Electricidad

Un circuito es todo mecanismo, que utilizado como
elemento de transmisión de movimiento (fluidos) se
utilizan para transmitir o transformar movimiento.

Según el fluido empleado, pueden
ser:

– Circuito eléctrico y
electrónico: (electricidad).

– Circuito magnético:
(electricidad).

– Circuito hidráulico:
(líquido).

– Circuito neumático:
(aire).

Todo elemento de un circuito tiene encomendada una
función y sólo una (alimentar, conducir, controlar,
transformar, etc.). Es por ello que los podemos clasificar
en:

– Generadores: suministran el
fluido.

– Conductores: conducen.

– Elementos de control: regulan el
paso.

– Receptores: aprovechan y transforman la
energía.

Se denomina circuito eléctrico a
una serie de elementos o componentes eléctricos o
electrónicos, tales
como resistencias, inductancias,
condensadores, fuentes, y/o dispositivos
electrónicos semiconductores, conectados
eléctricamente entre sí con el propósito de
generar, transportar o modificar señales
electrónicas o eléctricas.

En la figura podemos ver un circuito eléctrico,
sencillo pero completo, al tener las partes
fundamentales:

• Una fuente de energía eléctrica, en
  este caso la pila o batería.

• Una aplicación, en este caso
  una lámpara incandescente.

• Unos elementos de control o de maniobra,
  el interruptor.

• El cableado y conexiones que completan el
  circuito.

Todos los elementos han de ser
compatibles.

El sentido real de la corriente va del polo negativo al
positivo. Sin embargo, en los primeros estudios se
consideró al revés, por ello cuando resolvamos
problemas siempre consideraremos que el sentido de la corriente
eléctrica irá del polo positivo al
negativo.

Los circuitos eléctricos se clasifican de la
siguiente forma por el tipo de corriente:

– De corriente continua

– De corriente alterna

La corriente continua (CC
en español, en inglés DC,
de Direct Current) es el flujo continuo
de electrones a través de
un conductor entre dos puntos de
distinto potencial. A diferencia de la corriente
alterna (CA en español, AC en inglés), en
la corriente continua las cargas
eléctricas circulan siempre en la misma
dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor
potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se
identifica la corriente continua con la corriente constante (por
ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda
corriente que mantenga siempre la
misma polaridad.

La corriente
alterna (abreviada CA en español
y  AC en inglés, de Alternating Current)
es la corriente eléctrica en la que la magnitud
y dirección varían cíclicamente. La forma de
onda de la corriente alterna más comúnmente
utilizada es la de una onda senoidal (figura 1), puesto
que se consigue una transmisión más eficiente de la
energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan
otras formas de onda periódicas, tales como la
triangular o la cuadrada.

Disposición de
los componentes

El circuito serie:Es una
configuración de una conexión en el circuito
secuencialmente, es decir es cuando se conecta el Terminal de un
elemento (en este caso es el bombillo o la lámpara), a la
entrada del elemento siguiente. Desde el punto de vista
físico a este tipo de conexión según la
necesidad que tengamos nos puedes ser ventajoso o desventajosa,
ya que la intensidad de la corriente disminuye (I) y por ende el
voltaje.

El circuito en paralelo:

El circuito en paralelo es aquel en donde se conectan
las terminales de los dispositivos directamente a la fuente de
alimentación desde la que la corriente toma los distintos
caminos según la resistencia que se oponga a su paso en
los mismos.

El circuito mixto es una
combinación del circuito en serie y en
paralelo.

Conceptos a tener en
cuenta

INTENSIDAD

La corriente o intensidad
eléctrica (I) es el flujo de carga por unidad de
tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los
electrones en el interior del material.

La corriente eléctrica, puesto que se trata de un
movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo
que se aprovecha en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la
corriente eléctrica es el galvanómetro 
(transductor analógico electromecánico que produce
una deformación de rotación en una aguja o puntero
en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a
través de su bobina)que, calibrado en amperios, se
llama amperímetro y se coloca en serie con el
conductor cuya intensidad se desea medir. La lectura se realiza
también de forma digital.

Voltaje

La tensión, voltaje o diferencia
de potencial es una magnitud física que impulsa a los
electrones a lo largo de un conductor en un circuito
eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente
eléctrica. La diferencia de potencial también se
define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo
eléctrico, sobre una partícula cargada, para
moverla de un lugar a otro.

En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia
de potencial se mide en voltios (V), al igual que el potencial.
El instrumento usado para medir la diferencia de potencial entre
dos extremos de un circuito eléctrico es el
voltímetro y se coloca en paralelo al circuito.

La tensión es independiente del camino recorrido
por la carga, y depende exclusivamente del potencial
eléctrico entre los puntos a considerar.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se
unen mediante un conductor, se producirá un flujo de
electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor
potencial se trasladará a través del conductor al
punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa
(generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos
igualen su potencial eléctrico (Ley de Henry). Este
traslado de cargas es lo que se conoce como corriente
eléctrica.

Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un
sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de
potencial entre este punto y algún otro donde el potencial
sea cero.

Resistencia

Se denomina resistencia eléctrica,
simbolizada habitualmente como R, a la dificultad u
oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente
eléctrica para circular a través de ella. En el
Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios,
que se designa con la letra griega omega mayúscula, O.
Para su medida existen diversos métodos, entre los que se
encuentra el uso de un ohmímetro. Según sea la
magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican
en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen
además ciertos materiales en los que, en determinadas
condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado
superconductividad, en el que el valor de la resistencia es
prácticamente nulo.

El conductor es el encargado de unir
eléctricamente cada uno de los componentes de un circuito.
Dado que tiene resistencia óhmica, puede ser considerado
como otro componente más con características
similares a las de la resistencia eléctrica.

De este modo, la resistencia de un conductor
eléctrico es la medida de la oposición que presenta
al movimiento de los electrones en su seno, o sea la
oposición que presenta al paso de la corriente
eléctrica. Generalmente su valor es muy pequeño y
por ello se suele despreciar, esto es, se considera que su
resistencia es nula (conductor ideal), pero habrá casos
particulares en los que se deberá tener en cuenta su
resistencia (conductor real).

Veamos ahora un ejemplo práctico para hallar la
resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica
un conductor de cobre de 500 metros de longitud.
Como la "fórmula" exige utilizar el valor del área
del alambre del conductor, si no tenemos ese dato a mano,
habrá que medir primero el diámetro del alambre de
cobre con un "pie de rey" o vernier, teniendo cuidado de
no incluir en la medida el forro aislante, porque de lo contrario
se obtendría un dato falseado. En el caso de este ejemplo,
el supuesto diámetro de la parte metálica del
conductor, una vez medido con el pie de rey, será de 1,6
mm.

Solución:

Para hallar a continuación el área del
conductor de cobre, será necesario primero utilizar la
fórmula para calcular el área:

Antes de comenzar a sustituir los valores en la
fórmula de la resistencia del conductor, tenemos
que hallar cuál es el radio (r) de la
circunferencia del alambre de cobre. Como ya medimos su
diámetro (d) con el pie de rey y sabemos
también que el radio siempre es igual a la mitad de esa
medida, realizamos el siguiente cálculo:

Por tanto, una vez finalizada esta operación,
obtenemos que el valor del área del alambre de cobre es
igual a 2 mm2.

A continuación procedemos a sustituir valores en
la fórmula de la resistencia del conductor, para
hallar la resistencia que ofrece al paso de la corriente el
conductor de alambre de cobre del ejemplo que estamos
desarrollando:

0,0172
mm2 / m
(coeficiente de resistencia específica del cobre, de
acuerdo con la tabla de valores más arriba
expuesta)

l = 500 metros (longitud del alambre
de cobre).s = 2 mm2 (área del alambre de
cobre)Sustituyendo estos valores ahora en la
fórmula, tendremos:

Por tanto, la resistencia (R) que ofrece al paso
de la corriente eléctrica un alambre de cobre de 2
mm2 de área y 500 metros de longitud, a una
temperatura ambiente de 20º C, será de 4,3
ohm.

Según la Ley de Ohm, la resistencia
eléctrica es la relación existente entre la
diferencia de potencial eléctrico al que se somete a un
medio o componente y la intensidad de la corriente que lo
atraviesa:

R = V/I

De la ecuación anterior se desprende que cuanta
menor sea la intensidad de la corriente, mayor será la
resistencia, por ello se dice que la resistencia eléctrica
es una medida de la dificultad que opone un conductor al paso de
la corriente a su través.

Para una gran variedad de materiales y condiciones, la
resistencia eléctrica no depende de la cantidad de
corriente o la diferencia de potencial aplicada por lo que ambas
son proporcionales, siendo la resistencia de un conductor
función de las características del material y la
temperatura a la que éste se encuentra la resistencia como
componente de un circuito

Todos los componentes eléctricos y
electrónicos presentan en mayor o menor medida una cierta
resistencia al paso de la corriente, si bien ésta suele
ser pequeña. Hay sin embargo componentes eléctricos
denominados resistencias que se introducen en los
circuitos para dificultar el paso de la corriente, bien sea para
disminuir la intensidad, protegiendo así los demás
componentes, bien para obtener calor por efecto Joule en la
propia resistencia, como es el caso de las cocinas y las
calefacciones eléctricas domésticas, cafeteras,
hornos de secado industriales, etc.

Codificación

Las resistencias de pequeña potencia van
rotuladas con un código de franjas de colores. Para
caracterizar una resistencia hacen falta tres valores:
resistencia, corriente máxima y tolerancia.

La corriente máxima de una resistencia viene
condicionada por la máxima potencia que puede disipar su
cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir
del diámetro sin que sea necesaria otra indicación.
Los valores más corrientes son 0,25 W, 0,5 W y 1
W.

Los otros datos se indican con un conjunto de rayas de
colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco
rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o
dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La
última raya indica la tolerancia (precisión). De
las restantes la última es el multiplicador y las otras
las cifras significativas.

El valor se obtiene leyendo las cifras como un
número de una, dos o tres cifras y, después,
multiplicando el resultado por el multiplicador,
obteniéndose el resultado en ohmios (O); en ocasiones
puede aparecer una banda adicional indicando el efecto de la
temperatura en la variación de la resistencia. En aquellos
casos en los que no hay espacio para dibujar las bandas de
colores, se emplean dígitos, con igual significado que en
el caso de la codificación con cuatro bandas: los primeros
serán las cifra significativas y el último el
multiplicador; por ejemplo una resistencia 123, será de
12.000 ?.

La nomenclatura normalizada emplea las letras R (1), K
(kilo = 1.000) y M (mega = 1.000.000) como multiplicadores, en la
posición que ocuparía el punto en la escritura del
número. La segunda letra hace referencia a la tolerancia
M=±20%, K=±10%, J=±5%, G=±2%,
F=±1%. En los ejemplos se indica, entre paréntesis,
la codificación de las resistencias con esta
nomenclatura.

Ejemplos de codificación de
resistencias eléctricas

Hay básicamente dos tipos de
Resistencias:

Las resistencias de valores fijos y las
Resistencias variables, que a su vez se subdividen
dependiendo de características propias.

A continuación se presenta una tabla con una
clasificación general:

Resistencia / resistor

Nota: Ver la tabla de clasificación
de izquierda a derecha

Las resistencias en un circuito se pueden asociar en
serie, en paralelo y mixto. Según estas asociaciones el
efecto que producen en el circuito varía y equivale
según las siguientes formulas:

Así, mientras que la asociación de
resistencias en serie conduce a una resistencia mayor, la
asociación de resistencias en paralelo conduce a una
resistencia equivalente que siempre es menor que la menor de las
resistencias.

Ejercicio:

¿cuál será la resistencia
equivalente en las tres situaciones? La tensión que
aplicamos en el circuito es de 10 V.

