Nuestra vida cotidiana esta rodeada de circuitos eléctricos, estos están presentes en los hogares, los comercios y hasta en los teléfonos celulares.
Contenido
- ¿Qué es un Circuito?
- ¿Que es un Circuito Eléctrico?
- Tipos de Circuitos Eléctricos
- Diferencia entre circuito Eléctrico y Electrónico
- Elementos de un Circuito Eléctrico
- Esquema de un Circuito Eléctrico
- ¿Cuál es la función de un circuito eléctrico?
- Análisis de Circuitos Eléctricos
- Historia del Circuito Eléctrico
¿Qué es un Circuito?
En primer lugar, definamos la palabra circuito. Un circuito se define como un camino completo y cerrado alrededor del cual puede circular una corriente eléctrica. También puede significar un sistema de conductores y componentes eléctricos que forman tal camino. Cada vez que acciona un interruptor (en funcionamiento), está completando un circuito y dejando que las corrientes eléctricas hagan lo suyo.
¿Que es un Circuito Eléctrico?
Un circuito eléctrico es una trayectoria o camino a través del cual fluye una corriente eléctrica. La trayectoria puede estar cerrada (unido en ambos extremos), lo que lo convierte en un bucle. Un circuito cerrado hace posible el flujo de corriente eléctrica. También puede ser un circuito abierto donde el flujo de electrones se corta debido a que la trayectoria se rompe. Un circuito abierto no permite que la corriente eléctrica fluya.
Un Circuito eléctrico es sencillamente una red eléctrica que se define como la conexión de dos o mas componentes eléctricos o electrónicos que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como: energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor).
Todos los circuitos eléctricos y electrónicos, sin importar su complejidad, tienen tres factores asociados con ellos: Corriente, Voltaje y Resistencia.
Circuito: Es un recorrido cerrado, por ejemplo un circuito de automóviles.
Eléctrico: Nos referimos a la energía eléctrica o a la electricidad.Entonces la definición de Circuito Eléctrico es: el recorrido cerrado que genera la electricidad o la corriente eléctrica.
Tipos de Circuitos Eléctricos
Existen seis tipos de circuitos eléctricos según la conexión de los componentes que lo componen:
- Circuito Eléctrico en Serie
- Circuito Eléctrico en Paralelo
- Circuito Eléctrico Mixto
- Circuito Abierto
- Circuito Cerrado
- Cortocircuito
Circuito Eléctrico en Serie
Cuando 2 o más cargas (bombilla, CFL, LED, ventilador, etc.) están conectadas entre sí en serie, se denomina Circuito en Serie. En un circuito en serie, la corriente fluye a través de todos los componentes del circuito. La corriente solo tiene un camino para recorrer.
Circuito Eléctrico en Paralelo
Cuando 2 o más cargas (bombilla, CFL, LED, ventilador, etc.) están conectadas entre sí en paralelo, se denomina Circuito Paralelo. En este tipo de circuito, la capacidad de voltaje de todas las cargas debe ser igual al suministro de entrada. El poder de “carga” puede ser diferente. En un circuito paralelo, si una bombilla se malogra, el resto de las bombillas seguirán recibiendo alimentación y brillarán.
Circuito Eléctrico Mixto
Las propiedades de los circuitos en serie y en paralelo se pueden combinar para formar un Circuito Mixto, en el que los cables o componentes están configurados de manera que solo hay dos bucles a través de los cuales puede fluir la electricidad.
Circuito Cerrado
Cuando la carga funciona por sí sola en un circuito, se denomina Circuito Cerrado. En esta situación, el valor del flujo de corriente depende de la carga.
Circuito Abierto
Cuando hay un cable eléctrico o un componente electrónico defectuoso en un circuito o el interruptor está APAGADO, se denomina Circuito Abierto. En el diagrama a continuación, puede ver que la bombilla no está encendida porque el interruptor está APAGADO o hay una falla en el cable eléctrico.
