Este documento explica los conceptos básicos de los circuitos eléctricos, incluyendo sus componentes (generador, conductor, resistencias e interruptor), tipos (serie, paralelo y mixto), y leyes fundamentales como la ley de Ohm. También describe elementos como corriente eléctrica, pilas, baterías y la historia del desarrollo de los conocimientos sobre electricidad y circuitos eléctricos.
2. INTRODUCCIÓN
Un circuito eléctrico es una serie de elementos o componentes eléctricos, tales
como resistencias, inductancias, condensadores y fuentes, o electrónicos,
conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o
modificar señales eléctricas.
La interrelación correcta implica que los distintos elementos tienen que estar
conectados electrónicamente, de modo que sus partes metálicas situadas en los
terminales de conexión se mantengan en contacto para permitir el paso de la
corriente. Todo circuito eléctrico requiere, para su funcionamiento, de una fuente
de energía, en este caso, de una corriente eléctrica.
La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el
movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable
conductor metálico como consecuencia de la diferencia de potencial que
un generador esté aplicando en sus extremos.
3. ELECTRICIDAD
La electricidad es un parte básica de la naturaleza, siendo una de las formas de
energía más ampliamente utilizada. Conseguimos electricidad, que es una fuente
de energía secundaria, de la conversión de otras fuentes de energía, como el
carbón, el gas natural, el petróleo, la energía nuclear y otras fuentes naturales,
conocidas como fuentes primarias. Muchas ciudades y pueblos fueron construidos
junto a cascadas (una fuente primaria de energía mecánica) que movían ruedas
de agua para realizar el trabajo. La electricidad es una propiedad física
manifestada a través de la atracción o del rechazo que ejercen entre sí las
distintas partes de la materia. El origen de esta propiedad se encuentra en la
presencia de componentes con carga negativa (denominados electrones) y otros
con carga positiva (los protones). La electricidad, por otra parte, es el nombre que
recibe una clase de energía que se basa en dicha propiedad física y que se
manifiesta tanto en movimiento (la corriente) como en estado de reposo (la
estática). Como fuente energética, la electricidad puede usarse para la iluminación
o para producir calor, por ejemplo.
4. CIRCUITO ELÉCTRICO
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.
Las cargas eléctricas 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.
ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Los elementos utilizados para conseguirlo son los siguientes:
Generador: Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo
una diferencia de tensión entre sus extremos.
Conductor: Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el
generador.
Resistencias: Elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente
eléctrica.
Interruptor: Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente
eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones, y si está
cerrado permite su paso.
5. HISTORIA DEL CIRCUITO ELÉCTRICO
El descubrimiento o mejor dicho el desarrollo del circuito eléctrico están
íntimamente ligados al propio desarrollo de los conocimientos sobre el fenómeno
de la electricidad. Mientras la electricidad en su forma estática era todavía
considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones
científicas al fenómeno y a su capacidad para ser conducida por algún medio
físico fueron hechas sistemáticamente por acuciosos investigadores durante los
siglos XVII y XVIII.
Así fue como William Gilbert, hacia el 1600, emplea por primera vez la palabra
electricidad y definió el término de fuerza eléctrica como el fenómeno de atracción
que se producía al frotar ciertas sustancias. A través de sus experiencias clasificó
los materiales en conductores y aislantes e ideó el primer electroscopio.
CLASIFICACIÓN DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Los circuitos eléctricos se clasifican de la siguiente forma:
Por el tipo de señal:
De corriente continua
De corriente alterna
Mixtos
Por el tipo de régimen:
Periódico
Transitorio
Permanente
Por el tipo de componentes:
1. Eléctricos: Resistivos, inductivos, capacitivos y mixtos
2. Electrónicos: digitales, analógicos y mixtos
Por su configuración:
Serie
Paralelo
Mixto
6. TIPOS DE CIRCUITOS ELECTRICOS
1. Circuito paralelo: El circuito paralelo es una conexión donde, los bornes o
terminales de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias,
condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus
terminales de salida.
2. Circuito serie: Un circuito en serie es una configuración de conexión en la
que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias,
condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente.
La terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada
del dispositivo siguiente.
7. 3. Circuito abierto: Un circuito abierto es un circuito en el cual no circula la
corriente eléctrica por estar este interrumpido o no comunicado por medio
de un conductor eléctrico. El circuito al no estar cerrado no puede tener un
flujo de energía que permita a una carga o receptor de energía aprovechar
el paso de la corriente eléctrica y poder cumplir un determinado trabajo. El
circuito abierto puede ser representado por una resistencia o impedancia
infinitamente grande.
4. Circuito cerrado: Por ejemplo cuando encendemos una bombilla con un
interruptor cerramos un circuito para que pueda circular la corriente, si
abrimos el interruptor el circuito deja de estar cerrado y la corriente no
circula por lo que la bombilla se apaga.
5. Circuito mixto: Es una combinación de elementos tanto en serie como en
paralelos. Para la solución de estos problemas se trata de resolver primero
todos los elementos que se encuentran en serie y en paralelo para
finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo.
8. CORRIENTE ELÉCTRICA
La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que
recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente
electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se
expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio.
Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce
un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán. El
instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el
galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en
serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir.
HISTORIA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y
se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente, como un flujo de
cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo posteriormente se observó,
gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son negativos,
electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional. En conclusión,
el sentido convencional y el real son ciertos en tanto que los electrones como
protones fluyen desde el polo negativo hasta llegar al positivo (sentido real), cosa
que no contradice que dicho movimiento se inicia al lado del polo positivo donde el
primer electrón se ve atraído por dicho polo creando un hueco para ser cubierto
por otro electrón del siguiente átomo y así sucesivamente hasta llegar al polo
negativo (sentido convencional). Es decir la corriente eléctrica es el paso de
electrones desde el polo negativo al positivo comenzando dicha progresión en el
polo positivo.
9. 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.
LEYES FUNDAMENTALES
Existen unas leyes fundamentales que rigen en cualquier circuito eléctrico. Estas
son:
Ley de corriente de Kirchhoff: La suma de las corrientes que entran por
un nodo debe ser igual a la suma de las corrientes que salen por ese nodo.
Ley de tensiones de Kirchhoff: La suma de las tensiones en un lazo debe
ser 0.
Ley de Ohm: La tensión en una resistencia es igual al producto del valor de
dicha resistencia por la corriente que fluye a través de ella.
Teorema de Norton: Cualquier red que tenga una fuente de tensión o de
corriente y al menos una resistencia es equivalente a una fuente ideal de
corriente en paralelo con una resistencia.
Teorema de Thévenin: Cualquier red que tenga una fuente de tensión o de
corriente y al menos una resistencia es equivalente a una fuente ideal de
tensión en serie con una resistencia.
Teorema de superposición: En una red eléctrica con varias fuentes
independientes, la respuesta de una rama determinada cuando todas las
fuentes están activas simultáneamente es igual a la suma lineal de las
respuestas individuales tomando una fuente independiente a la vez.
Si el circuito eléctrico tiene componentes no lineales y reactivos, pueden
necesitarse otras leyes mucho más complejas. Al aplicar estas leyes o teoremas
se producirá un sistema de ecuaciones lineales que pueden ser resueltas
manualmente o por computadora.
10. CONCLUSIÓN
Hoy en día los circuitos eléctricos forman una parte indispensable de la vida
cotidiana, los encontramos en la televisión, los autos, la radio, los DVD, entre
muchos otros equipos de uso diario.
Se denomina circuito eléctrico al conjunto de elementos eléctricos conectados
entre sí que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la
finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía
calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). los
elementos utilizados para conseguirlo son los siguientes: generador, conductor,
resistencias e interruptor.
Cada circuito presenta características particulares. Los circuitos eléctricos pueden
estar conectados en serie o en paralelo y de manera mixta, que es una
combinación de estos dos últimos. Un circuito en serie, es aquella conexión en
donde la corriente eléctrica dispone de un solo camino para circular, y si este se
interrumpe la corriente no puede circular. Un circuito en paralelo, es aquel donde
la corriente eléctrica dispone de dos o más caminos para circular, y si uno de ellos
se interrumpe no se verá afectado el funcionamiento de los demás.
Si el circuito eléctrico está interrumpido en algún punto, sea por la acción del
interruptor, sea por mala conexión de los distintos elementos con el conductor, o
bien por la fusión del elemento receptor se dice que el circuito está abierto y no
permitirá la transformación y el aprovechamiento de la energía eléctrica. Si por el
contrario, existe continuidad eléctrica, como para iluminar una habitación, el
circuito está cerrado.
