Fundamentos de Electricidad y Circuitos: Conceptos Esenciales y Componentes

Este documento proporciona una introducción clara y concisa a los principios fundamentales de la electricidad y los circuitos eléctricos, abarcando desde la estructura atómica hasta los componentes clave y su funcionamiento.

Circuito Eléctrico

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos empleados para la transmisión y control de la energía eléctrica desde el generador hasta el receptor.

Concepto de Energía Eléctrica

La materia está formada por átomos y el átomo por partículas que son:

• Núcleo: Formado por protones y neutrones.
• Electrones: Partículas con carga negativa que giran alrededor del núcleo, ocupando diferentes órbitas o niveles energéticos.

La energía eléctrica se relaciona directamente con el movimiento y la interacción de estos electrones.

Características de un Circuito de Corriente Continua

Circuitos Cerrados

La corriente de electrones circula a lo largo del circuito, atravesando el receptor y regresando al generador, permitiendo el flujo continuo de energía.

Circuitos Abiertos

No hay circulación de electrones, por lo tanto, no hay transmisión ni conversión de energías, y el receptor no funciona.

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

Intensidad de Corriente (I)

Es la cantidad de electrones que circulan por un punto cualquiera del circuito en la unidad de tiempo, es decir, en un segundo. Se mide en Amperios (A).

Resistencia Eléctrica (R)

La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Se mide en Ohmios (Ω).

Atendiendo a su comportamiento frente a la corriente eléctrica, los materiales se pueden clasificar en:

• Materiales Aislantes
• Materiales Conductores
• Superconductores
• Semiconductores

Voltaje, Tensión o Diferencia de Potencial (V)

Se denomina voltaje, tensión o diferencia de potencial a la energía necesaria para transportar la unidad de carga desde un punto a otro de un circuito eléctrico. Se mide en Voltios (V).

Se denomina Fuerza Electromotriz (FEM) a la energía consumida por un generador de corriente para transportar la unidad de carga desde el polo positivo al negativo, para mantener en sus bornes una tensión determinada.

Energía y Potencia Eléctrica

Efecto Joule

Se define como energía eléctrica consumida por un receptor al producto de la carga que lo atraviesa multiplicado por el voltaje que hay entre sus bornes. El Efecto Joule describe la disipación de energía en forma de calor cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor.

Elementos Fundamentales de un Circuito Eléctrico

Los circuitos eléctricos están compuestos por diversos elementos que cumplen funciones específicas:

• Generadores (o Convertidores de Energía)
• Acumuladores
• Elementos de Protección
• Elementos de Control y Maniobra
• Receptores

Generadores de Corriente Eléctrica

Los generadores de corriente eléctrica son todas aquellas máquinas que transforman cualquier tipo de energía (mecánica, química, solar, etc.) en electricidad.

Tipos de Generadores

• Generadores de Corriente Continua (CC)
• Generadores de Corriente Alterna (CA)

Acoplamiento de Generadores

Los generadores pueden conectarse de diferentes maneras para obtener las características deseadas:

• En Serie
• En Paralelo
• Mixto

Acumuladores de Energía Eléctrica

Los acumuladores de corriente son dispositivos eléctricos que sirven para almacenar energía eléctrica. Los más empleados son:

• Condensadores
• Pilas
• Baterías

Características de Pilas y Baterías

• Resistencia Interna
• Capacidad
• Fuerza Electromotriz (FEM)

Elementos de Control y Maniobra

Estos elementos permiten controlar el flujo de corriente en un circuito:

• Interruptor (Unipolar y Bipolar)
• Conmutador
• Relé

Receptores Eléctricos

Los receptores son los elementos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía (luz, calor, movimiento, etc.).

Tipos de Receptores

• Baterías y Pilas (cuando actúan como carga)
• Motores
• Electroimanes
• Resistencias (Fijas, Ajustables, LDR, NTC, PTC)

Acoplamientos de Receptores

Los receptores pueden conectarse en un circuito de las siguientes formas:

• Acoplamiento en Serie
• Acoplamiento en Paralelo

Distribución de Energía Eléctrica

Transformadores Eléctricos

Los transformadores eléctricos son máquinas estáticas que se emplean para transformar la energía eléctrica primaria en energía eléctrica secundaria, elevando o reduciendo la tensión o intensidad de corriente alterna, lo cual es crucial para la eficiente distribución de la electricidad.