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Circuitos Eléctricos

Circuitos eléctricos

Aunque pocas veces somos conscientes de su presencia, los circuitos eléctricos hacen parte importante de nuestras vidas, gracias a ellos tenemos el confort y llevamos el estilo de vida actual. Nos aportan desde cosas tan simples como luz por las noches; hasta cosas más complejas y tecnológicas como el computador o smartphone desde donde leemos ahora.

Para comprender el funcionamiento de los circuitos eléctricos, es necesario tener conocimientos de electricidad. Y aunque es un tema amplio, en éste artículo vamos a realizar un resumen de los conceptos básicos para una rápida comprensión. No obstante podrás acceder por medio del menú y los cluster a una lectura más profunda.

¿Que es la electricidad?

La electricidad es un fenómeno físico que se presenta en la materia por la interrelación y movimiento de cargas eléctricas. Se manifiesta de manera habitual en la naturaleza por medio de los rayos, o se puede producir de forma artificial por frotamiento, baterías o un generador eléctrico.

  • Carga eléctrica: Es la cantidad de energía presente en un cuerpo en forma de electrones.
  • Electricidad estática: Es un tipo de carga eléctrica, se llama estática porque normalmente no se mueve a través de conductores. Por lo general se obtiene al frotar cierto tipo de materiales.
  • Corriente eléctrica: La corriente eléctrica es la carga eléctrica en movimiento, es lo que llamamos flujo de electrones.
  • Aislantes y conductores: Todos los materiales según su naturaleza pueden permitir o impedir el paso de la corriente eléctrica. Los conductores son los que permiten el paso de los electrones, los aislantes por el contrario lo impiden.
  • Semiconductores: Los semiconductores son unos materiales intermedios, tal como su nombre lo indica dejan pasar la corriente a medias. Los más utilizados son el Silicio y el Germanio. Desde su descubrimiento se utilizan para fabricar componentes electrónicos como diodos, transistores y circuitos integrados.

Magnitudes eléctricas

Las magnitudes eléctricas se utilizan para medir las diferentes variables que intervienen en un circuito eléctrico. Las principales son las siguientes:

  • Voltaje, tensión o diferencia de potencial (E): La tensión es proporcionada por fuentes de energía como una pila, un dinamo, o el generador de una central hidroeléctrica. El voltaje puede ser de corriente alterna o corriente continua. Es lo que proporciona la fuerza necesaria para que los electrones se muevan a través de un conductor o resistencia. Se mide en voltios y su símbolo es la letra V. El instrumento utilizado para medir la tensión es el voltímetro.
  • Resistencia (R):Todo material representa una mayor o menor oposición al paso de la corriente, esa oposición se llama resistencia. Ejemplo de ella es un bombillo, un artefacto electrodoméstico o un motor. Se mide en ohmios y su símbolo es la letra griega omega Ω. El instrumento empleado para medir los ohmios es el óhmetro.
  • Intensidad de la corriente (I): La corriente eléctrica es el resultado de aplicar un voltaje o diferencia de potencial a una resistencia. Puede ser corriente continua o corriente alterna según el voltaje que se utilice. Se mide en amperios o amperes y si símbolo es la letra A. El instrumento utilizado para medir la corriente es el amperímetro, los hay de corriente alterna y corriente continua.
  • Potencia (W): La potencia es la cantidad de energía que se disipa en un circuito eléctrico en forma de calor. Ese calor se genera por la resistencia u oposición al paso de la corriente eléctrica. Se mide en vatios o watts y su símbolo es la letra W. Para medir la potencia se utiliza un instrumento llamado vatímetro, los medidores de las casas son un ejemplo de ellos.