Resistencias en
serie

En la figura se han conectado tres
resistencias en serie

Las bombillas del árbol de Navidad están
conectadas en serie, si sacas una de ellas (o se quema) se apagan
todas porque el circuito queda interrumpido.

Las características de las
resistencias conectadas en serie son:a) La resistencia
equivalente a todas ellas es igual a la suma de cada
resistencia

Resistencias en
paralelo

En la figura se han conectado tres
resistencias en paralelo

Las bombillas de la lámpara del
comedor están conectadas en paralelo, si se quema una de
ellas no se apagan las otras porque cada una está
conectada en forma independiente a la fuente de corriente.Las
características de las resistencias conectadas en paralelo
son:

a) La resistencia equivalente a todas ellas
es igual a la suma del inverso de cada resistencia

b) La corriente que produce la fuente de
corriente es igual a la suma de la corriente que circula por cada
resistencia

Resistencias en
posición mixta

Depende de la posición en que se encuentren los
componentes. Para resolverlo el primer paso a dar es calcular las
resistencias equivalentes de las zonas en paralelo y
después resolverlo en serie.

a) 1/RT = R1,2 + R3 = (1/R1+1/R2) +
R3

• Resolver el paréntesis y sumar a
  R3.

• No olvides despejar R1,2

b) IT = VT/RT

• Es la misma en todo el circuito menos
  en la zona del paralelo.

c) Voltajes: V1,2 = V1 = V2 = R1,2 *
IT

V3 = R3 * IT

V1,2 + V3 = VT

d) Intensidades: I1,2 = I3 = IT

I1 = V1,2/ R1

I2 = V1,2/ R2

I1 + I2 = I1,2 = IT

Solución:

Aparatos de
medida

Para medir las magnitudes
eléctricas, deben utilizarse los aparatos
correspondientes, aunque en la actualidad se utiliza uno que los
contiene a todos, el polímetro.

Cortocircuito

Se produce un cortocircuito cuando no hay
resistencia y esto ocurre:a) Cuando se unen los polos de un
generadorb) Cuando se ponen en contacto los polos de una toma de
tensión con un cable sin resistenciac) Cuando el
aislamiento de un conductor está dañado y se ponen
en contacto los alambresd) Cuando el casquillo de una bombilla
está mal aislado

Según la ley de Ohm, si la resistencia es muy
pequeña, la intensidad de corriente aumenta y puede
aumentar tanto que el alambre puede llegar a ponerse
incandescente, existiendo el peligro de que se produzca un
incendio.

Potencia
eléctrica

Se
define como la energía desarrollada o consumida en una
unidad de tiempo, es decir:

Cuando la corriente circula por un conductor, los
electrones pierden energía al colisionar en el interior
del conductor; como consecuencia de esto, aumenta la temperatura,
es decir, la energía eléctrica se disipa en forma
de calor. Si el conductor es muy fino, éste se calienta
hasta ponerse incandescente, este efecto tiene aplicación
en estufas, hornos eléctricos, bombillas, etc.

Una de las aplicaciones más útiles de la
energía eléctrica es su transformación en
calor. Como el calor es una forma de energía, se mide en
julios, pero existe una unidad para medir el calor: la
caloría. Esta se puede transformar en julios por medio del
principio de equivalencia establecido por James Joule, que
señala:

1 julio = 0,24 calorías

Entonces, para encontrar el calor proporcionado por una
corriente eléctrica, basta multiplicar la energía
en joule por 0,24; es decir, el calor se puede obtener de las
siguientes formas:

Q = P t x 0,24 calorías

Q = V I t x 0,24 caloríasQ= R I2 t
x 0,24 calorías

Siendo la última expresión de la ley de
Joule cuyo enunciado es el siguiente:

"El calor desarrollado por una corriente
eléctrica al circular por un conductor es directamente
proporcional al tiempo, a la resistencia del conductor y al
cuadrado de la intensidad de la corriente".

Autor:

Enviado por:

Pablo Turmero