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EL
CIRCUITO ELÉCTRICO
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El circuito eléctrico es el recorrido
preestablecido por por el que se desplazan las cargas eléctricas.
Circuito
elemental
Las cargas eléctrica que constituyen una corriente
eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que
tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de
potencial, llamada también voltaje o tensión entre los extremos
de un conductor, se necesita un dispositivo llamado generador
(pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un
extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un
conductor constituye una corriente eléctrica.
Si quieres ver los componentes de un circuito
eléctrico elemental pincha aquí.
Se distinguen dos tipos de corrientes:
Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma
cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es
invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a
través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como corriente
continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada por una pila o batería.
Este tipo de corriente es muy utilizada en los
aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente
pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya
que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.
Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un
sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en
forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la
corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce
en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC.
Este tipo de corriente es la que nos llega a
nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos
y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede
ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en
eléctrica.
El mecanismo que lo constituye es un elemento
giratorio llamado rotor, accionado por una turbina el cual al girar en el
interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminales de salida un
determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente
alterna (a).
Pilas y baterías:
Las pilas y las baterías son un tipo de
generadores que se utilizan como fuentes de electricidad.
Las baterías, por medio de una reacción química producen, en su terminal
negativo, una gran cantidad de electrones (que tienen carga negativa) y en su
terminal positivo se produce una gran ausencia de electrones (lo que causa que
este terminal sea de carga positiva).
Ahora si esta batería alimenta un circuito cualquiera, hará que por éste
circule una corriente de electrones que saldrán del terminal negativo de la
batería, (debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los
electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal
positivo donde hay un carencia de electrones, pasando a través del circuito al
que está conectado. De esta manera se produce la corriente eléctrica.
Fuerza electromotriz de un generador:
Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la
energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre
corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de
potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha
fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de
un circuito cerrado.
A. Circuito
eléctrico abierto (sin carga o resistencia). Por tanto, no se establece
la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la batería en
este caso). B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia
acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de
corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente
de FEM o batería.
Resumiendo, un generador se caracteriza por su
fuerza electromotriz, fem, que es la energía que proporciona a la unidad de
carga que circula por el conductor.
Fuerza
electromotriz =
energía/Carga
fem= E/Q
La unidad de fuerza electromotriz en el SI es el voltio
(V): 1 voltio = 1 julio / 1 culombio
Voltímetro:
La ddp y la fem se pueden medir conectando un
voltímetro entre dos puntos de un circuito o entre los terminales de un
generador. El voltímetro siempre se conecta en paralelo. La escala de un
voltímetro viene expresada en voltios.
Para efectuar la medida de la diferencia de
potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación
sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a
que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a
fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida
errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los
efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas
de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de
corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el
desplazamiento de la aguja indicadora.
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En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la
función del voltímetro presentando unas características de aislamiento
bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento.
En la Figura se puede observar la conexión
de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que
queremos medir su diferencia de potencial.
En algunos casos, para permitir la medida de
tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos
del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les
dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro,
de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total.
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Conexión de un voltímetro en un circuito
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Asociación de pilas:
Asociación
De Pilas En Serie
Las pilas
pueden conectarse en serie cualesquiera que sean las fuerzas electromotrices y
la máxima corriente que cada una de ellas pueda suministrar. Evidentemente, al
conectarlas en serie, las fuerzas electromotrices se suman, así como sus
resistencias internas. Se puede notar que la pila equivalente al conjunto de
las n pilas resulta con una f.e.m. mayor, pero, con una resistencia interna
mayor, lo cual empeora la situación en este punto. Se debe considerar,
además, la corriente máxima que puede suministrar cada una de ellas. La
asociación serie sólo podrá suministrar la corriente de la pila que menos
corriente es capaz suministrar.
pilas en
serie
Asociación De Pilas En Paralelo
Al conectar
pilas en paralelo debe tenerse en cuenta que sean todas de la misma f.e.m., ya
que, en caso contrario, fluiría corriente de la de más f.e.m. a la de menos,
disipándose potencia en forma de calor en las resistencias internas,
agotándolas rápidamente. Si todas ellas son del mismo voltaje el conjunto
equivale a una sola pila de la misma tensión, pero con menor resistencia
interna. Además, la corriente total que puede suministrar el conjunto es la
suma de las corrientes de cada una de ellas, por concurrir en un nudo. La
asociación en paralelo por tanto, podrá dar más corriente que una sola pila, o,
dando la misma corriente, tardará más en descargarse.
pilas en paralelo
Si deseas obtener más información sobre la
asociación de pilas pincha aquí.
La intensidad del flujo de los electrones de una
corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende
fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia
(R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado
al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la
cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación
con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los
electrones.
Por tanto, definimos la intensidad de corriente
eléctrica, I, como la cantidad de carga eléctrica que circula por una
sección de un conductor en la unidad de tiempo.
Intensidad =
carga/tiempo I= Q/t
Analogía
hidráulica. El tubo del depósito "A", al tener un
diámetro reducido, ofrece más resistencia a la salida del líquido que el tubo
del tanque "B", que tiene mayor diámetro. Por tanto, el caudal o
cantidad de agua que sale por el tubo "B" será mayor que la que sale
por el tubo "A".
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Mediante la representación de una analogía hidráulica se puede
entender mejor este concepto. Si tenemos dos depósitos de líquido de igual
capacidad, situados a una misma altura, el caudal de salida de líquido del
depósito que tiene el tubo de salida de menos diámetro será menor que el
caudal que proporciona otro depósito con un tubo de salida de más ancho o
diámetro, pues este último ofrece menos resistencia a la salida del líquido.
De la misma forma, una carga o consumidor que posea una resistencia de un valor alto en ohm, provocará que la circulación de los electrones se dificulte igual que lo hace el tubo de menor diámetro en la analogía hidráulica, mientras que otro consumidor con menor resistencia (caso del tubo de mayor diámetro) dejará pasar mayor cantidad de electrones. La diferencia en la cantidad de líquido que sale por los tubos de los dos tanques del ejemplo, se asemeja a la mayor o menor cantidad de electrones que pueden circular por un circuito eléctrico cuando se encuentra con la resistencia que ofrece la carga o consumidor. La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra ( I ) y su unidad de medida en el Sistema Internacional ( SI ) es el amper (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra ( A ). |
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EL AMPER De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente eléctrica en amper ( A ) que circula por un circuito está estrechamente relacionada con el voltaje o tensión ( V ) y la resistencia en ohm (  ) de la carga o consumidor
conectado al circuito.Definición del amper Un amper ( 1 A ) se define como la corriente que produce una tensión de un volt ( 1 V ), cuando se aplica a una resistencia de un ohm ( 1 ).Un amper equivale una carga eléctrica de un coulomb por segundo ( 1C/seg ) circulando por un circuito eléctrico, o lo que es igual, 6 300 000 000 000 000 000 = ( 6,3 · 1017 ) (seis mil trescientos billones) de electrones por segundo fluyendo por el conductor de dicho circuito. Por tanto, la intensidad ( I ) de una corriente eléctrica equivale a la cantidad de carga eléctrica ( Q ) en coulomb que fluye por un circuito cerrado en una unidad de tiempo. Los submúltiplos más utilizados del amper son los siguientes: miliamper ( mA ) = 10-3 A = 0,001 amper microamper ( mA ) = 10-6 A = 0, 000 000 1 amper |
El amperímetro:
La medición
de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un
amperímetro o un miliamperímetro, según sea el caso, conectado en serie en el
propio circuito eléctrico. Para medir amper se emplea el
"amperímetro" y para medir milésimas de amper se emplea el
miliamperímetro.
La intensidad de circulación de corriente eléctrica
por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en
serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un
amperímetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede
utilizar también un multímetro que mida miliamper (mA).
El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por circuitos eléctricos de fuerza en la industria, o en las redes eléctricas doméstica, mientras que los submúltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrónicos.
El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por circuitos eléctricos de fuerza en la industria, o en las redes eléctricas doméstica, mientras que los submúltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrónicos.
La resistencia de un material es una medida
que indica la facilidad con que una corriente eléctrica puede fluir a través de
él.
La resistencia de un conductor es directamente
proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección y varía con
la temperatura.
Símbolos
eléctricos
Medida de la resistencia. Ley de Ohm.
La resistencia de un conductor es el
cociente entre la diferencia de potencial o voltaje que se le aplica y la
intensidad de corriente que lo atraviesa
R= Va-Vb /I. Es la expresión
matemática de la ley de Ohm.
La unidad de resistencia en el SI es el ohmio :
1 ohmio = 1 voltio / 1 amperio.
:
1 ohmio = 1 voltio / 1 amperio.
Un ohmio es la resistencia que opone un
conductor al paso de la corriente cuando, al aplicar a sus extremos una
diferencia de potencial de un voltio, deja pasar una intensidad de
corriente de un amperio.
A partir de la ley de Ohm se puede calcular la
diferencia de potencial entre los extremos de una resistencia de la siguiente
forma:
Va-Vb = I * R
Asociación de resistencias:
Serie: Es cuando
las resistencias están una detrás de otra. La intensidad en cada resistencia
son iguales.
VT = V1 + V2 + V3 + ...
RT
= R1 + R2 + R3 + ...
Ejemplo:
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RT
= 5 + 3 + 10 = 18
IT
= VCC / RT
VR1 = 5 x IT
VR2 = 3 x IT
VR3 = 10 x IT
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Paralelo: Es cuando
las entradas de cada resistencia están conectadas a un mismo punto y las de
salida en otro. El voltaje de cada resistencia es igual al de la Vcc.
IT
= IR1 + IR2 + IR3 + ...
RT
= (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3) + ...
Ejemplo:
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RT = (1 / 5) + (1 / 3) + (1 / 10 ) = 1.57
RR1+R2 = (5 x 3) / (5 + 3) = 1.87
RT = (1.87 x 10) / (1.87 + 10) = 1.57
IT = Vcc / RT
IR1 = Vcc / 5
IR2 = Vcc / 3
IR3 = Vcc / 10
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Pasos a seguir para resolver problemas aplicando la
ley de Ohm:
- Dibuja un esquema del circuito.