Cortocircuito
Cuando ambos puntos (+ y -) de la fuente de voltaje en un circuito se unen entre sí por alguna razón, se llama Cortocircuito. La corriente máxima comienza a fluir en esta situación. El cortocircuito generalmente ocurre cuando los cables eléctricos conductores se juntan.
Diferencia entre circuito Eléctrico y Electrónico
La diferencia entre los circuitos eléctricos y electrónico no esta muy clara. Por lo general podemos decir que, si un circuito contiene semiconductores es un Circuito Electrónico. En cambio un Circuito Eléctrico posee una serie de elementos o componentes eléctricos como resistencias, inductancias, condensadores y fuentes de alimentación. Estos componentes están conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales eléctricas.
| Circuitos Eléctricos | Circuitos Electrónicos |
|---|---|
| Componentes: Además de los generadores, los circuitos eléctricos contienen componentes pasivos y sistemas de control manual como interruptores y pulsadores. | Componentes: Los circuitos electrónicos contienen elementos activos como los semiconductores y en muchas ocasiones incluyen sistemas de control automático. |
| Objetivo: Aprovechar la energía eléctrica como fuente para transformarla en otras formas de energía. En relación a ésto nos interesa la Potencia eléctrica: la cantidad de energía por unidad de tiempo que podemos utilizar. | Objetivo: Están diseñados para que las señales eléctricas transporten información, ya sea mediante señales analógicas o digitales. |
| Tipo de corriente: Funcionan con corriente alterna o continua dependiendo del circuito. La intensidad puede llegar a variar en amperios y el rango de voltaje es amplio. | Tipo de corriente: Trabajan generalmente con corriente continua. Funcionan con unos pocos voltios y la intensidad de corriente suele ser del orden de los miliamperios (mA). |
| El flujo y la intensidad de la corriente se controla mediante interruptores y resistencias. | El control de estos circuitos se realiza mediante señales eléctricas. |
Componentes Activos y Pasivos
- Los Componentes Activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de controlar el flujo de corriente. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores.
Ejemplos de Componentes Activos: Diodo, Amplificador Operacional, Tiristor, Pila, etc. - Los Componentes Pasivos son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito.
Ejemplos de Componentes Pasivos: Resistencia, Capacitor, Inductor.
Elementos de un Circuito Eléctrico
Los elementos básicos de un circuito eléctrico están conformadas por un conjunto de componentes eléctricos, que conectados pueden hacer circular una corriente eléctrica. Los componentes de un circuito eléctrico básico que vamos a estudiar son los siguientes:
- Generadores
- Conductores
- Receptores
- Elementos de control
- Elementos de protección
En la siguiente imagen veremos las partes básicas de un circuito eléctrico.
Generadores
Son los elementos encargados de suministrar la corriente eléctrica por todo el circuito, creando una diferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corriente eléctrica.
Existen muchos tipos de generadores y acumuladores que se encargan de esta función, como: Los dinamos de las bicicletas, Los paneles solares, La batería de un teléfono móvil o La turbina de una central eléctrica.
| Pilas y Baterías | Generadores | Fuentes de Alimentación |
|---|---|---|
| Los acumuladores acumulan energía eléctrica en su interior, y la van soltando cuándo se conectan sus bornes a un circuito eléctrico. Es el caso de las pilas y baterías electroquímicas. | Los generadores producen energía eléctrica a partir de otra fuente de energía. | Una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la corriente alterna de la red en otro tipo de corriente idónea al uso que se le vaya a dar. |
| Las pilas y baterías electroquímicas son acumuladores de energía que proporcionan corriente continua gracias a unas reacciones químicas que tienen lugar en su interior. | Los alternadores y dinamos transforman la energía mecánica en energía eléctrica. Los primeros producen corriente alterna y los segundos corriente continua. | |
| Tienen dos polos, un positivo y otro negativo. En el símbolo de la pila o batería el positivo es la barra más larga. Por convenio, se considera que en un circuito la corriente eléctrica fluye desde el polo positivo al negativo de la pila. |
Sin embargo la más utilizada es la batería o pila, que se encarga de transformar energía química en energía eléctrica, y también los dinamos y alternadores que se encargan de transformar energía mecánica en eléctrica.
Pilas y Baterías: Son generadores de Corriente Continua (C.C)
Alternadores: Son generadores de Corriente Alterna (C.A)
Conductores
Son elementos que transportan la energía eléctrica, es decir, por donde se mueve la corriente eléctrica de un elemento a otro por todo el circuito eléctrico, partiendo de los generadores hacia los receptores y volviendo al origen. Estos elementos ofrecen muy poca resistencia al paso de la corriente eléctrica y por donde los electrones pueden desplazarse libremente de un punto a otro.
Los más comunes son:
- Los cables: Normalmente están formados por un conjunto de hilos de cobre trenzados (conductor) y están recubiertos por una envoltura de plástico (aislante).
- Placa de Prototipo o Protoboard: Las placas de prototipos se usan para hacer pruebas de circuitos, y comprobar que funcionan antes de soldar los componentes en el circuito definitivo. Se utiliza para el montaje de circuitos electrónicos.
- Placa de Circuito Impreso: Puedes montar un circuito utilizando una placa de circuito impreso. En ella la corriente eléctrica circula por unos caminos de cobre y los componentes se sueldan a la placa con estaño.
Receptores
Son elementos que permiten la transformación de la energía eléctrica en otro tipo de energía útil, por ejemplo las bombillas transforman la energía eléctrica en luz, los radiadores en calor, los motores eléctricos transforman la electricidad en movimiento de rotación, un altavoz transforma electricidad en sonido, etc.
Ejemplos de receptores muy comunes:
- Receptores luminosos (luz): como bombillas, LEDs y Lamparas.
- Receptores sonoros (sonido): como timbres y altavoces.
- Receptores térmicos (calor): como las resistencias eléctricas que llevan las planchas, hornos, estufas, etc.
- Receptores mecánicos (movimiento): como los motores eléctricos.
Elementos de Maniobra o Control
Estos elementos nos permiten maniobrar el paso de la corriente eléctrica y controlar el circuito según nuestras necesidades. Los elementos de control más importantes son los interruptores, conmutadores y pulsadores.
El más conocido es el interruptor, sirve para dejar pasar o no la corriente eléctrica por toda la instalación eléctrica, su mecanismo es muy sencillo, lo único que hace es enlazar el circuito eléctrico mediante la acción de una pieza mecánica. También se usan mucho los pulsadores, que se utilizan cuando queremos dejar pasar o no corriente eléctrica por el circuito pero en unos instantes determinados y durante un tiempo limitado.
Elementos de Protección
Estos elementos se encargan de proteger los componentes del circuito eléctrico de corrientes muy elevadas o fugas, y al operario de posibles accidentes. Los más empleados son los fusibles, interruptores diferenciales y los interruptores magnetotérmicos.
El elemento de protección por excelencia en una instalación eléctrica es el fusible. El fusible es un hilo conductor fino que está calibrado para que sea la parte más débil de una instalación eléctrica, de esta manera, cuando se produzca un cortocircuito y aumente muchísimo la intensidad eléctrica que pasa por el circuito eléctrico, sea el fusible el primero en quemarse y no permita el paso de la corriente de una forma controlada sin que produzca un incendio.
Esquema de un Circuito Eléctrico
Un circuito eléctrico se puede representar gráficamente mediante un esquema eléctrico. En un esquema eléctrico cada elemento eléctrico se representa por un símbolo eléctrico. En la siguiente tabla se muestra los componentes del circuito eléctrico más habituales y el símbolo con que se representa en un diagrama de circuito eléctrico.
