Conceptos Esenciales de Electricidad y Electrónica: Circuitos, Ley de Ohm y Potencia
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Fundamentos de Circuitos Eléctricos y Electrónicos
1. Circuitos Eléctricos y Electrónicos
La Electricidad
La materia está formada por átomos constituidos por partículas cargadas negativamente (electrones) y positivamente (protones).
Los materiales conductores son aquellos que transmiten la energía eléctrica por toda su superficie.
Los circuitos eléctricos permiten el aprovechamiento de la energía eléctrica, transformándola en forma de luz y en otras formas de energía (calor, sonido o movimiento).
La Electrónica
La electrónica es la rama de la física que se ocupa del control del movimiento de los electrones en los materiales semiconductores.
Los materiales semiconductores son aquellos que, bajo determinadas circunstancias, permiten el paso de la corriente eléctrica, mientras que en otras la impiden, actuando entonces como aislantes.
Utilizamos componentes activos para:
- Amplificar la corriente.
- Dirigir la corriente (obligando a que fluya en un determinado sentido).
La electricidad estudia el movimiento de los electrones en los materiales conductores y usa componentes pasivos, como resistencias y condensadores.
La electrónica estudia el movimiento de los electrones en los materiales semiconductores y usa componentes pasivos (resistencias y condensadores) y activos, como diodos, transistores y circuitos integrados.
2. Magnitudes Eléctricas y la Ley de Ohm
Las tres magnitudes eléctricas principales que caracterizan un circuito son el voltaje, la intensidad de corriente y la resistencia. La Ley de Ohm relaciona estas tres magnitudes y se expresa así:
I = V / R
La intensidad de corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional al valor de la tensión que hay entre sus extremos e inversamente proporcional al valor de su resistencia eléctrica.
Definición de Magnitudes
- La intensidad de corriente, cuyo símbolo es I, se mide en amperios (A). Sus submúltiplos y múltiplos son el miliamperio (mA) y el kiloamperio (kA).
- El voltaje, cuyo símbolo es V, se mide en voltios (V). Sus submúltiplos y múltiplos son el milivoltio (mV) y el kilovoltio (kV).
- La resistencia, cuyo símbolo es R, se mide en ohmios (Ω). Sus submúltiplos y múltiplos son el miliohmio (mΩ) y el kiloohmio (kΩ).
3. Energía y Potencia Eléctricas
La energía se mide en julios (J).
La potencia eléctrica mide la energía que consume un receptor o suministra un generador en un tiempo determinado. En el Sistema Internacional, se mide en vatios (W).
La potencia (P) se calcula como el producto del voltaje (V) por la intensidad (I), es decir:
P = E / t
P = V · I
4. Comportamiento de Magnitudes en Circuitos Serie y Paralelo
4.1. Intensidades
- Circuito en serie: La intensidad de corriente que circula por todas las resistencias es la misma.
Fórmula:
I_total = I1 = I2 = ... = In - Circuito en paralelo: La intensidad total es la suma de las intensidades en cada rama.
Fórmula:
I_total = I1 + I2 + ... + In
4.2. Voltajes
- Circuito en serie: La tensión total se reparte entre todas las resistencias.
Fórmula:
V_total = V1 + V2 + ... + Vn - Circuito en paralelo: La tensión es la misma en todas las ramas.
Fórmula:
V_total = V1 = V2 = ... = Vn
4.3. Potencias
- La potencia total suministrada por el generador es igual a la suma de las potencias consumidas en cada resistencia.
Fórmula:
P_total = P1 + P2 + ... + Pn
4.4. Resistencia
- Circuito en serie: La resistencia total es la suma de todas las resistencias.
Fórmula:
R_total = R1 + R2 + ... = Rn - Circuito en paralelo: La inversa de la resistencia total es la suma de las inversas de cada resistencia.
Fórmula:
1/R_total = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn