Fundamentos de Electricidad y Electrónica: Circuitos, Magnitudes y Mediciones
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1. Magnitudes Eléctricas Fundamentales
Las magnitudes fundamentales que caracterizan la corriente eléctrica son la tensión, la intensidad, la resistencia y la potencia.
1.1. Tensión
La energía con la que un generador es capaz de impulsar los electrones a través de un circuito se llama tensión o fuerza electromotriz. La tensión también recibe los nombres de voltaje y diferencia de potencial (ddp). Se mide en voltios (V).
1.2. Intensidad Eléctrica
La intensidad eléctrica es el número de cargas eléctricas que atraviesa el circuito por unidad de tiempo. La intensidad eléctrica, que también recibe el nombre de corriente eléctrica, se mide en amperios (A), en honor al francés André-Marie Ampère.
En un circuito eléctrico circula una corriente de intensidad 1 A cuando es atravesado por 6.242 x 1018 electrones (equivalente a un culombio) cada segundo. La unidad de carga eléctrica es el culombio (C). Por tanto: 1A = 1C/1s.
1.3. Resistencia Eléctrica
La resistencia eléctrica es la dificultad que ofrecen los materiales al paso de la corriente eléctrica. La unidad de resistencia es el ohmio (Ω), en honor del científico alemán Georg Simon Ohm.
1.4. Potencia
La potencia es la capacidad que tiene un receptor de realizar su función con mayor intensidad y/o rapidez. Se mide en vatios (W), en honor a James Watt. También se utiliza mucho el kilovatio (kW), que equivale a 1000 W.
La potencia indica la capacidad de una máquina para realizar su función con más o menos rapidez. Todos los receptores eléctricos transforman la energía, pero unos lo hacen más rápidamente que otros. Por ejemplo, las lámparas transforman la energía eléctrica en luz, pero algunas producen más luz que otras.
La potencia de un receptor está directamente relacionada con el voltaje y la intensidad con que lo alimenta el circuito.
1.5. Ley de Ohm
La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un circuito es directamente proporcional a la tensión que aplicamos e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece.
En un circuito, las tres magnitudes básicas (tensión, intensidad y resistencia) están íntimamente relacionadas entre sí. Esta relación se conoce como la ley de Ohm, de Georg Simon Ohm. Se expresa de la siguiente manera:
I = V / R
Donde:
I
es la intensidad expresada en amperios (A)V
es la tensión en voltios (V)R
es la resistencia en ohmios (Ω)
2. Circuitos en Serie y Circuitos en Paralelo
Los elementos de un circuito pueden estar conectados de diferentes maneras: en serie, en paralelo o en una combinación de ambas (mixta).
2.1. Conexión en Serie
Cuando en un circuito los diferentes elementos están conectados uno tras otro, de manera que circula la misma corriente eléctrica, decimos que están conectados en serie.
2.1.1. Conexión en Serie de Receptores
En la conexión en serie, si una lámpara se funde, el circuito queda interrumpido. Las características de un circuito en serie son las siguientes:
- La intensidad que circula por cada receptor es la misma. Por tanto, si se desconecta un receptor por cualquier causa, el circuito queda abierto, se interrumpe la corriente y dejan de funcionar todos los receptores.
- La tensión del generador se reparte entre los receptores de manera directamente proporcional a su resistencia.
2.1.2. Conexión de Pilas en Serie
Se debe conectar el polo positivo de una pila con el polo negativo de la siguiente. La corriente debe pasar por cada pila, recibiendo la energía de cada una de ellas. Por tanto, la tensión suministrada al circuito será la suma de las tensiones individuales de las pilas. Podemos concluir que la conexión de pilas en serie se utiliza para aumentar la tensión que se debe suministrar al circuito.
2.2. Conexión en Paralelo o Derivación
Cuando en un circuito hay elementos que se conectan de manera que, a partir de un punto de conexión, la corriente se reparte entre los elementos y se vuelve a unir a la salida, decimos que estos elementos están conectados en paralelo.
2.2.1. Conexión en Paralelo de Receptores
Las características de un circuito en paralelo son las siguientes:
- Cuando, por cualquier anomalía, deja de funcionar uno de los receptores, los otros siguen funcionando.
- Cada receptor recibe la misma tensión, que es la del generador.
2.2.2. Conexión de Pilas en Paralelo
La tensión de alimentación del circuito será la de una sola pila, pero la corriente que consume el circuito la suministran todas las pilas entre sí. En un circuito alimentado por una asociación de pilas en paralelo, aumenta la autonomía de las pilas, ya que la energía consumida por el circuito la suministran entre todas a partes iguales.
3. Medición de Magnitudes Eléctricas
Existen aparatos de medida para cualquiera de las magnitudes de un circuito eléctrico: voltímetros para medir la tensión, amperímetros para medir la intensidad, ohmímetros para medir la resistencia y vatímetros para medir la potencia.
Los aparatos de medida pueden ser analógicos o digitales.
3.1. Voltímetro
Para medir la tensión se utilizan los voltímetros. El voltímetro es un aparato que tiene dos pinzas o terminales que deben ponerse en contacto con los dos puntos del circuito entre los que se quiere medir la diferencia de potencial.