Circuitos
CIRCUITO ELÉCTRICO
Es
el recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas 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 un 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.
PILAS Y BATERIAS:
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 tiene
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.
FUERZA ELECTROMOTRIZ DE UN GENERADOR:
Se
denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier
fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se
necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos
(uno negativo y otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o
impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
A.
Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia). Por tanto, no se
establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la
batería en este caso).
B.
Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de
la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el
polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.
Resumiendo,
un generador se caracteriza por su fuerza electromotriz, FEM, que es la energía
que proporciona a la unidad de carga que circula por el conductor.
Fuerza electromotriz=
energía/Carga FEM = E/Q
La
unidad de fuerza electromotriz en el SI e s el voltio (V): 1 voltio = 1
julio/ 1 culombio
VOLTIMETRO:
La
FEM se puede medir conectando un voltímetro entre dos puntos de un circuito o
entre los terminales de un generador. El voltímetro siempre se conecta en
paralelo. La escala de un voltímetro viene expresamente en voltios.
Para
efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse
en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de
efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una
resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca consumo
apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello,
en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la
corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas
espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se
consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora. En
la
Figura se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos
de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de
potencial.
INTENSIDAD DE CORRIENTE
La
intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula
por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V)
que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa
corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca
resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por
el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor
resistencia y obstaculice más el paso de
los electrones.
Por
lo tanto, definimos la intensidad de corriente eléctrica, I, como la cantidad
de carga eléctrica que circula por una sección de un conductor en la unidad de
tiempo.
Intensidad
= carga/tiempo I=Q/T
La
intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra (I) y su unidad de
medida en el Sistema Internacional (SI)
es el amper (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra (A).
EL AMPERÍMETRO:
La
intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se
puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito o
mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de gancho. Para
medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro
que mida miliamper (mA).
RESISTENCIA:
La
resistencia de un material es una medida que indica la facilidad con que una
corriente eléctrica puede fluir a través de él. La resistencia (R) de un
conductor (ρ)
es directamente proporcional a su longitud (L) e inversamente proporcional a su
sección (A) y varia con la temperatura.
La
unidad de resistencia en el SI es el ohmio Ω: 1 voltio/ 1 amperio.
Un ohmio
es la resistencia que opone un conductor al paso de la corriente cuando, al
aplicar a sus extremos una diferencia de potencial de un voltio, deja pasar una
intensidad de corriente de un amperio.
Símbolos electrónicos
MEDIDA DE LA RESISTENCIA. LEY DE OHM.
La
resistencia de un conductor es el cociente entre la diferencia de potencial o
voltaje que se le aplica y la intensidad de corriente que lo atraviesa
R=V/I.
Es la expresión matemática de la ley de Ohm.
ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS:
Serie: Es cuando las resistencias están de una detrás
de otra. La intensidad en cada resistencia es igual.
Paralelo: Es cuando las entradas de cada resistencia están conectadas a un mismo
punto y las de salida en otro. El voltaje de cada resistencia es igual al de la
fuente.
Potencia: La potencia de un aparato electrónico es la energía electrónica
consumida en una unidad de tiempo (por lo general, un segundo).
Potencia=energía
consumida/tiempo P=E/t
La
unidad de potencia en el SI es el vatio (W). A menudo la potencia viene
expresadamente en kilowatios. 1kW=1000W.
P= (VA-VB).I
De esta
ecuación se deduce que:
·
Una
diferencia de potencial más elevada origina una potencia mayor, porque cada
electrón transporta mucha más energía.·
Una
intensidad mayor incrementa la potencia, pues hay más electrones que gastan su
energía cada segundo.
El consumo de energía eléctrica:
Se calcula a partir de la
expresión de la potencia multiplicada por el tiempo.
Energía consumida = Potencia *
tiempo así E =
P*t
La energía viene dada en Julios (1 julio = 1 vatio * 1 segundo). No obstante, esta no es la unidad de energía eléctrica que aparece en algunos sitios, sino el kilovatio por hora. 1 Kw * h = 3600000 J.
Efectos de la corriente eléctrica
Son las diferentes
posibilidades de transformación de la energía eléctrica en otras formas de
energía útiles para los seres humanos.
Efectos calorífico o térmico: Podemos describir el movimiento de los electrones en un conductor como una serie de movimientos acelerados, cada uno de los cuales termina con un choque contra alguna de las partículas fijas del conductor.
Los
electrones ganan energía cinética durante las trayectorias libres entre
choques, y ceden a las partículas fijas, en cada choque, la misma cantidad de
energía que habían ganado. La energía adquirida por las partículas fijas (que
son fijas solo en el sentido de que su
posición media no cambia) aumenta la amplitud de su vibración o sea, se
convierte en calor. Para deducir la
cantidad de calor desarrollada en un conductor por unidad de tiempo, hallaremos
primero la expresión general de la potencia suministrada a una parte cualquiera
de un circuito eléctrico. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un
conductor, este experimenta un aumento de temperatura. Este efecto se denomina
“efecto joule”. Es posible calcular la cantidad de calor que puede producir una
corriente eléctrica en cierto tiempo, por medio de la ley de joule.
Efecto luminoso: La energía eléctrica se transforma en energía lumínica a través de la energía calorífica.
Efecto químico: La energía eléctrica se transforma en energía química a través de la electrólisis; es el estudio de las reacciones químicas que produce efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de la corriente o voltajes.
MAGNETISMO
Existe
en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene
lapropiedadde atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas
aleaciones de
estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.
Los imanes: Un imán
es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer cobalto y al
níquel). Los imanes que manifiestan sus
propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnética (Fe3O4)
o artificiales, obtenidos a partir de
aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel
que conserva el magnetismo tras haber sido imanado.
En un imán la capacidad de atracción es mayor en
sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que
tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un
gigantesco imán natural.
Desde
hace tiempo es conocido que una corriente eléctrica genera un campo magnético a
su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas
debidas al movimiento de los electrones que contiene los átomos, cada una de
ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños están orientados en todas las direcciones sus
efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas;
en cambio si todos los imanes se alinean actúan como único imán y en este caso
decimos que la sustancia se ha magnetizado.
Imantar
un material es ordenas sus imanes atómicos.
En la figura 1 se observa en
primer lugar un material sin imantar y en la figura 2 un material imantado.
Figura 1 Figura
2
El
magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además su
capacidad de atraer metales, tiene la propiedad de polaridad. Los imanes tienen
dos polos magnéticos diferentes llamado norte y sur. Si enfrentamos los polos
Su de dos imanes se repelen, y si enfrentamos
el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra
particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las
partes tendrá los dos polos.
Cuando
se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, este adquiere a su vez la
capacidad de atraer otros pedazos de hierro. La atracción o repulsión ente dos
polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia
entre ellos.
Campo magnético
Es la
región del espacio donde se pone de
manifiesto la acción de un imán. Este campo se representa mediante
líneas de fuerza. Que son unas líneas imaginarias, cerradas. Que van del polo
norte al polo sur, polo sur, por fuerza del imán y en sentido contrario en el
interior de éste; se representa con la letra B.
Un imán
atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias
compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos). La imantación se
transmite a distancia y por contacto directo.
Relación electricidad – magnetismo
El
magnetismo está muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica está rodeada
de un campo eléctrico, y si se está moviendo, también de un campo magnético. El
movimiento de la carga produce un campo magnético.
Una
carga en movimiento crea un campo magnético en el espacio que lo rodea
Una
corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo
magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y
de la distancia del conductor.
Bobina
solenoide a la que se le ha introducido
un núcleo metálico como el hierro (Fe). Si
comparamos la bobina anterior con núcleo de aire con la bobina de esta
ilustración, veremos que ahora las líneas de fuerza magnética se encuentran
mucho más intensificadas al haberse convenido en un electroimán.
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