Fundamentos del Circuito Eléctrico: Componentes, Tipos y Aplicaciones

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Circuito eléctrico: Conjunto de elementos empleados para la transmisión y control de la energía eléctrica desde el generador hasta el receptor (donde se consume). La energía eléctrica: la materia está compuesta por átomos y éstos por partículas más pequeñas. El núcleo del átomo está integrado por neutrones y protones, y alrededor del núcleo se encuentran los electrones girando.

Los electrones tienen carga negativa, los protones positiva y los neutrones no tienen carga. En estado natural, los átomos son neutros (nº protones = nº electrones): si pierde 1 electrón > catión; si gana 1 electrón > anión. Esta transferencia o movimiento de electrones a través del conductor es la corriente eléctrica. Métodos para producir energía: Dinamo, Frotación, Pilas de Hidrógeno o de combustión, Placas fotovoltaicas, Conversor termoeléctrico.

Características de un circuito de corriente continua

Para que un receptor pueda funcionar es necesario que la corriente eléctrica generada llegue a ese receptor a través de un conductor. Lo atravesará, cediendo energía y regresará de nuevo al generador -> son necesarias 2 tomas de corriente. Dos tipos de circuito:

  • CCerrado: La corriente de electrones circula a lo largo del circuito, atravesando el receptor y regresando al generador.
  • CAbierto: No hay circulación de electrones, -> no hay transferencia ni conversión de energía. El receptor no funciona.
Intensidad de corriente: Cantidad de electrones que circulan por un punto cualquiera del circuito en 1 segundo. I(amperios) = Q(culombios) / t(segundos). Unidad > Amperio (A). Instrumento > Amperímetro. Conexión en Serie.
Resistencia eléctrica: Oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. R = ρ * (L/S). Unidad > Ohmio (Ω). Instrumento > Óhmetro.

Materiales

  • Materiales aislantes: No conducen o son malos conductores de la electricidad, por ejemplo, el plástico.
  • Materiales conductores: Conducen bien la electricidad aunque ofrecen resistencia al paso de electrones.
  • Superconductores: No ofrecen resistencia al paso de la corriente.
  • Semiconductores: Permiten el paso de la corriente solo cuando reciben un voltaje mínimo determinado, son componentes electrónicos.
Voltaje: Energía necesaria para transportar 1 Culombio desde un punto a otro de un circuito eléctrico. V = I * R. El que genera el voltaje en el circuito eléctrico es el generador. Instrumento > Voltímetro. Unidad > Voltio (V). Conexión en Paralelo.
Energía y Potencia eléctrica. Efecto Joule: E(Julios) = Q(Culombios) * V. E = I(amperios) * t(segundos) * V. P(vatios) = E/t. P(vatios) = V * I. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, parte de su energía se pierde en forma de calor. La cantidad de calor emitido dependerá de la resistencia que ofrezca el cable al paso de la corriente. E = I2 * Rc * t

Elementos de un circuito

Generador de corriente eléctrica: Máquina que transforma cualquier tipo de energía en energía eléctrica.
  • Generador de Corriente Continua: La intensidad de la corriente que generan siempre va en el mismo sentido.
    • Dinamos: Aprovechan la energía mecánica de la rueda > eléctrica, bicicletas.
    • Placas fotovoltaicas: Aprovechan la luminosidad del sol > energía eléctrica.
  • Generador de Corriente Alterna: Los electrones se mueven en un sentido y al instante se mueven hacia el otro. Esto se da porque la polaridad del generador está cambiando constantemente de signo, de + a - y viceversa.
Acumulador de corriente eléctrica: Dispositivo electrónico que sirve para almacenar energía eléctrica. Los más empleados son los condensadores. Dos placas conductoras separadas mediante un aislante. Cuando se cargan se comportan como un receptor en el que la placa conectada al - del generador se carga de electrones y la otra, conectada al + de cationes. Cuando se descargan, se comportan como generadores, pero no existe circuito cerrado, ya que el condensador tiene un aislante en su interior. La corriente cesa muy rápido. Los condensadores no dejan pasar la CC, solo la CA. Capacidad > Q = C * V.

Pilas y baterías: Acumuladores que transforman la energía química en energía eléctrica. También transforman la energía que en energía eléctrica. Características:

  • Resistencia interna: Transportan internamente electrones desde el polo + al polo - gracias a su energía interna. Es constante para cada pila o batería.
  • Capacidad: Cantidad de electrones que puede suministrar la pila o batería en una descarga completa (Ah) (mAh). 1Ah = 3600C. Depende de las dimensiones y los materiales.
Elementos de control y maniobra: Permiten la apertura o cierre de un circuito: Interruptor, conmutador, relé.
Elementos de protección de circuitos: Protegen a las personas que estén en la proximidad de la instalación eléctrica, así como a las instalaciones mismas, contra sobreintensidades que puedan provocar incendios.
  • Protección de la instalación:
    • Fusible: Formado por un hilo conductor con resistividad alta y bajo punto de fusión. Al sobrepasar un valor, se calienta y se funde.
    • Interruptor magnetotérmico: Cuando la intensidad de corriente es muy grande, el contacto se abre y al pulsar la palanca, se reactiva.
  • Protección de personas:
    • Interruptor diferencial: Compara si la intensidad de entrada I1 es igual a la intensidad de salida I2. Si I1-I2 es mayor de un valor, abre el circuito. Si esto ocurre quiere decir que la corriente se va a tierra, debido a un mal aislamiento o al contacto accidental de una persona.
Receptores: Elementos colocados ex profeso en el circuito para que transformen la energía eléctrica en otro tipo de energía.
  • Baterías y pilas
  • Motores: Transforman la energía eléctrica en energía mecánica de rotación. Rendimiento mayor del 95%.
  • Electroimanes: Energía eléctrica -> Energía magnética, atracción de metales ferrosos (portones automáticos).
  • Resistencias:
    • Fijas: Valor fijo, para determinarlo se utiliza un código de colores.
    • Ajustables: Permiten variar su resistencia óhmica al girar manualmente una barra o introducir un destornillador para girarlo.
    • LDR: Resistencias cuya luminosidad depende de la luminosidad que incida sobre ellas.
    • NTC+PTC: Resistencias cuyo valor varía con la temperatura. Si disminuye NTC y si aumenta PTC.
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