Circuitos eléctricos

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El descubrimiento o, mejor dicho, el desarrollo del circuito eléctrico, está íntimamente ligado a los avances en los conocimientos sobre la electricidad. Mientras ésta en su forma estática era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno y a su capacidad para ser conducida por algún medio físico fueron hechas sistemáticamente por activos investigadores durante los siglos XVII y XVIII.

ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO

Si se analiza una aplicación concreta, como una lámpara instalada en una habitación, se pueden identificar fácilmente los siguientes elementos que constituyen un circuito eléctrico:

1. Un aporte o fuente de energía eléctrica, como la pila en la linterna o el enchufe en la instalación doméstica.

2. Un material metálico que permite la circulación de la corriente eléctrica, desde la fuente hasta el elemento receptor, los cables o lengüetas metálicas.

3. Un receptor, bombilla o lámpara incandescente, que absorbe la energía eléctrica y la convierte en energía luminosa.

Siguiendo este ejemplo, se puede afirmar que un circuito eléctrico es un conjunto de elementos correctamente interrelacionados, que permite el establecimiento de una corriente eléctrica y su transformación en energía utilizable para cada aplicación concreta (la iluminación en nuestro ejemplo).

La interrelación correcta implica que los distintos elementos tienen que estar conectados electrónicamente, de modo que sus partes metálicas situadas en los terminales de conexión se mantengan en contacto para permitir el paso de la corriente.

Si el circuito eléctrico está interrumpido en algún punto, sea por la acción del interruptor, sea por mala conexión de los distintos elementos con el conductor, o bien por la fusión del elemento receptor, se dice que el circuito está abierto, lo que no permite la transformación y el aprovechamiento de la energía eléctrica. Si por el contrario, existe continuidad eléctrica, como para iluminar una habitación, el circuito está cerrado.

Reparación de un circuito eléctrico en el hogar.

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA

Existen dos tipos de corriente eléctrica: la corriente continua y la corriente alterna.

La corriente continua (CC o DC) se genera a partir de un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido, lo cual es en dirección del campo eléctrico aplicado en el conductor. Al desplazarse los electrones en este sentido, los huecos o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario.

Esquema de un circuito de corriente continua.

Esta corriente se caracteriza por su tensión, porque, al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de la misma. Este tipo de corriente se la encuentra generalmente en motores simples a batería, así como linternas de mano u otros tipos de dispositivos cuyo circuito eléctrico sea simple.

En la corriente alterna (CA o AC), los electrones no se desplazan en la dirección del campo eléctrico, sino que a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan de un lado al otro de su centro, dentro de un mismo entorno o amplitud, a una frecuencia (número de oscilaciones por segundo) determinada.

Por tanto, la corriente así generada (contraria al flujo de electrones) no es un flujo en un sentido constante, sino que va cambiando de sentido y por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones, es decir, que cambia su polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna, la misma es de uso doméstico e industrial.

En Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o Hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que en América la frecuencia es de 60 ciclos o Hertz.

Fuente de energía eléctrica

En todo circuito eléctrico se requiere una fuente de energía externa para mover cargas dentro del circuito. Cualquier dispositivo que lleve a cabo esta tarea en un circuito eléctrico recibe el nombre de “fuerza electromotriz” (lo notaremos con el símbolo ɛ; abreviatura fem). Una fuente común de fem pueden ser una batería ordinaria, un generador eléctrico o celdas solares.

Estos circuitos simples, suelen ser circuitos de corriente continua, como por ejemplo el de una linterna, donde la fem ɛ es la pila, y la resistencia es la lámpara. Las terminales en la fem de potencial alto se las denota con +, y las de potencial bajo con - . Las cargas se moverán en la dirección mostrada con la flecha en la figura. La unidad de medida de la fem es el volt, ya que mantiene una diferencia de potencial en el circuito.

Tomacorriente sobrecargado.

Considerando el circuito de la figura, el cual se denomina circuito de una malla, la fem entrega una determinada energía por tiempo en el circuito, y por medio de la resistencia tenemos que esta energía se disipa en forma de calor o luz. Entonces partiendo del principio de conservación de energía, decimos que la energía que entrega la batería es igual a la que consume la resistencia que podría ser un tubo de una estufa eléctrica o una lamparita incandescente.

El disyuntor eléctrico mantiene una instalación eléctrica segura.

Esto se puede pensar como la conocida ley de Ohm que relaciona la caída de potencial que entrega la batería con la corriente y la resistencia. Y esa caída de potencial es igual a la corriente multiplicada por la resistencia.

Interruptor del circuito eléctrico de una habitación.

TIPOS DE CONEXIÓN

Los elementos de un circuito se pueden conectar de tres maneras:

- Conexión en paralelo

En un circuito en paralelo cada receptor conectado a la fuente de alimentación lo está de forma independiente al resto; cada uno tiene su propia línea, aunque haya parte de esa línea que sea común a todos. Para conectar un nuevo receptor en paralelo, se debe añadir una nueva línea conectada a los terminales de las líneas que ya hay en el circuito.

- Conexión en serie

En un circuito en serie los receptores están instalados uno a continuación de otro en la línea eléctrica, de tal forma que la corriente que atraviesa el primero de ellos será la misma que la que atraviesa el último. Para instalar un nuevo elemento en serie en un circuito se debe cortar el cable y cada uno de los terminales generados conectarlos al receptor.

Mientras más resistencias (que podrían ser lamparitas incandescentes) más débil será el potencial en cada una de ellas, esto en una instalación hogareña se podría notar con una leve pérdida de la intensidad lumínica en las lámparas encendidas a medida que se conectan o encienden más lámparas en serie. Además, que si una de las lámparas se quemara o fuera removida del circuito, se apagarían todas las demás.

- Circuito mixto

Los elementos se colocan unos en serie y otros en paralelo.

¿Cómo están conectadas las tomas de corriente de las viviendas?

Tanto las tomas de corriente como las de luz están conectadas entre ellas en paralelo. De esta forma, la tensión que recibe cada uno de los dispositivos es la misma (ya sea 125 o 220 V) mientras que la intensidad es independiente de la carga conectada en el resto de la vivienda. Si las conexiones fuesen en serie deberían estar todas cargadas para recibir intensidad, y la caída de tensión en cada una de ellas dependería del resto de dispositivos conectados.