El estudio de los circuitos eléctricos ha sido de primordial importancia para el desarrollo de la humanidad. Su uso ha traído al mercado productos cada vez mas pequeños, mas eficientes, baratos y multifuncionales, como las computadoras y los videojuegos. De ahí la importancia de comprender los principios de su funcionamiento.
Definición:
Se denomina circuito eléctrico al camino que recorre una corriente eléctrica. Se inicia en una de las terminales de una pila, pasa a través de un conducto eléctrico (cable de cobre), llega a una resistencia (foco), que consume parte de la energía eléctrica; continúa después por el conducto, llega a un interruptor y regresa a la otra terminal de la pila.
Está compuesto por:
- GENERADOR o ACUMULADOR.
- HILO CONDUCTOR.
- RECEPTOR o CONSUMIDOR.
- ELEMENTO DE MANIOBRA.
El sentido real de la corriente va del polo negativo al positivo. Sin embargo, en los primeros estudios se consideró al revés, por ello cuando resolvamos problemas siempre consideraremos que el sentido de la corriente eléctrica irá del polo positivo al negativo.
Voltaje
El voltaje es la fuerza eléctrica que hace que los electrones libres se muevan de un átomo a otro. La unidad de medida es el voltio (V). El voltaje generalmente es suministrado por una pila o batería, este voltaje se reparte entre los distintos elementos del circuito.
Intensidad de corriente eléctrica (I)
La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de electrones que atraviesan un conductor en la unidad de tiempo. se representa por la letra I y se mide en amperios (A)
Resistencia Eléctrica (R)
La resistencia eléctrica es la mayor o menor dificultad que opone un material al paso de la corriente eléctrica.
La resistencia de una conductor depende de las características del material, es decir, de su resistencia, así como de su longitud y sección.
R es la resistencia y su unidad es ohmio (Ω), ρ es la resistencia del material y se expresa en Ω.m,
I es la longitud en m y S es la sección de conductor en m2.
Simón Ohm descubrió a principios del siglo XIX que en los circuitos eléctricos la intensidad, el voltaje y la resistencia se relacionan según la ley que lleva su nombre.
Donde:
I representa la intensidad medida en amperios
V representa el voltaje medido en voltios
R es la resistencia medida en ohmios
Eléctricos
Circuitos eléctricos en serie:
Son aquellos que disponen de dos o mas operadores conectados seguidos en el mismo cable. En este circuito la intensidad de corriente se distribuye entre las dos lamparas, por lo cual la iluminación no es la misma.
Circuitos eléctricos Paralelos:
En este circuito todas las lamparas reciben el mismo voltaje, si desconectamos una de las lamparas la otra sigue luciendo.
Circuito eléctrico simple:
dispone de una sola bombilla en la que se distribuye toda intensidad de corriente eléctrica.
Leyes de Kirchhoff
En ciertos circuitos eléctricos es difícil expresar numéricamente corrientes, voltajes y resistencias mediante la aplicación de las ecuaciones de circuitos en serie y paralelo, para estos casos, existe un método mas adecuado y general basado en las leyes de Kirchhoff -Gustav Robert Kirchhoff (1839 - 1894), físico alemán pionero en el análisis de los circuitos eléctricos a mediados del siglo XIX.
La primera ley de Kirchhoff establece que la suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un nodo (punto donde se unen varios conductores) de un circuito es igual a la suma de todas las intensidades de corriente que salen del mismo. Por convención, las corrientes que entrar a un nodo son positivas y las que salen, negativas.
Ley de nodos: la corriente entrante a un nodo es igual a la suma de las corrientes salientes. Del mismo modo se puede generalizar la primer ley de Kirchhoff diciendo que la suma de las corrientes entrantes a un nodo son iguales a la suma de las corrientes salientes.Si se le asigna signos (+ y -) a las corriente del circuito (positivo las corrientes que entran y negativo las corrientes que salen), entonces, la sumatoria de las corrientes que convergen en un nodo es igual a cero.
La ley se basa en el principio de la Conservación de la carga donde la carga en couloumbs es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.
Ejemplo
problema de la primera ley de Kirchhoff
Aplicando la primera ley de Kirchhoff al siguiente circuito eléctrico, determinar el valor de las siguientes intensidades l4, l5, l7 e l8.
Resultados l4= 5 A l5= 12 A l7= 4 A l8= 12 A
Segunda ley de kirchhoff
En un circuito cerrado o malla, la suma de la fuerza electromotriz (fem) que proporcionan las fuentes de energía es igual a la suma de caídas de tensión (voltaje) I R que se presentan en cada una de las resistencias del circuito.
∑fem=∑ (I) (R)
∑fem=∑ V
En estos circuitos eléctricos se conocen generalmente algunas fem, resistencias y corrientes, y aquí, mediante la aplicación de las leyes de kirchhoff, es posible conocer el voltaje o la corriente. Por eso, en la resolución de circuitos eléctricos se deben hacer las siguientes consideraciones
- Las corrientes que entran a un nodo son positivas y las que salen, negativas.
- Se debe suponer inicialmente el sentido de las corrientes.
- Si el resultado numérico de una corriente es negativo, indica que el sentido correcto es el contrario.
- Hay que hacer el recorrido de las mallas del circuito en un mismo sentido.
- Si al hacer el recorrido de una malla se encuentra primero la terminal negativa de la batería, la fem se considera positiva.
- Si al hacer el recorrido este tiene el mismo sentido que el de las corrientes supuestas, la caída de tensión (IR) se considera positiva.
Ejemplo
problema de la segunda ley de Kirchhoff
Aplicando la segunda ley de kirchhoff al circuito eléctrico siguiente, determinar los valores de las valores de las corrientes I1 e I2.
Resultados l1 =1.42A , l2=2.4A
