Cómo Funciona un Circuito Eléctrico.

El conocimiento y las habilidades fundamentales de los circuitos eléctricos básicos siempre funcionan como una base para una experiencia técnica sólida. Los circuitos eléctricos son la base de todo el conocimiento eléctrico, y todos aquellos que quieran comprender esta rama de la ciencia, deben saber estos principios. Aquí veremos cómo funciona un circuito eléctrico, sus componentes y tipos de circuitos básicos.

Si no tienes idea de cómo funciona un circuito eléctrico, o qué quieren decir las personas cuando hablan de voltios y amperios, este artículo te podrá ayudar.

Este artículo ofrece conceptos fundamentales sobre los fundamentos de un circuito eléctrico (voltaje, corriente y resistencia), cómo se relacionan entre sí con la famosa ley de Ohm, la potencia de un circuito eléctrico y veremos el detalle de dos tipos de circuitos eléctricos, los circuitos de CA y CC. Dependiendo del tipo de fuente, la electricidad varía como corriente alterna (CA) y corriente continua (CC).

Cómo Funciona un Circuito Eléctrico
Representación de un Circuito Eléctrico Sencillo
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    Circuitos Eléctricos. Fundamentos.

    Cuando se habla de circuitos eléctricos hay tres cantidades principales a considerar, voltaje, corriente y resistencia.

    El voltaje es la fuerza impulsora que hace que todo funcione. Para la mayoría de las personas, esta es probablemente la cantidad más familiar.

    La corriente es el flujo de electricidad alrededor de un circuito. Por ejemplo, si conectas una lámpara a un enchufe, la electricidad fluirá a través de los cables y se convertirá en calor y luz en la lámpara. Para que la electricidad fluya, necesita algo de fuerza motriz: el voltaje, que es la fuerza motriz.

    A menudo, al tratar de explicar el voltaje y la corriente, se utiliza una analogía del agua. El voltaje es el equivalente a la presión del agua y la corriente es equivalente al flujo de agua a través de las tuberías.

    En cualquier circuito eléctrico hay resistencia al flujo de corriente. La cantidad de resistencia depende de lo que esté conectado en el circuito. A mayor resistencia en el circuito, menos corriente fluye. En el circuito de la lámpara, la resistencia es la cantidad correcta para proporcionar suficiente corriente para hacer que la lámpara brille. Si la resistencia fuera menor, la corriente sería mayor y quemaría la lámpara, si la resistencia fuera mayor, la corriente no fuera suficiente para prender la lámpara.

    Si puedes entender el voltaje, la corriente y la resistencia, puedes entender cómo funcionan los circuitos eléctricos.

    Ley de Ohm.

    Si conoces el valor de dos de estos parámetros, siempre puede calcular el valor del tercero. Alrededor de 1825, un científico llamado Georg Ohm investigó esta relación y se le ocurrió lo que se conoce como la ley de Ohm. En sus experimentos descubrió que, en un circuito eléctrico, el voltaje dividido por la corriente siempre era igual a una constante, la resistencia.

    R = V / I

    Ley de Ohm.

    • R es la resistencia.
    • V es el voltaje.
    • I es la corriente.

    La unidad utilizada para el voltaje es el Voltio (V), para la corriente es el Amperio (A) y para la resistencia el Ohm (Ω) que lleva el nombre de Georg Ohm. Además de la forma de ecuación que se muestra arriba, la ley de Ohm también se puede reorganizar para encontrar el voltaje o la corriente dados los otros parámetros. Esto por despejes matemáticos sencillos.

    • Tips de Seguridad: Cualquier corriente en el cuerpo superior a aproximadamente 0.05 A puede causar lesiones graves o la muerte. Con una resistencia corporal típica de 1000 Ω, un voltaje tan bajo como 50 V puede hacer que esta corriente fluya. Cuando te encuentras alrededor de cualquier voltaje superior a 50 V, debes tomar tantas medidas como sea posible para asegurarse de no entrar en contacto con conductores activos.

    Manejo de las unidades.

    Cuando se trata de circuitos eléctricos, las cantidades de voltaje, corriente y resistencia pueden variar desde millones hasta pequeñas fracciones pequeñas. Este rango de números desde muy grande o muy pequeño puede dificultar la lectura de las cantidades. Para que los números sean más fáciles de leer, se utilizan prefijos, dos comunes son kilo (k) y mili (m):

    • kilo (k) simplemente significa 1000 (mil). Para convertir algo a kilo, simplemente divida por 1000. Por ejemplo, 132.000 V pueden escribirse como 132 kV (kilovoltios) o 43.000 A como 43 kA.
    • mili (m) es una especie de opuesto al kilo, es una unidad dividida en mil, 1/1000 (una milésima). Para convertir a mili solo multiplica por 1000. Por ejemplo, 0.23 A sería 230 mA (mili-amp)

    Potencia.

    La razón por la que construimos circuitos eléctricos es hacer un trabajo útil para nosotros. En una lámpara, esto es para proporcionar luz, en un calentador para calentarnos y en un automóvil eléctrico para conducirnos. Los circuitos eléctricos mueven la energía desde la estación de energía al equipo conectado para que podamos sacarles este trabajo útil.

    La potencia (P) se mide en vatios (w) y si conoces la corriente y la resistencia de un circuito puedes calcularla con la siguiente ecuación.

    P = I² X R

    • P es la Potencia.
    • I es la Corriente.
    • R es la Resistencia.

    Por lo tanto, la potencia en cualquier circuito es el cuadrado del valor de la corriente multiplicado por su resistencia, bastante simple en realidad. Si quieres jugar con las matemáticas, puedes combinar esto con la ley de Ohm para expresarlo de diferentes maneras.

    Circuitos de Corriente Continua.

    En los circuitos de CC, la electricidad fluye en dirección constante con una polaridad fija que no varía con el tiempo. Un circuito de CC utiliza componentes de corriente constante como resistencias y combinaciones de resistencias, componentes transitorios como inductores y condensadores, indicadores y medidores como voltímetros y amperímetros de bobina móvil, fuentes de alimentación de la batería, etc.

    Para analizar estos circuitos, se utilizan diferentes herramientas como la ley de ohms, las leyes de voltaje y corriente como KCL, KVL y teoremas de red como Thevinens, Nortons, Análisis de Mesh, etc. Los siguientes son algunos de los circuitos de CC básicos que expresan la naturaleza operativa de un circuito de CC.

    Circuitos en serie y paralelos.

    La forma de conectar las cargas ciertamente cambia las características del circuito. En un circuito de CC simple, se conecta una carga resistiva como una bombilla entre los terminales positivo y negativo de la batería. La batería suministra la energía requerida a la bombilla y permite al usuario colocar un interruptor para encender o apagar según el requisito.

    Las cargas o resistencias conectadas en serie con la fuente de CC, hacen que el circuito comparta corriente común, pero el voltaje a través de las cargas individuales varía y se suma para obtener el voltaje total. Por lo tanto, hay una reducción de voltaje al final de la resistencia en comparación con el primer elemento en la conexión en serie. Y, si alguna carga sale del circuito, todo el circuito estará en circuito abierto.

    En una configuración en paralelo, el voltaje es común para cada carga, pero la corriente varía según la clasificación de la carga. No hay ningún problema de circuito abierto, si una de las cargas está fuera del circuito. Muchas conexiones de carga son de este tipo, por ejemplo, la conexión del cableado doméstico.

    Por lo tanto, a partir de los circuitos básicos, y con el empleo de las fórmulas, se puede encontrar fácilmente el consumo de carga total, el voltaje, la corriente y la distribución de energía en un circuito de CC.

    Circuitos de Corriente Alterna.

    A diferencia de la corriente continua, el voltaje o la corriente alterna cambian su dirección periódicamente a medida que aumenta de cero a máximo y disminuye de nuevo a cero, luego continúa negativamente al máximo y luego nuevamente a cero. La frecuencia de este ciclo es de aproximadamente 50 ciclos por segundo en Europa.

