ÍNDICE:
1. Introducción
2. Magnitudes eléctricas fundamentales
3. Simbología de los circuitos eléctricos
4. La ley de Ohm
5. Analogía entre los circuitos eléctricos y los circuitos hidráulicos
6. Medición de magnitudes
7. Tipos de conexión en un circuito
8. Resistencia equivalente de un conjunto de resistencias
9. Potencia eléctrica
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Toda la materia está formada por átomos, que son las partículas que aparecen en la tabla periódica:
Existen más de 100 tipos diferentes de átomos: hidrógeno (H), oxígeno (O), carbono (C), hierro (Fe), cobre (Cu), oro (Au), plata (Ag)...
A su vez, todos los átomos están formados por 3 tipos diferentes de partículas:
- Protones y neutrones: que forman el núcleo del átomo.
- Electrones: que giran alrededor del núcleo a gran velocidad y en todas las direcciones.
La corriente eléctrica consiste en una gran cantidad de electrones que se mueven en una misma dirección en vez de en todas las direcciones. Cuando conectamos una pila a los extremos de un cable hacemos que los electrones se muevan en una única dirección y a esto le llamamos corriente eléctrica.
Sin embargo, esto no sucede con cualquier material. Si conectamos un hilo de lana o un tubo de plástico a una pila no se va a crear una corriente eléctrica. Esto se debe a que únicamente algunos materiales tienen la propiedad de que los electrones se puedan mover libremente cuando se les conecta una pila. Esa propiedad se llama conductividad eléctrica y es propia de los metales. Por eso utilizamos metales como el cobre, el aluminio o la plata para construir cables para los circuitos eléctricos.
A los materiales que tienen buena conductividad eléctrica se les llama conductores eléctricos y los que no permiten que circule la corriente a través de ellos se les llama aislantes eléctricos (por ejemplo los plásticos y el vidrio).
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A los materiales que tienen buena conductividad eléctrica se les llama conductores eléctricos y los que no permiten que circule la corriente a través de ellos se les llama aislantes eléctricos (por ejemplo los plásticos y el vidrio).
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2. Simbología de los circuitos eléctricos
Cuando se quiere representar un circuito eléctrico se realiza un esquema en el que se utilizan símbolos que facilitan su interpretación. Los símbolos de los principales componentes eléctricos son los siguientes:
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Cuando se quiere representar un circuito eléctrico se realiza un esquema en el que se utilizan símbolos que facilitan su interpretación. Los símbolos de los principales componentes eléctricos son los siguientes:
3. Magnitudes eléctricas fundamentales
- Tensión (o diferencia de potencial o voltaje): es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un conductor.
- Intensidad de corriente eléctrica: es la cantidad de electrones que circulan a través del conductor.
- Resistencia eléctrica: es la oposición que presentan los conductores al paso de corriente eléctrica.
Como todas las magnitudes físicas que existen (tiempo, distancia, masa...) las tres magnitudes eléctricas fundamentales se miden en unas unidades determinadas:
La tensión (o voltaje) se mide en voltios, la intensidad se mide en amperios y la resistencia en Ohmnios. Además tanto las magnitudes como sus unidades se representan con una letra, que es la que aparece entre paréntesis en la tabla.
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4. La ley de Ohm
Las tres magnitudes eléctricas anteriores se encuentran relacionadas por la llamada ley de Ohm, que es la que aparece recuadrada en azul. Si de esa ecuación se despejan la intensidad (I) o la resistencia (R) se obtienen las ecuaciones de la derecha:
Ejercicio de la ley de Ohm: Calcular la intensidad que circula por el siguiente circuito.
Como nos piden calcular la intensidad tenemos que despejar en la ley de Ohm la intensidad y sustituir los datos en la ecuación:
Por tanto, por el circuito circula una intensidad de 0,1 amperios.
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Como ya se ha dicho antes, cuando conectamos una pila a un cable (conductor) se establece una corriente electrica (es decir, los todos los electrones se empiezan a mover en la misma dirección). Dependiendo del tipo de pila que se conecte esa corriente será mayor o menor.
