Conceptos esenciales de circuitos eléctricos: componentes, materiales y leyes básicas

Circuito eléctrico y corriente

Circuito eléctrico: recorrido por el cual circulan electrones (generador, hilo conductor, interruptor, receptor).

Corriente eléctrica: circulación de electrones o de carga eléctrica de forma continua por un circuito.

Tipos de materiales

Todos los elementos de un circuito permiten que los electrones se desplacen en su interior, pero no todos los materiales permiten el paso de la corriente eléctrica. La estructura atómica de cada material determina la mayor o menor facilidad con que se desplazan los electrones.

Conductores

• Conductores: poseen electrones que se mueven con facilidad en su interior; son buenos conductores todos los metales.

Aislantes

• Aislantes: los electrones no pueden circular libremente. La madera, el vidrio, el plástico y el aire son aislantes.

Semiconductores

• Semiconductores: presentan propiedades intermedias entre los materiales conductores y los aislantes; los más importantes son el silicio y el germanio.

Resistencia eléctrica

Resistencia eléctrica: oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica.

Componentes y su función

• Pilas: a través de procesos químicos se genera la corriente.
• Bombillas: producen luz.
• Motores: producen movimiento.
• Resistencias: producen calor.
• Timbres: producen sonido.
• Interruptores: permiten o interrumpen de modo permanente el paso de la corriente.
• Pulsadores: son interruptores que actúan solamente mientras son accionados.
• Conmutador: permite dirigir la corriente por una rama del circuito, impidiendo que pase por la otra.
• Fusibles: están formados simplemente por un hilo fino que se funde si la corriente es demasiado alta.
• Diferenciales: protegen de derivaciones o fugas de corriente.

La cantidad de energía que una pila o batería es capaz de proporcionar a cada electrón viene expresada por su voltaje o tensión y se mide en voltios.

Magnitudes eléctricas básicas

Intensidad de corriente: es la carga o el número de electrones que atraviesan la sección de un conductor cada segundo. Se expresa con la fórmula i = Q / t y la unidad es el amperio (A).

Equivalencias: 1 mA = 1 × 10^-3 A, 1 µA = 1 × 10^-6 A.

Ley de Ohm

Relaciones fundamentales entre tensión, corriente y resistencia:

• R = V / I
• V = I × R
• I = V / R

Unidad: 1 ohmio (Ω) = 1 V / 1 A.

Protecciones eléctricas

• Fusibles: están formados por un hilo fino que se funde si la corriente es demasiado alta.
• Diferenciales: protegen de derivaciones o fugas de corriente.
• Nota: en instalaciones existen dispositivos que actúan como protección contra sobrecorrientes y contra fugas; su función es evitar daños en el circuito y riesgos para las personas.

Circuitos: serie, paralelo y mixtos

Circuito en serie

Dos o más elementos están en serie cuando la salida de cada uno es la entrada del siguiente. En un circuito en serie la corriente es la misma en todos los elementos, mientras que el voltaje se reparte entre ellos.

Resistencia total: R = R1 + R2 + R3 + ...

Tensión total: V = V1 + V2 + V3 + ...

Circuito en paralelo

En un circuito en paralelo, los diferentes componentes se colocan de tal manera que todos tienen la misma entrada y salida; la diferencia de potencial de cada elemento es la misma, pero la intensidad es diferente para cada rama.

Fórmula de resistencias en paralelo: 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + ...

Si se colocan más generadores en paralelo, el voltaje es igual en cada rama, pero la corriente se distribuirá entre ellos.

Mixtos

Mixtos: es una mezcla de los dos (serie y paralelo).

Resumen

• Un circuito eléctrico requiere fuente, conductores y carga.
• Los materiales determinan la facilidad de movimiento de electrones: conductores, aislantes y semiconductores.
• La Ley de Ohm relaciona tensión, corriente y resistencia.
• Los circuitos pueden conectarse en serie, en paralelo o de forma mixta, con reglas distintas para la corriente, la tensión y la suma de resistencias.