
R=ρ·L/A
R
Resistencia de esta pieza, en ohms (Ω). Es lo que lee el óhmetro.
ρ
Resistividad: propiedad del material, en Ω·m. Su inversa es la conductividad σ (y el %IACS).
L
Longitud del camino, en m: el doble de largo, el doble de R.
A
Área de la sección, en m²: para alambre redondo A = π·d²/4, así que el doble de diámetro es 4 veces el área y R ÷ 4.
Resistencia R (lo que mide el óhmetro)
Conductancia G = 1/R
Material: %IACS
Cambia una cosa a la vez y observa cuánto cambia R.
Duplica la longitud: ¿qué le pasa a R?
Duplica el diámetro: ¿qué le pasa a R?
Cambia de cobre a acero inoxidable con el mismo alambre
¿Cuál alambre tiene más resistencia?
Piensa antes de medir: más largo → más resistencia; más grueso → menos; material menos conductor → más.
Aciertos0
Llegó un alambre sin etiqueta. ¿De qué metal es?
Mide su resistencia y despeja la resistividad: ρ = R × A / L. Luego compara con la tabla: %IACS = 172.41 / ρ (ρ en µΩ·cm). En una medición de resistencia de una probeta uniforme puede estimarse la resistividad. Un medidor de conductividad por corrientes de Eddy trabaja por inducción y requiere condiciones y referencias de medición adecuadas.
Longitud L
Área A
R medida—
No confundas: la resistencia R y la conductancia G son de la pieza (dependen del largo y del grosor). La resistividad ρ y la conductividad σ (o %IACS) son del material. En corrientes de Eddy, la conductividad puede ayudar a diferenciar materiales bajo condiciones controladas. La identificación de una aleación no es necesariamente inequívoca y la geometría, el espesor, la temperatura y la proximidad de la sonda pueden afectar la lectura.
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El circuito cerrado
Un circuito es un camino para la corriente. Juega con él: abre el interruptor, corta un cable, quita el foco o cambia a corriente alterna.
Puedes tocar directamente el interruptor, el cable de abajo o el foco.
Elementos de este circuito de práctica
Una fuente de diferencia de potencial
Un camino completo de ida y vuelta a la fuente
Una carga o resistencia que controle la corriente; sin ella puede producirse un cortocircuito
Voltaje E1.5 V
Resistencia total R300 Ω
Corriente I5 mA
Importante: lo que se mueve es la corriente, no el voltaje. Los electrones salen de la terminal − y regresan a la +; la reacción química de la pila sigue separando cargas para mantener la diferencia de potencial. Por convención los diagramas dibujan la corriente de + a −: es el mismo fenómeno visto al revés.
Espacio para foto LLOGCircuito real: pila, interruptor y foco en tablero de prácticas.
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La ley de Ohm
La corriente depende de dos cosas: el voltaje que empuja y la resistencia que se opone. Si conoces dos, calculas la tercera. Aquí la resistencia es la de una bobina de sonda.
Toca lo que quieres calcular
Tapa la letra en el triángulo: lo que queda es la fórmula. Lo de arriba se divide entre lo de abajo; los dos de abajo se multiplican.
Resultado
¿Y en corrientes de Eddy?
En corriente alterna, la bobina no solo se opone con su resistencia R: se opone con su impedancia Z, que también se mide en ohms. La ley de Ohm queda E = I · Z, y es la base del plano de impedancia que verás en los siguientes capítulos.
Las corrientes de Eddy dentro de la pieza también obedecen a Ohm: a mayor conductividad (más %IACS, módulo 2) el material se opone menos y circula más corriente inducida.
Voltaje con escala fija de 0 a 12 V, el orden de lo que un equipo aplica a una bobina. La escala de corriente funciona como el rango de un multímetro: cuando la corriente no cabe, cambia a un rango mayor o menor y lo indica arriba a la izquierda. Con resistencia fija la relación es una recta; las rectas tenues son R/2 y 2R.
Reto rápido
Resuelve 3 retos para ganar la insignia. En los cálculos se acepta un error de ±2 %.
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Potencia y calor en la resistencia
La potencia es el trabajo eléctrico por segundo. Se mide en watts (W): 1 W es el trabajo de mover 1 C por segundo con 1 V de diferencia.
Corriente I = E/R
P = E × I
P = I² × R
P = E² / R
P = E·I = I²·R = E² / R
Las tres fórmulas siempre dan el mismo resultado: las dos últimas salen de combinar P = E·I con la ley de Ohm.
Energía (joules)
Calor (calorías)
Energía (kWh)
Idea clave: todo lo que la resistencia disipa como calor lo tiene que entregar la fuente. Con el voltaje fijo, menos resistencia = más potencia (por eso el tostador de 24 Ω calienta más que el foco de 144 Ω). 1 J = 0.239 cal.
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¿Por qué importa esto en corrientes de Eddy?
Las corrientes de Eddy son corrientes inducidas por un campo magnético variable dentro de un material conductor. Su distribución depende de la frecuencia, la conductividad, la permeabilidad, la geometría y la sonda.
Profundidad de la grieta:
Arrastra la bobina (la sonda) sobre la pieza, como lo haría el inspector. La figura es esquemática: la mayor sensibilidad suele concentrarse cerca de la sonda, pero el campo y las corrientes inducidas no terminan exactamente en el borde de la bobina.
Fuente: una corriente alterna en la bobina genera un campo magnético variable, que induce un campo eléctrico en el conductor.
Camino cerrado: el propio metal; la corriente gira en lazos bajo la bobina.
Resistencia: la del material. la conductividad afecta la distribución de las corrientes inducidas y la respuesta de la sonda; la relación no es universalmente proporcional.
Una grieta que intersecta las trayectorias de corriente puede alterar su circulación: las corrientes se redistribuyen alrededor de la discontinuidad y modifican el campo de reacción. El instrumento puede registrar un cambio de impedancia, siempre que la configuración y la sensibilidad de la inspección lo permitan.
Visualización cualitativa. La forma real de la señal en el plano de impedancia, la profundidad de penetración y el efecto de la frecuencia los verás en los capítulos 7 y 10.
★
Examen final del capítulo 1
12 preguntas. Con 80 % o más obtienes la insignia de Teoría eléctrica.
Tus insignias
Ideas clave del capítulo
Repaso rápido: las palabras y fórmulas que debes dominar antes de pasar al capítulo 2.
1. El átomo
Átomo: núcleo (protones y neutrones) rodeado de electrones en capas.
Electrón de valencia: el de la capa externa; en los metales está poco sujeto.
Electrón libre: se mueve por la red del metal; es el portador de la corriente.
Energía de ionización: energía para arrancar un electrón, en electronvolts (eV).
2. Materiales
Conductor: metal con muchos electrones libres: plata, cobre, aluminio.
Aislante o dieléctrico: casi no conduce: vidrio, hule, aire.
Semiconductor: conduce poco; depende de la temperatura y de las impurezas.
%IACS: conductividad comparada con el cobre recocido (100 % = 58 MS/m).
3. Carga
Carga eléctrica (q): se mide en coulombs (C); 1 C = 6.24 × 10¹⁸ electrones.
Atracción y repulsión: cargas opuestas se atraen, iguales se repelen.
Ley de Coulomb: la fuerza baja con el cuadrado de la distancia (1/r²).
ESD: descarga electrostática; la pulsera a tierra protege la electrónica.
4. Voltaje
Diferencia de potencial (V): energía por cada coulomb, en volts: 1 V = 1 J/C.
Siempre entre dos puntos: por eso el multímetro usa dos puntas.
Trabajo: W = q × V, en joules (J).
5. Corriente
Corriente (I): carga que cruza una sección por segundo: I = q/t; 1 A = 1 C/s.
Velocidad de deriva: cada electrón avanza muy lento (fracciones de mm/s).
La señal: el campo recorre el cable casi a la velocidad de la luz; por eso el foco enciende al instante.
6. Resistencia
Resistencia (R): oposición de una pieza a la corriente, en ohms (Ω).
R = ρ · L / A: más largo, más R; más grueso, menos R; depende del material.
Resistividad (ρ) y conductividad (σ): propiedades del material; σ = 1/ρ.
Conductancia (G): G = 1/R, en siemens (S).
7. Circuito
Circuito cerrado: fuente, camino de ida y vuelta y una carga.
Circuito abierto: sin camino completo no hay corriente.
Cortocircuito: sin carga: solo limitan el cable y la pila; la corriente se dispara y todo se calienta.
Sentido: los electrones van de − a +; la corriente convencional se dibuja de + a −.
8. Ley de Ohm
E = I × R: con dos valores calculas el tercero.
Bobina de la sonda: revisarla con el multímetro: nominal = sana, OL = abierta, muy por debajo del nominal = espiras en corto.
Impedancia (Z): en corriente alterna la bobina se opone con Z: E = I × Z.
9. Potencia
Potencia (P): P = E × I = I² × R = E² / R, en watts (W).
Calor: todo lo que disipa la resistencia lo entrega la fuente.
Energía: potencia por tiempo: joules o kWh.
10. Corrientes de Eddy
Corrientes inducidas: una bobina con corriente alterna induce corrientes en lazos dentro del metal.
Conductividad: más %IACS, más corriente inducida.
Discontinuidad: una grieta interrumpe los lazos y cambia la impedancia de la bobina.
Plano de impedancia: donde el equipo (por ejemplo, un FOERSTER TCM) muestra ese cambio.