1 Resistencia equivalente

En un circuito formado por varias resistencias se llama resistencia equivalente a aquella que, sustituyendo a las anteriores, absorbe la misma intensidad.

La determinación de la resistencia equivalente permite simplificar el cálculo de

circuitos al sustituir ramas y mallas complejas por una sola resistencia equivalente. Una vez calculada la tensión y la intensidad en la resistencia equivalente se pueden determinar fácilmente en las resistencias del circuito original.

 

2 Asociación de resistencias. Conexiones serie, paralelo y mixta

Llamamos conexión a la forma de unir los bornes de los aparatos eléctricos.  Existen distintos tipos de conexiones, las principales son la serie y la paralelo; la conexión mixta es la unión de ambas. Veamos en que consiste cada una de ellas.

2.1. Conexión serie

Un grupo de resistencias está conectado en serie cuando ofrece un camino único al paso de la corriente. En este tipo de conexión, el extremo de entrada de una resistencia está conectado con el extremo de salida de la anterior y así sucesivamente.

La intensidad es la misma en todas las resistencias de la conexión serie. Y la tensión total  en

los extremos de la rama será la suma de las caídas de tensión en cada una de las resistencias  que la componen.

La resistencia equivalente de un circuito serie es una resistencia  de valor igual a la suma de las resistencias  que componen la rama serie.

Ejemplo  

Calcular la intensidad y la tensión en cada resistencia del circuito.

La resistencia total es la suma de las tres resistencias:

La intensidad que atraviesa el circuito, según Ohm:

Conocida la intensidad en cada resistencia (es la misma en todo el circuito) podemos calcular la caída de tensión en las mismas:

2.2. Conexión paralelo

Un grupo de resistencias está conectado en paralelo cuando los extremos de entrada de las resistencias están conectados entre si y los de salida también están conectados entre si.

La intensidad total  que entra en las resistencias en paralelo es igual a la suma de las intensidades  que circulan por cada una de las resistencias. La tensión en bornes de las resistencias es igual a la tensión a la que está sometido el acoplamiento paralelo.

La inversa de la resistencia equivalente es igual a la suma de las inversas de cada una de las resistencias.

Ejemplo  

Calcular la intensidad en cada resistencia y la resistencia equivalente del circuito.

La caída de tensión en cada resistencia es igual a la tensión aplicada al acoplamiento:

Las intensidades que atraviesan cada resistencia, según Ohm:

Y la resistencia equivalente del acoplamiento paralelo es:

De donde,

Cuando se trata de calcular la resistencia equivalente de dos resistencias en paralelo el resultado de despejar en la ecuación anterior es el siguiente:

2.3. Conexión mixta

Circuitos mixtos son aquellos en los que existen conexiones serie y paralelo en el mismo circuito. Para determinar la resistencia equivalente primero se simplifican las resistencias serie y paralelo parciales, hasta que se llegue a un circuito simple del que se determina su resistencia equivalente.

 3 Leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff son una herramienta muy útil para facilitar el cálculo de circuitos. Antes de exponerlas es conveniente definir algunos términos:

Nudo: es un punto del circuito en el que concurren tres o más conductores. En un nudo se produce una derivación del circuito en la que se reparten las corrientes. También se les llama nodo.

Rama: es el conjunto de elementos comprendidos entre dos nudos consecutivos.

Malla: es un camino cerrado que puede ser recorrido sin pasar dos veces por el mismo punto y no puede ser subdividido en otros. Siempre está formada como mínimo por dos ramas.

   

Fíjate:En el circuito de la figura hay dos nudos (A y B), tres ramas (las que salen de A y acaban en B) y dos mallas (que se pueden determinar partiendo de uno de los nudos, p.e. el A, y recorriendolos en un sentido para una malla y en el contrario para la otra malla).

3.1. Primera ley de Kirchhoff o de las corrientes

En un nudo la suma de todas las intensidades que entran es igual a la suma de todas las intensidades que salen.

O, lo que es lo mismo, la suma algebraica de las intensidades que entran y salen de un nudo es cero.

Según esta ley, las cargas eléctricas que llegan a un nudo tienen necesariamente que salir del mismo, por lo tanto la suma de las intensidades que entran tiene que ser igual que la de las que salen.

Tomando como convenio que las corrientes entrantes son positivas y las salientes negativas, se cumple siempre que la suma de las intensidades entrantes es igual a la suma de las salientes, con lo que la suma algebraica de ambas es cero.

En el esquema eléctrico del circuito representaremos el sentido de las corrientes mediante flechas orientadas según el convenio elegido.

Ejemplo  

Calcular la intensidad que entrega la fuente de tensión al circuito.

Sabemos que las intensidades que atraviesan cada resistencia, valen:

Aplicando la 1ª ley de Kirchhoff al nudo A:

3.2. Segunda ley de Kirchhoff o de las tensiones

En toda malla o circuito cerrado, la suma de todas las fem proporcionadas por los generadores es igual a la suma de las caídas de tensión producidas en las resistencias del circuito.

O también, la suma algebraica de tensiones a lo largo de un camino cerrado es cero.

Estableceremos el siguiente convenio para las tensiones que intervienen en el circuito:

La fem de un generador irá siempre del polo negativo al positivo, independientemente de la dirección de la corriente.

El sentido de la caída de tensión en una resistencia depende del de la corriente, será positivo en el terminal de la resistencia por el que entra y negativo en el de salida.

Representaremos el sentido de las corrientes mediante flechas y el de las tensiones mediante los signos + y – según sea mayor o menor el potencial de los extremos de los elementos: en las resistencias será + en el terminal por el que entra la corriente y - por el terminal de salida y en las fuentes + en el borne positivo y - en el negativo. También podremos indicar el sentido de las tensiones mediante flechas orientadas hacia el punto de mayor potencial en cada elemento.

Fíjate:En el circuito de la figura hemos representado la tensión E de la fuente como una flecha orientada desde el polo - hacia el polo+ y las caídas de tensión en las resistencias como flechas de sentido opuesto a la corriente que atraviesa cada resistencia. Observa los signos y los sentidos de las flechas.

En resumen, al analizar un circuito asignaremos un sentido de circulación de la corriente en cada rama del circuito, después vamos dando sentido a las tensiones en cada elemento: en las fuentes del borne - al borne + y en cada resistencia el opuesto al de la corriente de rama que la atraviesa.

Ejemplo  

Calcular la tensión entre los nudos A y B.

Asignamos un sentido a cada una de las corrientes de rama y determinamos el sentido de las caídas de tensión en cada resistencia. Representamos el sentido

que vamos a considerar positivo (en este caso el de las agujas del reloj).Aplicamos la 2ª ley de Kirchhoff a la malla:

La resistencia equivalente y la intensidad del circuito:

; La caída de tensión en la resistencia R1:

De donde,

4 Análisis de circuitos eléctricos por el método de las mallas

Existen diversos métodos para analizar circuitos; uno de los más sencillos, aunque laborioso, es el método de las mallas que consiste en estudiar cada una de las mallas que componen el circuito considerando la influencia de otras mallas en las ramas comunes a dos o más mallas.

Antes de entrar en el proceso de cálculo debemos distinguir entre las corrientes de rama, que son las corrientes que atraviesan cada una de las ramas, y las corrientes de malla, que son las corrientes que recorren cada malla; su valor coincide con el de la corriente de rama en las ramas no comunes a otras mallas y, en las ramas comunes a otras mallas, su suma vectorial con el resto de las corrientes de malla comunes da la corriente de la rama estudiada.

Pasos a seguir:1) Se dibuja el esquema con todos sus elementos2) Identificadas las mallas, se asigna un sentido a las corrientes de malla. Habitualmente se les atribuye el sentido de giro de las agujas del

reloj.3) Se aplica la ley de las tensiones de Kirchhoff a cada malla, desarrollándose un sistema de ecuaciones de las mallas. Se tendrá en cuenta

que las caídas de tensión en ramas comunes a varias mallas serán debidas a la suma algebraica de todas las corrientes de malla que atraviesen la resistencia estudiada.

4) Se resuelve el sistema de ecuaciones de las mallas

5) Calculadas las intensidades de malla se despejan las intensidades de rama: en las no comunes a varias ramas, la intensidad de rama es la de la malla; en las comunes a varias mallas es la suma algebraica de sus intensidades.

Ejemplo  

5 Teorema de superposición

El teorema de superposición permite simplificar el cálculo de circuitos con varias fuentes, analizándolos individualmente y sumando algebraicamente el efecto que produce cada una de las fuentes.

En un circuito con más de un generador la tensión o la intensidad en cualquier elemento la suma algebraica de los efectos producidos por cada generador individualmente, cuando el resto de generadores se remplazan por su resistencia interna.

 Ejemplo  

Las corrientes de rama del siguiente circuito se pueden determinar analizando las corriente de rama de cada uno de los circuitos constituidos por una sola fuente y sumando algebraicamente las corrientes obtenidas. Es decir:

6 Teorema de Thevening

Permite convertir un circuito complejo en un circuito sencillo equivalente formado por una fuente en serie con una resistencia.

Un circuito lineal  (formado por elementos lineales en los que la relación entre tensión e intensidad es una línea recta, es decir, por

resistencias, bobinas y condensadores y por fuentes de tensión lineales) cualquiera formado por varias fuentes y resistencias se comporta, desde el punto de vista de una resistencia o carga externa conectada entre dos puntos del circuito, como una fuente de tensión en serie con una resistencia equivalente.

Pasos a seguir:Se desconecta la resistencia externa y se calcula la tensión existente entre los puntos A y B (VAB), esta será la fem de la fuente en el

circuito equivalente.Se cortocircuitan todas las fuentes de tensión y se calcula la resistencia equivalente entre los puntos A y B (RAB).

El nuevo circuito estará formado por una fuente de tensión VAB en serie con una resistencia RAB conectadas entre los puntos A y B a la carga.

Ejemplo  

Determinar el circuito equivalente Thevening:

Se desconecta la resistencia de carga y se calcula la tensión existente entre los puntos A y B:

Dicha tensión es la fem de la fuente del circuito equivalente Thevening. A continuación se elimina la fuente de tensión y se calcula la resistencia equivalente del circuito resultante entre los puntos A y B.

El circuito equivalente Thevening es el que resulta de conectar en serie la tensión VAB y la resistencia RAB resultantes.

 

Resumen

Resistencia equivalente es aquella que, sustituyendo a varias resistencias, absorbe la misma intensidad.

Conexión es la forma de unir los bornes de los aparatos eléctricos. En una conexión serie la intensidad es la misma en todas las resistencias, la tensión total es

la suma de las caídas de tensión en cada una de las resistencias y la resistencia equivalente es una resistencia de valor igual a la suma de las resistencias

En una conexión paralelo la intensidad total del acoplamiento es igual a la suma de las intensidades que atraviesan cada una de las resistencias, la tensión en bornes de las

resistencias es igual a la tensión a la que está sometido el acoplamiento paralelo y la inversa de la resistencia equivalente es igual a la suma de las inversas de cada una de las resistencias.

1ª Ley de Kirchhoff: "En un nudo la suma de todas las intensidades que entran es igual a la suma de todas las intensidades que salen".

2ª Ley de Kirchhoff: "En toda malla o circuito cerrado, la suma de todas las fem proporcionadas por los generadores es igual a la suma de las caídas de tensión producidas en las resistencias del circuito".

Al analizar un circuito asignaremos un sentido de circulación de la corriente en cada rama del circuito, después vamos dando sentido a las tensiones en cada elemento: en las fuentes del borne - al borne + y en cada resistencia el opuesto al de la corriente de rama que la atraviesa.

Teorema de Superposición: "En un circuito con más de un generador la tensión o la intensidad en cualquier elemento la suma algebraica de los efectos producidos por cada generador individualmente".

Teorema de Thevening: "Un circuito lineal cualquiera formado por varias fuentes y resistencias se comporta, desde el punto de vista de una resistencia o carga externa conectada entre dos puntos del circuito, como una fuente de tensión en serie con una resistencia equivalente".

1 Naturaleza de la electricidad

La materia está formada por unidades minúsculas llamadas átomos que, a su vez, están constituidos por partículas más pequeñas: los

neutrones y protones en el núcleo y  los electrones en la corteza, girando alrededor de los anteriores.

Los protones tienen carga positiva y los electrones negativa.

Cada material está formado por un tipo de átomo que se diferencia de otros en el número de partículas subatómicas que tiene. Normalmente los átomos suelen tener el mismo número de electrones que de protones, por lo que su carga total es neutra ya que se contrarrestan las cargas de las distintas partículas.

Así, el Hidrógeno (H) está formado por un electrón, un protón y un neutrón, el Hélio (He) por dos, el Cu por 29 electrones, 29 protones y 29 neutrones.

En ocasiones los átomos sufren una variación en el número de electrones, entonces el átomo adquiere carga eléctrica, que será positiva cuando haya perdido algún electrón (ya que el número de electrones será menor que el de protones) y negativa cuando adquiera nuevos electrones.

Cuando, por cualquier motivo, la carga total deja de ser nula, el átomo tiende a ceder o a tomar electrones de los átomos cercanos para volver a su estado de equilibrio.

 

El movimiento de electrones que se produce para lograr el equilibrio de carga entre distintos átomos constituye el fenómeno eléctrico y el trabajo desarrollado durante el movimiento de electrones la energía eléctrica.

La electricidad es el movimiento de electrones entre átomos con distinta carga para lograr el equilibrio electrónico.

Según la capacidad que presenten para permitir el paso de los electrones a su través se distinguen los siguientes materiales:

Aislantes: Ofrecen una gran resistencia al paso de los electrones. Son el vidrio, la madera, la mayor parte de los plásticos, la goma, etc. Se utilizan para separar cuerpos a distinto potencial y para evitar riesgos eléctricos.

Conductores: Presentan poca resistencia al movimiento de electrones en su interior. Son los metales, principalmente el cobre (Cu) y el aluminio (Al) y las disoluciones electrolíticas. Se utilizan para transportar energía eléctrica.

