Conceptos Esenciales de Electricidad y Electrónica: Fórmulas, Circuitos y Componentes Clave

Fundamentos de la Electricidad: Leyes y Fórmulas Clave

A continuación, se presentan las fórmulas fundamentales que rigen el comportamiento de la electricidad:

• Ley de Ohm: Relaciona la tensión, la intensidad y la resistencia.

  $$V \text{ (tensión)} = I \text{ (intensidad)} \times R \text{ (resistencia)}$$

• Potencia Eléctrica: Mide la energía consumida o generada por unidad de tiempo.

  $$P \text{ (potencia en W)} = V \text{ (tensión)} \times I \text{ (intensidad)}$$

• Energía Eléctrica: Mide el consumo total de energía.

  $$E \text{ (energía en kWh)} = P \text{ (potencia en W)} \times t \text{ (tiempo en h)}$$

Configuración de Circuitos y Cálculo de Resistencia Equivalente

La forma en que se conectan las resistencias determina la resistencia total del circuito:

Circuito en Serie

Las resistencias se conectan una a continuación de la otra (representación horizontal: --).

La resistencia equivalente ($R_e$) es la suma de las resistencias individuales:

$$R_e = R_1 + R_2 + R_3 + \dots$$

Circuito en Paralelo

Las resistencias se conectan en ramales separados (representación vertical: I).

El inverso de la resistencia equivalente es la suma de los inversos de las resistencias individuales (el resultado se expresa en ohmios, $\Omega$):

$$\frac{1}{R_e} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \dots$$

Cálculo de Intensidad en Circuitos Mixtos (Serie y Paralelo)

Para calcular la intensidad total ($I_t$), se debe dividir el voltaje ($V$) de la pila entre la resistencia equivalente total ($R_e$) del circuito.

Posteriormente, para calcular la caída de tensión en cada resistencia ($V_n$), se multiplica la intensidad total por el valor de cada una de las resistencias ($V_1, V_2, V_3$).

Componentes Electrónicos Fundamentales

Relé

Un relé es un interruptor accionado eléctricamente. Está constituido por una bobina en cuyo interior se ha colocado un material férrico (núcleo) capaz de imantarse al circular corriente por la bobina. De este modo, el núcleo se convierte en un imán que atrae al contacto eléctrico de la armadura basculante, provocando el cierre de un contacto y la apertura de otro.

Condensador

Un condensador es un componente eléctrico utilizado para almacenar carga eléctrica. Está formado por dos placas metálicas paralelas, denominadas armaduras. Soldados a dichas placas metálicas, van dos conductores que constituyen los terminales de conexión del condensador.

Al aplicar una tensión entre las placas, estas se cargan: de forma positiva (+) la armadura conectada al polo positivo (+) de la pila, y de forma negativa (-) la armadura conectada al polo negativo (-) de la pila.

Se cumple la siguiente relación de carga:

$$Q \text{ (carga en culombios)} = C \text{ (capacidad en faradios)} \times V \text{ (tensión en V)}$$

Diodo

El diodo es un dispositivo compuesto por dos materiales semiconductores: uno de tipo P y otro de tipo N. Al terminal unido al material P se le denomina ánodo (A), mientras que al que está unido al tipo N se le denomina cátodo (K).

Cuando conectamos el ánodo al polo positivo (+) y el cátodo al polo negativo (-), el diodo deja pasar la corriente (polarización directa); a la inversa (polarización inversa) no la conduce.

Ejemplo de aplicación: A: L1, L3; B: L1, L2, L3; C: L3.

Clasificación de Resistencias

Las resistencias son componentes que se oponen al flujo de corriente. Se clasifican según su comportamiento:

Fijas

Poseen un valor óhmico constante.

Variables (Potenciómetros)

Permiten modificar manualmente su valor de resistencia.

LDR (Light Dependent Resistor)

Varían con la luz. Su resistencia disminuye al aumentar la luz y viceversa.

NTC (Negative Temperature Coefficient)

Su resistencia disminuye al aumentar la temperatura y viceversa.

PTC (Positive Temperature Coefficient)

Su resistencia aumenta al aumentar la temperatura.

El Transistor Bipolar: Principio y Aplicaciones

El transistor bipolar es un componente electrónico que trabaja como un amplificador de corriente. Al introducir una pequeña corriente por la base ($I_b$), del colector al emisor circula otra corriente ($I_c$) proporcional y mucho mayor.

Fórmula Fundamental del Transistor Bipolar

Se cumple la relación de ganancia:

$$I_c \text{ (Intensidad del Colector)} = \beta \text{ (Ganancia o CTE del transistor, típicamente } \beta \approx 100) \times I_b \text{ (Intensidad de la Base)}$$

Ejemplo de Funcionamiento (Circuito con LDR)

Funcionamiento:

• Cuando la LDR está iluminada, su resistencia es baja. Por lo tanto, la corriente que viene de la pila baja prácticamente toda por ella, y la intensidad de la base ($I_b$) es muy pequeña. El transistor permanece en corte.
• Cuando la LDR no está iluminada, su resistencia es elevada. La corriente se desvía hacia la base del transistor, con lo cual la intensidad del colector ($I_c$) es muy elevada y se enciende la bombilla.

El potenciómetro de 10 kiloohmios ($\text{k}\Omega$) sirve para regular con qué luminosidad u oscuridad se debe encender la bombilla, ajustando la sensibilidad de la base del transistor.