Leyes eléctricas

Todos los circuitos eléctricos están “regidos” por ciertas leyes de la física. Esas leyes han sido postuladas y probadas por físicos que dedicaron su vida a la investigación, es por ello (y con justa razón) que llevan sus nombres. Las leyes básicas de la electricidad son las siguientes:

  • La ley de Ohm: Es una de las leyes más importantes de la electricidad. La ley de Ohm dice que cuando a una resistencia de un ohmio se le aplica la tensión de un voltio, circula una corriente de un amperio. La fórmula es I=E/R
  • Ley de Coulomb: Esta ley dice que la fuerza entre dos cargas electrostáticas es proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separan. También dice que las carga del mismo signo se repelen y del signo contrario se atraen.
  • La ley de Kirchhoff: El enunciado de ésta ley dice que, la suma de las corrientes que entran en un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen de dicho nodo. La suma de todas las caídas de tensión de un circuito eléctrico, es igual a la tensión total aplicada.
  • Ley de Watt: La potencia consumida por un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje aplicado y a la corriente que circula. Su fórmula es: W=IxE
  • La ley de Joule: El calor que genera el paso de la corriente en un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la corriente y al tiempo que está conectado.

¿Que es un circuito eléctrico?

Un circuito eléctrico es un conjunto de componentes que van enlazados entre sí y permiten el flujo de la corriente eléctrica. Los circuitos eléctricos se utilizan para producir luz, calor, movimiento, señales en dispositivos electrónicos y ondas electromagnéticas.

Elementos principales de un circuito eléctrico

Los circuitos eléctricos constan de tres partes principales:

  • La fuente de alimentación o generador: Es el elemento más importante porque provee la energía necesaria para el movimiento de los electrones. El voltaje que entrega puede ser de corriente continua o alterna.
  • Carga o receptor: Es el dispositivo que se conecta al generador para producir calor, luz, movimiento o cualquier otro fenómeno físico útil. No hay que confundirla con la “carga eléctrica” de la que hemos hablado líneas arriba. La carga en sí es una resistencia porque presenta oposición al paso de la corriente y consume energía. Pero no todas las cargas son resistencias propiamente dichas. Existen otro tipos de cargas, como la carga inductiva (bobinas) de un motor.
  • Los conductores: Son los encargados de conectar el generador a la carga. Generalmente son de cobre, aunque pueden ser de cualquier otro material conductor. Los mejores conductores de electricidad son los metales; destacan además del cobre, la plata, el oro, el plomo y el aluminio.
  • Nodo: Un nodo es un punto en que dos o más elementos de un circuito eléctrico se unen entre sí. El valor de resistencia de un nodo es cercano a cero. En la práctica un nodo es un empalme o un borne donde se unen varios cables. En la siguiente imagen, todo lo que está del mismo color representa a un nodo.

Elementos de control y protección

Los circuitos eléctricos también cuentan con otras partes secundarias pero igual de importantes; nos referimos a los elementos de control y protección:

  • Interruptores: Sirven para conectar y desconectar el circuito eléctrico a voluntad.
  • Elementos de protección: Entre los más importantes están los fusibles, interruptores termomagnéticos e interruptores diferenciales. Estos elementos actúan cortando la corriente eléctrica ante la existencia de una falla como las sobrecargas o cortocircuitos.
  • Aislantes: Sirven para que la electricidad no haga cortocircuito o contactos indeseados con otras superficies o con el ser humano. Los mejores materiales aislantes de la electricidad son el plástico, la baquelita, el vidrio y la madera (seca).

Símbolos básicos de los circuitos eléctricos

Para representar los circuitos eléctricos en un medio escrito convencional (papel) o digital se utilizan los símbolos. A continuación presentamos una imagen con los símbolos básicos que nos van a permitir comprender mejor su funcionamiento.

Como funcionan los circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico entra en funcionamiento cuando al accionar el interruptor se aplica el voltaje de la fuente de alimentación a la resistencia. Esto genera un flujo de electrones que circulan desde el polo negativo hacia el positivo. Cuando el interruptor se “abre” se interrumpe la corriente y se dice que estamos ante un circuito abierto.

Como funciona un circuito electrico

El punto en el que los electrones salen en un circuito eléctrico se llama “fuente” de electrones. El lugar donde los electrones entran de un circuito eléctrico se llama punto de “retorno” o “puesta a tierra”.

El punto de entrada se llama “retorno” porque los electrones siempre terminan en la fuente cuando completan el recorrido de un circuito eléctrico.

