Fundamentos de Electricidad y Electrónica: Conceptos Clave y Componentes Esenciales
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Los Circuitos Eléctricos
Un circuito eléctrico es una corriente de electrones a través de un medio conductor, desde un generador hasta un receptor, transformando la energía eléctrica en luz, calor o movimiento.
Tipos de Corriente
Corriente Continua (CC)
En la corriente continua, los electrones se mueven todos en la misma dirección, transportando la energía de un punto a otro del circuito.
Corriente Alterna (CA)
En la corriente alterna, los electrones están quietos, oscilando de derecha a izquierda en una misma posición. La energía se transmite por el movimiento oscilante de los electrones.
Tensión o Diferencia de Potencial
La tensión o diferencia de potencial es la diferencia de energías que existe entre los extremos de un circuito. La unidad de tensión es el voltio (V) y se emplea el voltímetro para medirla.
Pilas
En las pilas podemos distinguir tres partes principales:
- El cátodo o polo negativo.
- El ánodo o polo positivo.
- El electrolito, que transporta las cargas de un polo al otro.
Hay varios tipos de pilas:
- Salinas: En ellas, el cátodo está formado por una barra de carbón, el ánodo es una carcasa de zinc y el electrolito es una mezcla de sales y aserrín. Dan tensiones de 1,5 V, 4,5 V o 9 V.
- Alcalinas: El polo positivo está formado por óxido de manganeso, el negativo lleva zinc y el electrolito es dióxido de potasio. Ofrecen tensiones de 1,5 V o 9 V.
- De botón: Son de pequeñas dimensiones. Las hay de mercurio, de óxido de plata y de litio.
Es importante destacar que todas las pilas son muy contaminantes.
Intensidad o Corriente Eléctrica
La corriente de electrones o intensidad (I) mide la cantidad de electrones que pasa por un cable conductor por unidad de tiempo. Su unidad es el amperio (A), se mide con el amperímetro y su símbolo es I.
La fórmula para la intensidad es:
I = Q / t
Donde Q es la carga (en culombios) y t es el tiempo (en segundos). Un amperio es igual a un culombio partido por un segundo (1 A = 1 C/s).
Resistencia de un Circuito y Ley de Ohm
La resistencia (R) es la oposición que ejercen los elementos del circuito al paso de la corriente. Su unidad es el ohmio (Ω) y su símbolo es R.
La resistencia de un material depende de:
- La sección del conductor.
- La longitud del conductor.
- La resistividad del material.
Ley de Ohm
La Ley de Ohm establece la relación entre tensión, corriente y resistencia:
R = V / I
Donde V es la tensión (en voltios) e I es la intensidad (en amperios). Un ohmio es igual a un voltio partido por un amperio (1 Ω = 1 V/A).
Conexiones de Resistencias
Conexión en Serie
Varias resistencias están conectadas en serie cuando la salida de una es la entrada de la siguiente. En este tipo de conexión, la corriente es la misma a través de todas las resistencias y la tensión total es la suma de las tensiones en cada elemento.
La resistencia total (Rt) en serie se calcula como:
Rt = R1 + R2 + ... + Rn
Conexión en Paralelo
Varias resistencias están conectadas en paralelo cuando todas las entradas están conectadas en el mismo punto y las salidas se conectan entre sí. En este caso, la tensión es la misma en todas las resistencias y la corriente se divide de manera inversamente proporcional a la resistencia de cada rama.
La resistencia total (Rt) en paralelo se calcula como:
1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn
Conexión Mixta
Un circuito tiene conexión mixta cuando existen resistencias conectadas tanto en paralelo como en serie. Para calcular la resistencia total (Rt), se suman las resistencias en paralelo por un lado y las de serie por otro, y luego se combinan según la configuración.
Potencia y Energía Eléctrica
Potencia Eléctrica
La potencia eléctrica (P) es la capacidad de un receptor eléctrico cualquiera para transformar la energía en un tiempo determinado. Su unidad es el vatio (W) y su símbolo es P.
La fórmula para la potencia es:
P = V × I
Energía Eléctrica
La energía eléctrica (E) es una medida del trabajo útil que genera una máquina. La energía eléctrica se transforma en varias formas: luz, movimiento, calor, sonido y magnetismo. Se mide en julios (J) y se expresa con el símbolo E.
Las fórmulas para la energía son:
E = V × I × t
O también:
E = P × t
Consumo Eléctrico
El consumo eléctrico es el costo de la energía eléctrica que se consume. Se calcula multiplicando la energía consumida por el precio por unidad de energía (generalmente en kWh).
Costo = Energía (kWh) × Precio (por kWh)
Los Circuitos Electrónicos
La electrónica es la parte de la física que estudia los circuitos y componentes que permiten controlar el paso de la corriente eléctrica a través de semiconductores y gases.
Componentes Electrónicos Básicos
Resistencia Electrónica
Una resistencia electrónica es un componente que se emplea para regular el paso de la corriente eléctrica. Está formada por un núcleo de carbono conectado a dos patillas de estaño y rodeado de un esmalte con cuatro líneas de color dibujadas (código de colores para su valor).
Diodos
El diodo es un dispositivo electrónico que solo permite el paso de la corriente en un sentido. Se emplean para rectificar corriente (convertir CA en CC) y proteger circuitos.
Transistores
El transistor es un dispositivo electrónico que tiene dos funciones principales: conmutar un circuito (actuar como interruptor) y amplificar una señal eléctrica. