CIRCUITO ELECTRICO I (Profesor Arturo Castillo)

CARGA ELÉCTRICA: La materia está constituida por átomos, y estos a su vez por protones, electrones y neutrones. Los átomos son eléctricamente neutros, es decir tienen igual cantidad de protones y electrones. En los elementos llamados conductores el electrón más externo se desprende fácilmente, dejando al átomo cargado positivamente, por un desbalance de carga, y a un electrón de carga negativa libre, que se desplaza fácilmente a través de los demás atamos del material conductor. Si a un conjunto de electrones libres se le logra desplazar de un punto del conductor a otro, a este desplazamiento de cargas se le llama corriente  eléctrica. Esta se define como la rapidez con la que la carga eléctrica atraviesa un corte transversal o sección de un conductor y se expresa :  donde i es la intensidad de corriente eléctrica, la carga desplazada y  t el tiempo. La unidad de la intensidad de corriente o corriente eléctrica, es el Amperio (A).

ENERGÍA ELÉCTRICA: Es la capacidad que tiene los electrones libres de realizar un trabajo al pasar por los elementos eléctricos capaces de transformar la energía eléctrica en otra clase de energía, como energía calórica y lumínica (bombillos), energía mecánica (motores), energía química (electrólisis), etc.

La cantidad de trabajo o energía realizada por unidad de carga recibe el nombre de voltaje, que se expresa por la relación: v = w/q donde v es el voltaje, q es la carga y w es el trabajo realizado por la carga (o trabajo que puede realizar). La unidad del voltaje es el Voltio (V).

Si a una cantidad deferencial de carga dq se le da un incremento diferencial de energía dw, el potencial de la carga se incrementa por la cantidad: v = dw/dq. Si al voltaje se le multiplica por la corriente:

Se obtiene como resultado la rapidez de cambio de energía, que es la potencia "p". Así, la potencia eléctrica puede definirse como el producto del voltaje por la corriente: p = v. i. La energía como función de la potencia, se encuentra integrando a ésta, donde la energía en cualquier tiempo dado t es:: 


CIRCUITO ELÉCTRICO: Es la unión de elementos circuitales conectados entre si, y cuando fluye energía eléctrica a través de ellos, realizan un trabajo. Un circuito transfiere y transforma energía; la transferencia de energía se logra mediante la transferencia de carga. En el circuito, la energía se transfiere de un punto de suministro (la fuente) hasta un punto de transformación o conversión denominada carga (o sumidero). En este proceso puede almacenarse energía.

Esquema circuital del encendido de una lampara.


ELEMENTOS CIRCUITALES: Un elemento circuital es un elemento físico de dos o más terminales, que unido con otros elementos circuitales forman un circuito eléctrico, estos pueden representarse a través de un modelo matemático para el calculo de las variables eléctricas que se ven afectadas por los elementos dentro del circuito eléctrico. El modelo matemático utilizado depende de las características que tenga el elemento en si, las cuales pueden generar energía, almacenar o disipar; estas características hacen que se clasifiquen a los elementos circuitales en dos grupos: elementos activos y elementos pasivos. 

ELEMENTOS CIRCUITALES PASIVOS: Son aquellos elementos que reciben energía del resto del circuito eléctrico donde se encuentran, y disipan o almacenan esta energía. Estos elementos son: el resistor, que es un elemento disipador de energía, el inductor y el capacitor que son elementos almacenadores de energía, los cuales no pueden suministrar al circuito más energía de la que almacenan. 

RESISTOR: Es el elemento más simple y con mayor uso en los circuitos. Tienen la característica de impedir o resistir el movimiento de los electrones a través de ellos. La resistencia es su propiedad, su símbolo es R y su unidad es el Ohm (), En el lenguaje común al resistor se le suele llamar "resistencia", pero hay que distinguir que ésta es su propiedad. En la figura se observa el esquema de un resistor que representa el impedimento o "Resistencia" al paso de la corriente a través del resistor. Por la ley de ohm, la resistencia se define como la relación del voltaje entre la corriente en un resistor.


Símbolo o esquema circuital de un resistor.

    Todos los materiales presentan propiedades resistivas y dependiendo de su menor o mayor impedimento al paso de corrientes se les clasifica en materiales conductores (metales), semiconductores y no conductores. Cuando fluye corriente eléctrica por un material, los movimiento de los electrones que constituyen la corriente entran en colisión con la red de átomos del material. Esto en promedio impide o resiste el movimiento de los electrones y genera perdida de energía transformada en calor por efecto Joule. Mientras mayor sea el numero de colisiones, mayor será la resistencia del material.

    Cada material tiene una propiedad llamada resistividad (p), que permite determinar la resistencia que tiene un material en función de su construcción física. Si se construye un cilindro de una sección o área determinada (A) y longitud especifica (L), se determina la resistencia a través de la relación:; R = p.L/A donde p tiene unidades de Ohm x m. En la figura se observa como se determina la resistencia de un material conociendo su resistencia y su construcción física.


    Los resistores se clasifican según su material de construcción y su potencia de disipación, que depende del material de fabricación y la forma o tamaño que éste tenga para disipar el calor producido al pasar corriente eléctrica y producirse el efecto Joule en su interior. Los resistores de carbón tienen impreso su valor nominal de resistencia, y en su defecto, tienen un código de colores que indican su valor. Este código aparece como bandas de colores en la superficie del resistor, estas se leen desde la banda más cercana a uno de sus terminales, las dos primeras bandas son las cifras significativas del valor de la resistencia, la tercera banda indica un valor multiplicador de las bandas anteriores que es un múltiplo de 10 y la cuarta banda indica el rango de tolerancia que tiene la resistencia. 


CAPACITOR O CONDESADOR: Un capacitor es un dispositivo de dos terminales que consiste en dos cuerpos conductores generalmente en forma de placas separadas por un material no conductor. El material no conductor se conoce como aislante o dieléctrico; a causa de este material aislante, las cargas no pueden moverse de un cuerpo conductor al otro dentro del dispositivo, sino que éstas pueden desplazarse entre los cuerpos conductores a través del circuito eléctrico donde está conectado por medio de una corriente llamada de "desplazamiento". Cuando a un cuerpo conductor se le transfiere una carga eléctrica adquiere un potencial eléctrico, medido por el trabajo que se realiza para trasladar la unidad de carga recibida.


    La relación de la carga adquirida q con el potencial que recibe un capacitor v, se llama capacidad o capacitancia y es la propiedad de este elemento. Su símbolo es la letra C y la unidad es el Faradio (F). El esquema circuital del capacitor se muestra en la imagen.

Símbolo o esquema circuital de un capacitor




INDUCTOR O BOBINA: Una bobina es un elemento de circuito que consiste en un alambre conductor usualmente en forma de rollo o carrete. Las bobinas se suelen caracterizar según el tipo de núcleo en el que están arrolladas, este puede ser aire, un material no magnético , o materiales magnéticos como hierro o ferrita. Una corriente que fluye a través de un inductor produce un flujo magnético el cual forma trayectoria cerrada alrededor del construidos en la bobina o inductor.




En el inductor lineal, el acoplamiento por flujo magnético se relaciona con la corriente i que fluye a través de él por medio de la propiedad llamada inductancia. Su símbolo es la letra L y la unidad es el Henry (H). En las figuras se muestran las líneas de flujo magnético en el núcleo de un inductor y el esquema circuital del inductor respectivamente.


Símbolo  esquema circuital de un inductor.

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