Semiconductores: Son aislantes bajo determinadas condiciones y conductores en otras. Forman parte de la inmensa mayoría de los componentes electrónicos actuales y son principalmente el silicio (Si) y el germanio (Ge).

2 Intensidad de corriente

Se conoce como carga eléctrica (Q) de un cuerpo al exceso o defecto de electrones que presenta y

tiene distinto signo según se trate de defecto de electrones (+) o de exceso (-). Se mide en culombios [C].Cuando se unen dos cuerpos con distinta carga a través de un elemento conductor, se produce un movimiento de electrones desde el que

tiene carga negativa hacia el de carga positiva. Ese movimiento es lo que conocemos como corriente eléctrica  o flujo ordenado de electrones en el interior de un conductor para lograr el equilibrio electrónico entre dos puntos a distinta carga o potencial.

La cantidad de electrones que circula por unidad de tiempo se llama intensidad de la corriente eléctrica y se mide en amperios [A].

La  corriente de electrones en el interior de un elemento conductor se asemeja al flujo de agua en el interior de un tubo. La intensidad de la corriente se correspondería con el caudal (o número de litros por unidad de tiempo) que atraviesa el tubo.

La corriente o flujo de electrones en un elemento conductor tiene un sentido de movimiento que, lógicamente, será desde el material cargado negativamente hacia el cargado positivamente, ese sentido del movimiento es el sentido real de la corriente. Sin embargo, hasta hace unos años se creía que la corriente circulaba desde el signo (+) al signo (-) y para mantener la homogeneidad a la hora de representar el sentido de la corriente, este es el criterio que se usa habitualmente, llamado sentido convencional de la corriente.

La intensidad eléctrica se puede cuantificar por el número de cargas que circulan en un determinado tiempo, o sea:

Curiosidad

3 Potencial eléctrico. Diferencia de potencial y Fuerza electromotriz

El potencial eléctrico es el "nivel de energía eléctrica" al que se encuentra un cuerpo. La diferencia de potencial o tensión es la diferencia existente entre el potencial de un punto respecto a otro (que se toma como referencia).

La diferencia de potencial entre dos puntos distintos de un circuito o instalación eléctrica puede ser provocada por un dispositivo que entregue energía, en cuyo caso la tensión recibe el nombre de fuerza electromotriz (fem) o como consecuencia de la pérdida de energía en un elemento por el que circula corriente, entonces hablamos de caída de potencial o de tensión (cdt). La diferencia de potencial,

tanto si es fem como si es cdt, se mide en voltios [V].Para lograr que un cuerpo se ponga a potencial es necesario provocar en él un exceso o defecto de cargas. La energía necesaria para

conseguirlo se llama fuerza electromotriz, y los dispositivos que la generan fuentes de tensión o de alimentación, como son las baterías

y los generadores. Por tanto, Fuerza electromotriz es lo que produce el movimiento de cargas en el interior de una fuente de tensión.

Para que circule una corriente entre dos puntos es necesario que ambos se encuentren a distinto potencial. Aún así puede existir una diferencia de potencial entre dos puntos pero esta condición no es única para que circule corriente. Para ilustrarlo pensemos en una manguera conectada a la red de suministro de agua, siempre está sometida a la presión de la red (equivale a la tensión en un circuito eléctrico) pero sólo circula flujo (corriente en un circuito eléctrico) cuando está abierto el grifo (interruptor).

Ejemplo  

Para calentar una habitación es necesario  que exista un elemento que esté a una temperatura superior a la de la habitación, es esa diferencia de temperatura la que permite la circulación de un flujo térmico. Si el calefactor está a la misma temperatura que la habitación no existe intercambio de calor. Lo mismo ocurre con la corriente, si no existe diferencia de potencial no hay flujo de corriente. Además, si los dos cuerpos están aislados entre si pueden estár a distinta temperatura sin que exista flujo térmico entre ambos.

 

Cuando la corriente circula a través de un circuito se van produciendo pérdidas de energía, la diferencia de potencial entre dos puntos debida a pérdidas de energía se llama caída de tensión, y aparece siempre que circula una corriente a través de un elemento con resistencia.

 4 Potencia y energía eléctricas

Energía o trabajo eléctrico es lo que hace moverse a un conjunto de cargas. Sólo habrá trabajo cuando exista movimiento de cargas en el circuito.

La potencia es el trabajo desarrollado en la unidad de tiempo. Cuanto mayor sea la potencia de un aparato, mayor será la energía o trabajo que pueda desarrollar o que consuma en un tiempo determinado, por ello se trata de una característica fundamental de los receptores eléctricos. Se mide en vatios [W].

La energía desarrollada o consumida por un aparato en un periodo determinado es igual a la potencia por el tiempo que está conectado.