La siguiente imagen muestra un ejemplo de un esquema de un circuito eléctrico. Los componentes eléctricos se conectan por medio de cables. Los puntos gruesos señalan puntos de unión o conexión entre cables. Los cruces de cables no implican una conexión si no se indica por un punto negro grueso.
Los circuitos eléctricos realizan funciones muy diversas distribuyendo y transformando la energía eléctrica.
¿Cuál es la función de un circuito eléctrico?
La finalidad de un Circuito Eléctrico es transformar la energía eléctrica que producen los electrones que se están moviendo, en una energía diferente y útil para lo que necesitamos, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla), energía mecánica (motor), etc…
Análisis de Circuitos Eléctricos
Analizar un circuito eléctrico consiste en conocer el valor de magnitudes eléctricas, habitualmente tensión y corriente, en determinados puntos del circuito. A partir de éstas pueden obtenerse otras magnitudes de interés como la potencia o la resistencia. Las magnitudes eléctricas se pueden obtener utilizando instrumentos de medida si el circuito existe físicamente, o deducirlas de forma teórica a partir de un conjunto de leyes aplicadas al esquema eléctrico que representa al circuito real. En este último caso hablamos de análisis teórico de circuitos. El objetivo del análisis teórico de circuitos es deducir unos valores de tensión y corriente en cada punto del circuito que se aproximen a los valores que se obtendrían si se sustituyesen los símbolos del esquema eléctrico por componentes eléctricos reales y realizáramos la medida.
Mediante el análisis de circuitos podemos determinar para qué sirve un circuito, conocer qué valores de tensión existen en cada punto o qué corriente circula por cada elemento. También podemos determinar si un circuito real está funcionando adecuadamente. En este caso, se debe hacer una medida de la magnitud y compararla con el valor que predice la teoría.
Para realizar el análisis teórico de un circuito es necesario conocer:
- La relación matemática que existe entre la corriente y la tensión en los terminales de cada componente eléctrico del circuito. Esta relación se denomina modelo matemático o ecuación característica.
- La relación matemática que se deriva de la forma en que se conectan los componentes, es decir, la relación que se deriva de la topología del circuito.
Historia del Circuito Eléctrico
Las primeras investigaciones de electricidad estática se remontan a cientos de años. La electricidad estática es una transferencia de electrones producidos por fricción, como cuando frotas un globo sobre un suéter. Puede producirse una chispa o un flujo de corriente muy breve cuando los objetos cargados entran en contacto, pero no hay flujo continuo de corriente. En ausencia de una corriente continua, no hay una aplicación útil de electricidad.
La invención de la batería, que podría producir un flujo continuo de corriente, hizo posible el desarrollo de los primeros circuitos eléctricos. Alessandro Volta inventó la primera batería, la pila voltaica, en 1800. Los primeros circuitos utilizaron una batería y electrodos sumergidos en un recipiente con agua. El flujo de corriente a través del agua produjo hidrógeno y oxígeno.
La primera aplicación generalizada de circuitos eléctricos para uso práctico fue para la iluminación eléctrica. Poco después de que Thomas Edison inventó su bombilla incandescente, buscó aplicaciones prácticas para desarrollar un sistema completo de generación y distribución de energía. El primer sistema de este tipo en los Estados Unidos fue la estación de Pearl Street en el centro de Manhattan. Proporcionó energía eléctrica a unas pocas cuadras de la ciudad, principalmente para iluminación.
Una clasificación de circuitos tiene que ver con la naturaleza del flujo de corriente. Los primeros circuitos funcionaban con baterías, lo que generaba una corriente estable y constante que siempre fluía en la misma dirección. Esto es corriente continua o CC. El uso de CC continuó durante el tiempo de los primeros sistemas de energía eléctrica. Un problema importante con el sistema de CC era que las centrales eléctricas podían servir energía en un área de solo una milla cuadrada debido a la pérdida de energía en los cables.
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