    Para aplicaciones de alta potencia, la CA es una fuente más predominante y eficiente que la CC. La potencia no es un simple producto de voltaje y corriente como en DC, sino que depende de los componentes del circuito. Veamos el comportamiento del circuito de CA con los componentes básicos.

    Circuito de CA con una resistencia.

    En este tipo de circuito, la caída de voltaje a través de la resistencia está exactamente en fase con la corriente como se muestra en la figura. Esto significa que cuando el voltaje de valor instantáneo es cero, el valor actual en ese instante también es cero.

    Y también, cuando el voltaje es positivo durante la media onda positiva de la señal de entrada, la corriente también es positiva, por lo que la potencia es positiva incluso cuando están en la media onda negativa de la entrada. Esto significa que la energía de corriente alterna en una resistencia siempre se disipa como calor mientras la toma de la fuente, independientemente de si la corriente es positiva o negativa.

    Circuito de CA con inductores.

    Los inductores se oponen al cambio en la corriente a través de ellos, no como las resistencias que se oponen al flujo de corriente. Esto significa que cuando se aumenta la corriente, el voltaje inducido intenta oponerse a este cambio de la corriente al dejar caer el voltaje. El voltaje que cae a través de un inductor es proporcional a la tasa de cambio en la corriente.

    Por lo tanto, cuando la corriente está en su pico máximo (sin tasa de cambio de forma), el voltaje instantáneo en ese instante es cero, y lo inverso ocurre cuando la corriente alcanza su punto máximo en cero (cambio máximo de su pendiente). Por lo tanto, no hay disipación de potencia neta en el circuito de CA del inductor.

    Por lo tanto, la potencia instantánea del inductor, en este circuito, es completamente diferente del circuito de CC, donde está en la misma fase. Pero, en este circuito, tiene una separación de 90 grados, por lo que la potencia es negativa, a veces. Potencia negativa significa que la energía se libera de nuevo al circuito a medida que la absorbe en el resto del ciclo. Esta oposición al cambio actual se llama reactancia y depende de la frecuencia del circuito operativo.

    Circuito de CA con condensadores.

    Un condensador se opone a un cambio en el voltaje, que es diferente a un inductor que se opone a un cambio en la corriente. Al suministrar o extraer corriente, se produce este tipo de oposición, y esta corriente es proporcional a la tasa de cambio del voltaje a través del condensador.

    Aquí, la corriente a través del condensador es el resultado del cambio en el voltaje en el circuito. Por lo tanto, la corriente instantánea es cero cuando el voltaje está en su valor máximo (sin cambio de pendiente de voltaje), y es máxima cuando el voltaje está en cero, por lo que la potencia también alterna en ciclos positivos y negativos. Esto significa que no disipa la energía, sino que simplemente absorbe y libera la energía.

    El comportamiento del circuito de CA también puede analizarse combinando los circuitos anteriores como los circuitos RL (Circuito resistencia-inductor), RC (Circuito resistencia-condensador) y RLC (Circuito resistencia-inductor-condensador) en serie, así como en combinaciones paralelas. Y también las ecuaciones y fórmulas de los circuitos anteriores están exentas en este artículo para reducir la complejidad, pero la idea general es dar un concepto básico sobre los circuitos eléctricos.

    Para cerrar.

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    Para resumir, los circuitos eléctricos tienen tres cantidades interrelacionadas, voltaje, corriente y resistencia. El voltaje es la fuerza impulsora que mueve la corriente alrededor de un circuito permitiendo que se suministre energía al equipo. Cualquier elemento del equipo proporciona resistencia para limitar el flujo de corriente en un circuito. Existe una relación simple entre estos tres parámetros y se llama Ley de Ohm.

    Con suerte, el artículo te ha ayudado a tener una mejor comprensión de la electricidad y los circuitos eléctricos. Esperamos que hayas entendido estos circuitos eléctricos básicos y sean un buen complemento a tus conocimientos sobre electricidad.

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