- Halla la resistencia equivalente del circuito
- Utiliza la expresión I = (Va-Vb)/ R o I = fem/R para calcular la
intensidad del circuito principal
- Aplica la ley de Ohm en las diferentes secciones del circuito.
Si deseas obtener más información sobre la ley de
Ohm pincha aquí.
La potencia de un aparato electrónico es la
energía eléctrica consumida en una unidad de tiempo (por lo general, un
segundo).
potencia = energía consumida/
tiempo P=E/t
La unidad de potencia en el SI es el vatio
(W). A menudo la potencia viene expresada en kilowatios. 1kW= 1000 W.
P = (VA-VB)*I
De esta ecuación se deduce que:
- Una diferencia de potencial más elevada origina una potencia mayor,
porque cada electrón transporta mucha más energía.
- Una intensidad mayor incrementa la potencia, pues hay más
electrones que gastan su energía cada segundo.
Ejemplo:
Calcula la intensidad de una bombilla de 100W a 220V y calcula su resistencia.
I = P / V = 100 / 200 = 0.45A
R = P / I2 = 100 / (0.45)2 = 483
El consumo de energía eléctrica:
La energía eléctrica consumida se calcula a partir
de la expresión de la potencia multiplicada por el tiempo-
Energía consumida = potencia * tiempo E=P*t
La energía viene dada en Julios (1 Julio = 1
vatio * 1 segundo). No obstante, esta no es la unidad de energía eléctrica que
aparece en algunos sitios, sino el kilovatio por hora. 1Kw *h = 3600000
J.
Para más información sobre circuitos y ejercicios
pincha aquí.
5.- Efectos de la corriente
eléctrica.
Al hablar de los efectos de la corriente eléctrica, nos referimos a las diferentes posibilidades de transformación de la energía eléctrica en otras formas de energía útiles para los seres humanos.
Al hablar de los efectos de la corriente eléctrica, nos referimos a las diferentes posibilidades de transformación de la energía eléctrica en otras formas de energía útiles para los seres humanos.
Efecto calorífico o térmico.
Podemos
describir el movimiento de los electrones en un conductor como una serie de
movimientos acelerados, cada uno de los cuales termina con un choque contra
alguna de las partículas fijas del conductor.
Los electrones ganan energía cinética durante las
trayectorias libres entre choques, y ceden a las partículas fijas, en cada
choque, la misma cantidad de energía que habían ganado. La energía
adquirida por las partículas fijas (que son fijas solo en el sentido de que su
posición media no cambia) aumenta la amplitud de su vibración o sea, se
convierte en calor. Para deducir la cantidad de calor desarrollada en un
conductor por unidad de tiempo, hallaremos primero la expresión general de la
potencia suministrada a una parte cualquiera de un circuito eléctrico. Cuando
una corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste experimenta un aumento de
temperatura. Este efecto se denomina “efecto Joule”.
Es posible calcular la cantidad de calor que puede producir una corriente eléctrica en cierto tiempo, por medio de la ley de Joule.
Es posible calcular la cantidad de calor que puede producir una corriente eléctrica en cierto tiempo, por medio de la ley de Joule.
E = I 2 * R * t
Efecto luminoso.
La energía eléctrica se transforma en energía
lumínica a través de la energía calorífica.
Si deseas más información sobre la energía
calorífica pincha aquí.
Efecto químico.
La energía eléctrica se transforma en energía
química a través de la electrólisis.
Electrólisis:
Electrolisis, parte de la química que trata de la
relación entre las corrientes eléctricas y las reacciones químicas, y de la
conversión de la energía química en eléctrica y viceversa. En un sentido más
amplio, la electrolisis es el estudio de las reacciones químicas que producen
efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las
corrientes o voltajes.
La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos
de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros
líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en componentes cargados positiva
y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. Si
se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrolito (o compuesto
ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones
positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones
negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar
o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la
naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de
potencial o voltaje aplicado.
La acción de una corriente sobre un electrolito
puede entenderse con un ejemplo sencillo. Si el sulfato de cobre se disuelve en
agua, se disocia en iones cobre positivos e iones sulfato negativos. Al aplicar
una diferencia de potencial a los electrodos, los iones cobre se mueven hacia
el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como
elemento cobre. Los iones sulfato, al descargarse en el electrodo positivo, son
inestables y combinan con el agua de la disolución formando ácido sulfúrico y
oxígeno. Esta descomposición producida por una corriente eléctrica se llama
electrólisis.
En todos los casos, la cantidad de material que se
deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolito sigue la
ley descubierta por el químico físico británico Michael Faraday
¿Qué es la conductividad eléctrica?
Es la propiedad de un material que mide la capacidad de conducir la corriente eléctrica a través del mismo.
Es la propiedad de un material que mide la capacidad de conducir la corriente eléctrica a través del mismo.
Los materiales pueden clasificarse en:
BUENOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS: Son aquellos materiales que permiten
la circulación de la corriente eléctrica con facilidad.
MALOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS O AISLANTES: Son aquellos
materiales que dificultan la circulación de la corriente eléctrica.
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