La energía eléctrica se mide en vatios por hora [W·h], o más habitualmente en kilowatios por hora [kW·h]. En ocasiones se mide en Julios [J], siendo 1J=1W·1s.

Aprender más:SOBRE CONTADORES

Hay básicamente tres formas de generar energía eléctrica:   A partir de reacciones químicas (pilas y baterías) Convirtiendo en energía eléctrica la energía mecánica producida mediante otras energías como la hidráulica, la

térmica, la nuclear, la eólica, etc.

Mediante la energía solar fotovoltaica, basada en la propiedad que tienen ciertos materiales semiconductores de producir energía al incidirles luz.

5 Tipos de energía eléctrica. Clasificación de las señales

Según el sentido del movimiento de los electrones se distinguen dos tipos de energía eléctrica:

Corriente continua, es aquella en la que las cargas en movimiento siempre se desplazan en el mismo sentido, es decir, la que no cambia de signo en el tiempo. Es la que proporcionan las pilas, las baterías, las células fotoeléctricas y las fuentes de alimentación de muchos pequeños electrodomésticos.

Representándola gráficamente una tensión continua frente al tiempo sería aquella que permanece siempre en el mismo cuadrante sin

cruzar el eje X. Normalmente además de continua, esta tensión es constante, es decir, no varía en el tiempo, en la gráfica se representará como una línea horizontal, es el caso de pilas y baterías.

Corriente alterna, es aquella en la que los electrones se mueven en ambos sentidos de forma periódica, o sea, la que cambia de signo en el tiempo.

Este tipo de energía es el que producen los alternadores y se usa habitualmente en la generación y transporte de energía porque presenta importantes ventajas frente a la continua.

Gráficamente, la tensión alterna es aquella que atraviesa el eje X en el tiempo. Normalmente es de tipo senoidal (su onda tiene la forma de la función matemática seno) a una frecuencia de 50 herzios, es decir repitiéndose la forma de la onda cincuenta veces por segundo.

La tensión alterna sinusoidal queda caracterizada por la amplitud (o valor máximo que adquiere la onda ) y por su frecuencia (o número de veces que se repite su ciclo en un segundo)

 Corriente mixta, es aquella en la que se superponen una corriente continua y una alterna, gráficamente la señal toma la forma de la señal alterna desplazada sobre el eje de ordenadas la magnitud de la continua.

Este tipo de corriente se utiliza cuando se quiere transmitir información por conductores de corriente continua, en señales de antena, etc.Y según los valores de tensión empleados se distinguen:

Baja Tensión (BT): es cuando se usan tensiones alternas menores de 1000V o continuas menores de 1500V. Es la existente en las viviendas, comercios, automóviles y en la mayoría de las instalaciones receptoras.

Aprender más:SOBRE BAJA TENSIÓN

Alta Tensión (AT): cuando las tensiones alternas son mayores de 1000V o las continuas mayores de 1500V. Se usa sólo en líneas de transporte y distribución de energía eléctrica y en algunos motores de muy grandes potencias.

 

6 Fuentes de alimentación

Una fuente de alimentación es todo aparato o instalación que proporciona una tensión y una intensidad, también se le llama fuente de tensión. Dependiendo de las características de la energía eléctrica que entrega podemos distinguir fuente de tensión continua o alterna.

El símbolo que las representa en los esquemas eléctricos según normas es:

Fuente de continua, dos rayas paralelas de distinta longitud, representando la de menor longitud el polo negativo y el otro el positivo. A un lado se indica el valor de la tensión de salida de la misma.

Fuente de alterna, un círculo (con una s girada 90º en su interior si es alterna senoidal) y el valor eficaz de la tensión a un lado.

7 Unidades y múltiplos

Las unidades según el sistema internacional S.I., que es el aceptado en España y en la mayoría de los países, de cada una de las magnitudes vistas son:

Magnitud

Unidad Símbolo

Intensidad

Amperio A

Tensión Voltio V

Potencia Watio W

Energía Watio·hora

W·h

Resisten Ohmio

cia

Los múltiplos y submúltiplos se designan según la siguiente tabla:

Factor

Prefijo Símbolo

109 giga G

106 mega M

103 kilo k

102 hecto h

101 deca da

10-1 deci d

10-2 centi c

10-3 mili m

10-6 micro

10-9 nano n

Ejemplos  

2 kV=2·103 V=2.000 V 3 M=3·106= 3.000.000 500 A=500·10-6 A=0,0005 A

7 mW=7·10-3 W=0,007 W

 Resumen

Cuando, por cualquier motivo, la carga total deja de ser nula, el átomo tiende a ceder o a tomar electrones de los átomos cercanos para volver a su estado de equilibrio.

La electricidad es el movimiento de electrones entre átomos con distinta carga para lograr el equilibrio electrónico.

Carga eléctrica (Q) de un cuerpo al exceso o defecto de electrones que presenta. Se mide en culombios [C]

Corriente eléctrica  o flujo ordenado de electrones en el interior de un conductor para lograr el equilibrio electrónico entre dos puntos a distinta carga o potencial.

La cantidad de electrones que circula por unidad de tiempo se llama intensidad de la corriente eléctrica y se mide en amperios [A].

La diferencia de potencial o tensión es la diferencia existente entre el potencial de un punto respecto a otro

Puede ser provocada por un dispositivo que entregue energía, en cuyo caso la tensión recibe el nombre de fuerza electromotriz (fem) o como consecuencia de la pérdida de energía en un elemento por el que circula corriente, entonces hablamos de caída de potencial o de tensión (cdt). Se mide en voltios [V]

Fuerza electromotriz es lo que produce el movimiento de cargas en el interior de una fuente de tensión

Para que circule una corriente entre dos puntos es necesario que ambos se encuentren a distinto potencial

Energía o trabajo eléctrico es lo que hace moverse a un conjunto de cargas La potencia es el trabajo desarrollado en la unidad de tiempo La energía eléctrica se mide en vatios por hora [W·h] Corriente continua es aquella que no cambia de signo en el tiempo Corriente alterna es aquella que cambia de signo en el tiempo Baja Tensión (BT): son tensiones alternas menores de 1000V Alta Tensión (AT): son tensiones alternas mayores de 1000V

Una fuente de alimentación es todo aparato o instalación que proporciona una tensión y una intensidad

 

Curiosidad

El famoso "Silicon Valley" (Valle del Silicio) estadounidense debe su nombre a la cantidad de industrias electrónicas establecidas en él, ya que la materia prima básica para la fabricación de componentes electrónicos son los

SEMICONDUCTORES, y principalmente el Silicio, que se extrae de la arena.

Contadores

El aparato que mide la energía es el CONTADOR, que da el consumo mensual del abonado en kW·h consumidos. Su lectura mensual proporciona lo que en las facturas de las compañías suministradoras aparece como Término de Energía. También

aparece el Término de Potencia que es el valor máximo de potencia instantánea que puede consumir un abonado porque así lo contrata con la suministradora.

Baja Tensión

La tensión existente en los enchufes de las viviendas es siempre BAJA TENSIÓN ( 220-230V actualmente ó 125V antes), aunque es lo suficientemente elevada como para provocar la muerte.

1 Resistencia y conductancia

La resistencia es la oposición que presentan los cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios [].

La oposición que presentan los cuerpos se debe a que los electrones al moverse en el interior de los átomos rozan produciendo choques que desprenden energía en forma de calor. Cuanto mayor es el número de choques, mayor es la resistencia que presenta el material.

La resistencia depende de tres factores:

La sección del elemento conductor (a mayor sección menor resistencia)

La longitud del mismo (a mayor longitud, mayor resistencia)

La naturaleza del conductor, sabemos que hay materiales que dejan pasar muy bien la corriente y otros que no. La característica que define la mayor o menor oposición del material al paso de la corriente es la resistividad , que se mide en [·mm2/m].

Estos tres factores se relacionan con la resistencia mediante la siguiente ecuación:

Donde es la resistividad en [·mm2/m], l la longitud en [m] y S la sección en [mm2].

Curiosidad

A la derecha se representan los símbolos normalizados de una resistencia. El inferior representa, en general, una impedancia.

Todo aparato o conductor eléctrico presenta una resistencia.

La conductancia G es la inversa de la resistencia, es decir, la facilidad que ofrecen los cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Su unidad es el siemen [S].

2 Circuitos eléctricos. Partes que los componen

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos unidos entre si formando un camino cerrado por el que puede circular corriente eléctrica.

El circuito básico está constituido por:

Un generador, que proporciona la diferencia de potencial. Puede ser una batería para obtener una tensión continua o un alternador para obtener una alterna.

Un receptor o carga que es todo aparato que consume energía eléctrica. Por ejemplo, una bombilla, un horno, un televisor, una lavadora, o cualquier otro aparato que se alimente con electricidad.

Un conductor que une eléctricamente los distintos elementos del circuito. Suele ser cable de cobre o de aluminio.

Un interruptor como elemento de control para permitir o cortar el

paso a la corriente.

Conectando los distintos elementos según el esquema se crea un circuito eléctrico en el que en el momento en que se cierra el interruptor, se establece un flujo de corriente eléctrica que partiendo de la fuente de tensión atraviesa el interruptor cerrado y por el conductor llega al receptor poniéndolo en funcionamiento, por último las cargas retornan por el conductor hasta el generador.

Para que exista corriente eléctrica  se deben cumplir una serie de condiciones:

Debe existir un camino cerrado  para el paso de la corriente, ese camino constituye un circuito eléctrico. Cuando el interruptor está abierto se interrumpe el circuito y el paso de la corriente.