La parte de un circuito eléctrico que se encuentra entre el punto de partida de los electrones y el punto de retorno a la fuente se denomina “carga” de un circuito eléctrico.

Una carga de un circuito eléctrico puede ser tan simple como aquellas conformadas por los electrodomésticos como refrigeradores, televisores o lámparas; o más complicados, como la carga en la salida de una estación generadora de energía hidroeléctrica.

Tipos de circuitos eléctricos

Los circuitos eléctricos se pueden clasificar según el tipo de configuración y según el tipo de corriente que utilizan.

Según el tipo de configuración

Existen tres tipos de circuitos eléctricos básicos: los circuitos en serie, los circuitos en paralelo y los circuitos mixtos.

Circuitos eléctricos en serie: son los que conectan sus resistencias una a continuación de la otra formando una cadena, luego los dos extremos finales se conectan al generador. En la siguiente imagen se muestra el detalle:

Circuitos eléctricos en paralelo: estos circuitos conectan sus resistencias de forma tal que los dos polos de la resistencia van conectados directamente a la fuente de alimentación. Tal como se muestra en la siguiente imagen:

Circuitos eléctricos mixtos: son una combinación de circuitos eléctricos en serie y en paralelo, se utilizan en mayor proporción en los circuitos electrónicos.

Según el tipo de señal

Los circuitos eléctricos utilizan dos formas de energía eléctrica: la corriente alterna (CA) y la corriente continua (CC).

Circuitos de corriente alterna: Como su nombre lo indica son los que trabajan con corriente alterna o cíclica. Este tipo de corriente debe su nombre al hecho de que cambia de polaridad constantemente (60 veces en un segundo). Sus polos reciben el nombre de línea y neutro, a la línea también se le llama fase. Por lo general alimenta electrodomésticos o motores y está generada por centrales eléctricas. La corriente alterna se puede convertir en continua por medio de rectificadores.

Circuitos de corriente continua: Son los que trabajan con corriente directa o continua. Este tipo de corriente es de polaridad fija  y cuenta con dos polos, positivo y negativo. Alimenta a los vehículos que funcionan con baterías y a otras máquinas o aparatos electrónicos. La corriente continua se puede transformar en corriente alterna por medio de conversores.

Cortocircuito

El cortocircuito es un tipo de circuito eléctrico que tiene un “puente” con resistencia cero entre los polos de la fuente de alimentación. El cortocircuito generalmente ocurre de manera accidental y está catalogado como una falla eléctrica.

Diferencia entre circuitos eléctricos y circuitos electrónicos

Para explicar la diferencia entre circuitos eléctricos y electrónicos, necesitamos saber que existen dos tipos de componentes: los pasivos y los activos.

Los componentes pasivos son elementos que sólo consumen o almacenan la corriente eléctrica; tal es el caso de resistores, inductancias y capacitores. Los componentes activos son elementos que transforman y modifican señales eléctricas: entre ellos tenemos a los transistores, diodos y circuitos integrados.

Según lo expuesto, podemos decir que la diferencia entre los circuitos eléctricos y los electrónicos viene dada por el tipo de componentes que integran. Para el caso de los eléctricos están conformados en su mayoría por elementos pasivos; y para el caso de los electrónicos además de pasivos llevan una parte importante de elementos activos.

Asimismo podemos concluir que los circuitos eléctricos son la base fundamental para el funcionamiento de los circuitos electrónicos y son también una evolución de los mismos.

Los circuitos electrónicos generalmente utilizan fuentes de corriente continua de bajo voltaje. Se utilizan en artefactos electrónicos, computación y comunicaciones.

La carga de un circuito electrónico puede ser tan simple como unas pocas resistencias, condensadores y una lámpara; todos conectados juntos para crear el flash en una cámara. Un circuito electrónico también puede ser complicado; conectando miles de resistencias, condensadores y transistores.

Los circuitos eléctricos por lo general trabajan con corriente alterna de bajo, medio o alto voltaje. Tienen aplicaciones en las instalaciones eléctricas domiciliarias, industriales y en la generación de energía.

Video de los circuitos eléctricos y electrónicos