1 Leyes y magnitudes fundamentales de los circuitos
eléctricos
1.1 Tensión
Se denomina tensión eléctrica a la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Su unidad de medida es el Voltio (V) y se mide con un aparato denominado voltímetro, que se conecta en paralelo con los puntos del circuito donde se desee medir la tensión.
1.2 Carga Eléctrica
La carga eléctrica es la cantidad de electricidad que tiene un cuerpo. Su símbolo es la letra q y su unidad el Culombio (C). Un cuerpo está cargado cuando tiene exceso o defecto de electrones estando cargado negativamente en el primer caso y positivamente en el segundo.
La unidad elemental de carga eléctrica es la carga transportada por un electrón (carga negativa) o por un protón (carga positiva), pero por ser ésta muy pequeña, la unidad de carga eléctrica en el S.I. es el Culombio (C), siendo su equivalencia con el electrón:
1 C = 6,25 · 1018 e -1 e- =1,609 · 10-19 C
1.3 Corriente eléctrica
Se denomina corriente eléctrica al desplazamiento de electrones o cargas en el interior de un material
Sentido de la corriente eléctrica
La circulación de electrones entre dos cuerpos se produce desde el cuerpo que tiene exceso de electrones al que tiene defecto de electrones (tiene huecos). Cabe por tanto definir dos sentidos de circulación de la corriente eléctrica:
Sentido real o electrónico, donde la corriente circula desde el polo negativo al polo positivo, siendo éste el sentido de movimiento real de los electrones.
Sentido convencional, contrario al anterior, y que considera que la corriente circula de positivo a negativo. Este sentido convencional es el que se adopta para el análisis y resolución de circuitos.
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Clases de corriente eléctrica
Hay dos tipos básicos de corriente eléctrica: corriente continua y corriente alterna.
Corriente continua es aquella que al circular en un circuito tiene siempre el mismo sentido y su valor es constante
Corriente alterna es aquella cuyo sentido se invierte periódicamente y además su valor también se repite a intervalos periódicos de tiempo. Un caso particular es el de la corriente alterna senoidal.
Corriente continua
Corriente alterna
1.4 Intensidad de corriente eléctrica
Se define como la cantidad de electricidad (carga eléctrica) que recorre un conductor en la unidad de tiempo.
t
q
I
Siendo: I=Intensidad de corriente expresada en Amperios (A) q=carga eléctrica expresada en Culombios (C)
t=tiempo expresado en segundos (s)
La unidad de corriente eléctrica es el Amperio (A) y el aparato de medida empleado es el amperímetro, que se conecta en serie en el circuito. (Es importante no conectar el amperímetro en paralelo ya que tiene una resistencia muy pequeña y se puede dañar el aparato)
Para la mayoría de las aplicaciones en electrónica la corriente que se utiliza es muy pequeña y se suelen utilizar submúltiplos del amperio:
Submúltiplos del Amperio
Submúltiplos Símbolo Equivalencia en Amperios Miliamperios mA 1mA = 10-3A
Microamperios A 1A = 10-6A
Nanoamperios nA 1nA = 10-9A
1.5 Resistencia eléctrica
Es la oposición que presenta una material al paso de la corriente eléctrica. La unidad de resistencia eléctrica es el Ohmio (), y el aparato de medida es el Óhmetro, que se conecta en paralelo con los extremos de la resistencia que se desea medir, y siempre estando desconectada del circuito.
1.6 Potencia eléctrica
Se define como el trabajo realizado por las cargas eléctricas en la unidad de tiempo. Su unidad de medida es el watio (W)
Podemos calcular la potencia en un circuito mediante la fórmula:
P=V·I
Siendo: P=Potencia expresada en vatios (W) V=Tensión expresada en Voltios (V) I=Intensidad expresada en Amperios (A)
Hay que tener en cuenta que los componentes eléctricos y electrónicos están diseñados para disipar una determinada potencia; si dicho valor se supera es probable que el componente se destruya, o sea que hemos de tener precaución al conectarlo.