Cada tipo de pila tiene una tensión diferente. Hay pilas de 1,5 voltios, de 4,5 voltios, de 9 voltios... Cuanto mayor sea la tensión de la pila que conectemos al circuito mayor será la intensidad de la corriente, ya que según la ley de Ohm I = V / R.
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5. Analogía entre los circuitos eléctricos y los circuitos hidráulicos
Para entender mejor el funcionamiento de los circuitos eléctricos a menudo los comparamos con los circuitos hidráulicos (instalaciones de agua con tuberías, válvulas, bombas de agua...).
- Los conductores eléctricos a través de los cuales se mueven los electrones se puede comparar a las tuberías de agua a través de las cuales se desplazan las moléculas de agua.
- La pila de un circuito eléctrico que impulsa a los electrones a través de los cables se puede comparar con la bombas hidráulicas que impulsan el caudal de agua a través de las tuberías de una instalación hidráulica.
- Y por último, las resistencias de un circuito eléctrico que dificultan el paso de la corriente son equivalentes a las válvulas de un circuito hidráulico que al cerrarse dificultan el paso de la corriente de agua.
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6. Medición de magnitudes
Para medir la tensión y la intensidad de un circuito se utilizan dos aparatos:
- El voltímetro (para medir la tensión): que se conecta en paralelo.
- El amperímetro (para medir la intensidad): que se conecta en serie.
Sin embargo, en la actualidad se suele utilizar un único aparato capaz de medir tanto la tensión como la intensidad que se llama multímetro.
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7. Tipos de conexión en un circuito
Dependiendo de la forma en que se conectan entre sí los componentes en un circuito (bombillas, resistencias, motores, pilas...) se diferencian tres tipos de conexión:
- Conexión en serie: cuando un componente se situa detrás de otro. En este caso la intensidad de corriente que circula por ambos componentes es la misma.
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| Dos resistencias conectadas en serie. |
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| Cuatro leds conectados en serie. |
- Conexión en paralelo: en este caso, la intensidad que circula por uno y otro componente son, por lo general, distintas ya que antes de llegar a ellos la corriente eléctrica se ha separado, por lo que parte atraviesa uno de los componentes y parte el otro componente.
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| Dos leds conectados en paralelo. |
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| Tres resistencias conectadas en paralelo. |
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| Seis resistencias en conexión mixta. |
8. Resistencia equivalente de un conjunto de resistencias
Cuando en un circuito hay un conjunto de resistencias podemos simplificarlo de la siguiente manera:
- Si están conectadas en serie: únicamente hay que sumar el valor de todas las resistencias.
Importante: Cuando se conectan varias resistencias en serie la resistencia equivalente es más grande que cualquiera de las resistencias.
- Si están conectadas en paralelo: el cálculo es un poco más complejo.
El primer paso es sumar los inversos de los valores de las resistencias, es decir:
Y por último se calcula el inverso de ese resultado, es decir:
Por tanto:
Importante: Cuando se conectan varias resistencias en paralelo la resistencia equivalente es más pequeña que cualquiera de las resistencias.
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9. Potencia eléctrica
La potencia eléctrica (representada con la letra P) es la cantidad de energía que un elemento consume o genera en un determinado momento. La unidad de la potencia es el Vatio, que se representa con la letra W.
La fórmula que nos permite calcular la potencia de un componente eléctrico en general es la siguiente:
Si el componente eléctrico es una resistencia se puede aplicar la siguiente fórmula:
Que se obtiene al juntar la ecuación de la potencia con la ley de Ohm:
Como aparece en la definición de la potencia eléctrica, hay componentes que consumen potencia eléctrica y otros que la generan. En función de si consumen o generan potencia clasificamos los componentes eléctricos en:
- Componentes activos: pilas y baterías.
- Componentes pasivos: resistencias, bombillas, motores...
¿Dónde encontramos estos componentes en nuestra vida diaria?
- Bombillas: lámparas, farolas del alumbrado público, faros de los coches...
- Motores eléctricos: lavadoras, batidoras, ascensores, coches eléctricos...
- Resistencias: placas vitrocerámicas de las cocinas, calefactores eléctricos, tostadoras, hornos eléctricos...