El circuito debe estar constituido por elementos conductores  (que permitan el paso de corriente, con mayor o menor facilidad)

En el circuito tiene que haber al menos una fuente de tensión  que produzca la diferencia de potencial que provoca el paso de corriente.

Se puede hacer la siguiente clasificación de las partes que constituyen un circuito:Elementos activos: son aquellos que aportan energía al circuito, es decir los generadores eléctricos.Elementos pasivos: aquellos que consumen la energía aportada por los elementos activos y la transforman en otro tipo de energía.

3 Símil hidráulico

Para comprender mejor las principales magnitudes eléctricas es habitual recurrir al símil hidráulico estableciendo semejanzas con un circuito eléctrico.

Supongamos dos depósitos A y B situados a distinta altura. Para subir agua desde A a B hace falta un aparato que aporte la energía (presión) necesaria, dicho aparato es la bomba. Y cuanto mayor sea la altura a superar mayor ha de ser la energía que aporte la bomba.

Lo mismo sucede en un circuito eléctrico, hay un generador que proporciona la energía necesaria para poner en movimiento los electrones. Y cuanta mas resistencia encuentren esos electrones, mayor será la energía que deba proporcionar la fuente.

 Una vez que el agua se encuentra en

el depósito superior tiene una energía potencial que le permite, al caer sobre ella, accionar la turbina, produciendo un trabajo. En un circuito eléctrico la turbina representa al receptor que consume la energía eléctrica. Para una apertura de salida en el depósito B determinada el caudal que cae sobre la turbina es mayor cuanto mayor sea la altura a que se encuentra el depósito B, igualmente la corriente en un circuito eléctrico es mayor cuanto más alta sea la tensión para una resistencia determinada.

 

El agua circula desde el punto de mayor (B) al de menor potencial (A), en electricidad ese también es el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica, considerándose esta positiva cuando se desplaza desde el punto de mayor potencial (+) al de menor potencial (-).

Una vez que el agua se encuentra en el depósito superior tiene una energía potencial que le permite al caer sobre la turbina accionarla, produciendo un trabajo. En un circuito eléctrico la turbina representa al receptor que consume la energía eléctrica. Para una apertura de salida en el depósito B determinada el caudal que cae sobre la turbina es mayor cuanta mayor sea la altura a que se encuentra el depósito B, igualmente la corriente en un circuito eléctrico es mayor cuanto más alta sea la tensión para una resistencia determinada.

El agua circula desde el punto de mayor (B) al de menor potencial (A), en electricidad ese también es el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica, considerándose esta positiva cuando se desplaza desde el punto de mayor potencial (el +) al de menor potencial (el -).

 4 Ley de Ohm

Establece la relación existente entre tensión, intensidad y resistencia, permitiendo determinar cualquiera de los tres parámetros conocidos los otros dos.

Según esta ley, “la intensidad de corriente que circula a través de una resistencia es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional al valor de la resistencia".

Esta ley se expresa matemáticamente como:

Fíjate:De esa fórmula se pueden despejar la tensión, con lo que obtendríamos la diferencia de potencial existente entre los extremos de la resistencia cuando circula una intensidad, o la resistencia que tiene un elemento si al pasar una corriente I la tensión medida entre sus extremos es V.

Ejemplo

¿Qué intensidad circula en el siguiente circuito?

Aplicando la ley de Ohm

 

 

Aprender más:SOBRE ÓHMETROS

5 Ley de Joule

La circulación de corriente a través de cualquier elemento conductor produce un calentamiento  en el mismo, lo que da lugar a  pérdidas de energía  eléctrica en forma de energía calorífica.

Esta energía calorífica es debida al rozamiento de los electrones en el interior del conductor. El calor (en calorías) desprendido se calcula mediante la ecuación de la ley de Joule.

   [cal] siendo proporcional a la resistencia del material, al cuadrado de la intensidad de la corriente y al tiempo que está circulando.

En este efecto se basan aparatos como los braseros, o los hornos y calefacciones eléctricas y es lo que explica que se calienten las bombillas o aparatos eléctricos encendidos.

Fíjate:Para reducir las pérdidas de energía producidas por calentamiento en los conductores hay dos opciones (como se observa en la fórmula), reducir la resistencia de los mismos aumentando su sección, o bien, reducir la intensidad que se transporta (con lo que se reducirán las pérdidas en proporción cuadrática). Por eso se emplean altas tensiones en el transporte de energía eléctrica, permitiendo reducir la intensidad sin disminuir la potencia transportada.

El efecto Joule supone un grave inconveniente en las líneas de distribución, ya que al transportarse grandes potencias (y por lo tanto de intensidad) las pérdidas de energía en forma de calor son considerables, suponiendo un coste importante en forma de energía y obligando a emplear secciones de conductores elevadas para que el calentamiento de las instalaciones no sea excesivo.

Aprender más:SOBRE FUSIBLES

Ejemplo

¿Qué cantidad de calor desprenderá una bombilla de 60W y 220V encendida durante 3 minutos?

Como el calor desprendido depende de la intensidad, la resistencia y el tiempo, calcularemos cada uno de los parámetros.De la potencia podemos despejar la intensidad:

Con la ley de Ohm determinamos la resistencia de la bombilla:

Expresamos el tiempo en segundos

Y aplicando la ecuación de la ley de Joule obtenemos el calor desprendido:

 6 Medidas Eléctricas

6.1. Medida de la intensidad

El aparato empleado para medir intensidades es el amperímetro.  Su símbolo es una A rodeada por una circunferencia.

Siempre que se mida una intensidad es necesario abrir el circuito por el punto donde se quiere

medir e intercalar en serie el amperímetro , de forma que la intensidad lo atraviese.

En los amperímetros analógicos las puntas de prueba tienen polaridad por lo que hay que conectar la punta + en el punto de mayor potencial y la - en el de menor potencial.

La medida se realizará desde la escala mayor del amperímetro y se irá bajando hasta que la aguja del mismo quede aproximadamente a mitad de la escala.

6.2. Medida de la tensión

El aparato empleado para medir tensiones se denomina voltímetro  y se simboliza mediante una V rodeada por una circunferencia.

Para medir la diferencia de tensión entre dos puntos del circuito hay que conectar las puntas de prueba en paralelo  con esos dos puntos, teniendo en cuenta su polaridad como en el caso del amperímetro.Lo que se mide siempre son diferencias de potencial, por lo que hay que conectar las dos puntas del aparato, tomándose la tensión en una de ellas como la tensión de referencia de la otra. Normalmente se toma como referencia la tensión de la punta negativa.

Para la elección de la escala más adecuada procederemos como en el caso anterior, empezando siempre por la mayor.6.3. Medida de la resistencia

El aparato que mide resistencias recibe el nombre de óhmetro  y se simboliza mediante una rodeada por una circunferencia.

Antes de medir una resistencia de un circuito hay que asegurarse de que en el circuito no existe ningún potencial,  ya que podría provocar una avería en el circuito.

El proceso de medición es semejante al caso anterior, debiendo conectar las puntas de prueba a los extremos de la resistencia a medir  y variando de escala hasta que la aguja esté a mitad de escala. La aguja del ómhmetro se desplaza de derecha a izquierda, siendo esta el fondo de escala. En cada escala hay que calibrar el aparato, para ello se cortocircuitan las puntas y se gira es potenciómetro hasta que la aguja indique 0.

Resumen

La resistencia es la oposición que presentan los cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios [].

Todo aparato o conductor eléctrico presenta una resistencia. Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos unidos entre si formando un camino

cerrado por el que puede circular corriente eléctrica. Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos unidos entre si formando un camino

cerrado por el que puede circular corriente eléctrica. Para que exista corriente eléctrica se debe cumplir:

Debe existir un camino cerrado para el paso de la corriente. El circuito debe estar constituido por elementos conductores En el circuito tiene que haber al menos una fuente de tensión

“La intensidad de corriente que circula a través de una resistencia es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional al valor de la resistencia".

La circulación de corriente a través de cualquier elemento conductor produce un calentamiento en el mismo, lo que da lugar a  pérdidas de energía

El aparato empleado para medir intensidades es el amperímetro. Para conectarlo se abre el circuito por donde se quiera medir y se intercala el amperímetro en serie

El aparato empleado para medir tensiones se denomina voltímetro. Para medir tensiones se conecta el voltímetro en paralelo con los puntos entre los que se desea medir.

El aparato que mide resistencias recibe el nombre de óhmetro. Antes de medir una resistencia de un circuito hay que asegurarse de que en el circuito no existe ningún potencial, ya que podría provocar una avería en el circuito. Para medir hay que conectar las puntas de prueba a los extremos de la resistencia

 

 

Curiosidad

Los SUPERCONDUCTORES son materiales que presentan resistencia eléctrica cero. Tienen el inconveniente de que sólo funcionan a muy bajas temperaturas, presentando resistencia para más de -200ºC por lo que no son, de momento, utilizables.

Óhmetros

Los ÓHMETROS se basan en esta ley; hacen pasar una corriente conocida a través de la resistencia a medir y miden la caída de tensión que produce esa intensidad. Aplicando la ley de Ohm se obtiene el valor de la resistencia medida.

Fusibles

Son aparatos de protección contra sobreintensidades basados en la ley de Joule. Están formados por un conductor que se quema cuando se supera la energía calorífica que puede soportar, es decir una intensidad máxima durante un tiempo

determinado.