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1.7 Energía eléctrica
Se define como el trabajo realizado por las cargas eléctricas en el circuito. Su unidad de medida es el Julio (J), y para medirla se emplea un aparato denominado contador eléctrico.
Se calcula la energía en un circuito como el producto de la potencia por el tiempo:
2 Analogías entre circuitos eléctricos y circuitos
hidráulicos
Vamos a estudiar en este apartado las similitudes entre un circuito eléctrico y un circuito de agua para poder entender mejor el efecto de la corriente eléctrica al recorrer un circuito eléctrico o electrónico
El análisis de un circuito hidráulico es sencillo y facilitará la comprensión de los circuitos eléctricos Para ello vamos a fijarnos en el esquema de la figura
Partimos de un depósito B, con una cantidad de agua en su interior La cantidad de agua (carga eléctrica) es la suma de los millones de gotitas de agua (electrones) que hay en el depósito) Al abrir el grifo (cerrar el interruptor) debido a la diferencia de alturas entre los depósitos (tensión o deferencia de potencial), el agua cae y en su caída mueve la turbina (motor eléctrico) transformando así la energía potencial del agua en movimiento (transformación de energía eléctrica en movimiento, luz calor,... dependiendo del receptor empleado) Dependiendo del caudal de agua (cantidad de agua que pasa por segundo) más o menos deprisa girará la turbina Este caudal de agua, se corresponde con el caudal de e- (flujo de e- por unidad de
tiempo), y es lo que constituye la Intensidad de Corriente eléctrica.
Una vez que las gotas de agua (electrones) están en el depósito inferior A, han perdido su energía y es preciso comunicársela de nuevo, esto es, elevándolas nuevamente al depósito B y de esto se encarga la bomba de agua (generador eléctrico), para que el circuito pueda seguir funcionando continuadamente, bien hasta cerrar el grifo (abrir el interruptor) o hasta que la bomba deje de funcionar (el generador o pila se agoten).
3 Leyes básicas de la electricidad
3.1 Ley de Ohm
La Ley de Ohm es la Ley básica del flujo de la corriente eléctrica, relaciona tres magnitudes eléctricas (tensión, resistencia, intensidad de corriente y se podría definir como:
La intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico formado por resistencias, es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito
Matemáticamente esta ley se podría expresar mediante la fórmula
R
V
I
Siendo: I= Intensidad de corriente V= Tensión
R= Resistencia
De la fórmula general se deducen sus fórmulas derivadas, muy empleadas en la resolución de circuitos eléctricos y electrónicos:
R
I
V
I
V
R
3.2 Leyes de Kirchoff
1ª Ley de Kirchoff
Mejor en otro curso
2ª Ley de Kirchoff
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4 Conexión de los elementos en los circuitos
eléctricos
4.1 Circuito SERIE
Se dice que dos o más elementos están conectados en serie cuando están conectados uno a continuación de otro, estando recorridos por la misma corriente del circuito. La tensión total es la suma de las caídas de tensión en cada uno de ellos.
El valor de la resistencia total se calcula como la suma de las resistencias parciales del circuito:
...
i 1 2 TR
R
R
R
La tensión total es la suma de las caídas de tensión parciales en cada uno de los elementos del circuito:
...
i 1 2 TV
V
V
V
La intensidad es la misma en todos los elementos del circuito, ya que la corriente que los recorre es la misma:
...
1 2 TI
I
I
4.2 Circuito PARALELO
Dos o más elementos están conectados en paralelo cuando tienen sus extremos unidos entre sí, estando sometidos a la misma tensión o diferencia de potencial, y siendo la corriente total la suma de las corrientes en cada una de las derivaciones (ramas) del circuito.
Para calcular la resistencia total en una asociación en paralelo:
...
2 1 i TR
1
R
1
R
1
R
1
La tensión en cada uno de los elementos del circuito es la misma e igual a la tensión total del generador:
...
i 1 2 TV
V
V
V
La intensidad total es la suma de las intensidades en cada una de las ramas del circuito:
