CONCEPTOS DE CIRCUITOS

1. Definición de Circuito Eléctrico

 Es el conjunto de elementos que permiten un recorrido preestablecido por el cual se mueven los electrones (electricidad).

2. Funcionamiento

Ya sea corriente directa o alterna el flujo de electrones siempre circulará de negativo a positivo. Para métodos en papel o estudio lo vamos a representar al inversa de positivo a negativo.

3. Componentes

A. Generadores  o Acumuladores

Son los elementos de suministrar energía al circuito, creando la diferencia potencial entre sus terminales que permite que circule la corriente eléctrica. Esto pueden ser baterías, motores, placas fotovoltaicas, alternadores y dinamos  o cualquier fuente que genere energía en el circuito.

B. Conductores (cables)

Son los encargados de transportar la energía generada hasta los demás componentes del circuito.

C. Elementos Electricos o Receptores

 Son los que se alimentan o utilizan la corriente eléctrica del circuito para realizar un trabajo. Ejemplo de esto son bombillas, electrodomésticos etc.

D. Interruptores

Permite controlar la circulación de corriente en el circuito.

Subtema

1. Circuito Cerrado se refiere cuando el circuito posee circulación de  corriente eléctrica.

2. Circuito Abierto se refiere cuando el circuito no posee circulación de corriente eléctrica.

E. Regulador 

Es el componente que se encarga de mantener un flujo constante de electrones (electricidad).

F. Fusibles

Son los elementos que se encarga de proteger el circuito cuando hay una sobrecarga o un cortocircuito. Cuando hay un exceso de corriente que va a afectar el circuito completo el fusible absorberá la energía destruyéndose el mismo por el calor generado por la sobrecarga y permitiéndole al resto del circuito funcionar como un circuito abierto sin afectar los demás componentes.

4. Tipos de Circuitos

A. Circuito Simple

Es el que consta de un solo receptor o elemento electrico.

B. Circuito en Serie 

Es aquel que tiene varios receptores conectado uno después de otro. En este circuito si unos de los receptores se afecta la energía no continuará porque el circuito quedará abierto.

C. Circuito en Paralelo

La energía en este circuito viaja independientemente a cada receptor o elemento eléctrico. En este circuito si uno de los receptores se afecta no afectará los demás elementos en el circuito manteniéndose cerrado independientemente.

D. Circuito Mixto o Compuesto

Es el circuito que se compone de dos tipos de circuito en serie y paralelo. En este circuito no todas las bombillas van a tener la misma intensidad. Al llegar a la bifurcación la intensidad se divide en 2 en  el circuito paralelo en paralelo. 

E. Cortocircuito

Es una falla dentro del circuito cuando en una línea eléctrica se encuentran en contacto dos polaridades. El circuito posee una elevada intensidad que no resiste el circuito.

5. LEYES

A. Ley de OHM

Estable que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tension (E).

B. Ley de Coulomb

Dice que la fuerza electrostática entre dos cargas eléctrica es directamente proporcional al producto de cargas es inversamente proporcional  al cuadrado de la distancia que a ellas la separa. En palabras siemple las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen dependiendo la distancia que las separa.

C. Ley de Kirchhoff

Son dos igualdades que se basan en la conservación de energía y la carga de circuitos eléctricos.

A. Ley de nodos o ley de corriente

En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. En otras palabras la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo.

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes

I1 = I2 + I3

Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0.

Ejemplo: Calcular la corriente desconocida del circuito:

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes

7A = I2 + 4A

7A – 4A = I2

I2 = 3A

B. Ley de Mallas o Ley de Voltajes

En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión. Dicho de otra forma el voltaje aplicado a un circuito cerrado es igual a la suma de las caídas de voltaje en ese circuito.

Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje

V = V1 + V2 + V3

Un enunciado alternativo es, en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0.

Ejemplo: Calcular el voltaje desconocido del circuito:

Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje

24V = 8V + 10V + V3

24V – 8V – 10V = V3

V3 = 6V

D. Ley de Watt

La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por él.

P= Potencia en watt 

V= Tensión en volt (V)

I= Intensidad de corriente en ampere (A)

Watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, su símbolo es W. Es el equivalente a 1 joule por segundo (1 J/s).

Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).

La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW).

EJEMPLOS DE APLICACIÓN:

1. ¿Cuál es la potencia consumida por un cautín de soldar por el cual circula una corriente de 0,16A (160mA) y está conectado a la red de 220V.

2. ¿Qué corriente circula por una lámpara de 100W, conectada a la red de 220V?

3. Encuentre el voltaje aplicado a una plancha de 1000W, que consume una corriente de 4,55A

E. Ley Joule

Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia eléctrica, esto produce unas pérdidas de tensión y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, a este fenómeno se lo conoce como efecto Joule. En definitiva, el efecto Joule provoca una pérdida de energía eléctrica, la cual se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión:

Pp = Potencia perdida en W

R= Resistencia del conductor en Ω

I= Intensidad de corriente en A

La resistencia que presenta un conductor es:

ρ= Resistividad en ohm por metro (Ωm).

L= Longitud en metros (m).

A= Sección en metros cuadrados (m2).

La sección transversal del conductor es:

d= diámetro del conductor

El conductor típicamente usado es el cobre, cuya resistividad es de 1,710-8 (Ωm).

Finalmente se calcula la energía perdida en calor como sigue:

Q= Energía calórica en calorías

t= tiempo en segundo (s)

Este efecto es aprovechado en aparatos caloríficos, donde estas pérdidas se transforman en energía calorífica, que se expresa por la letra Q, y se mide en calorías.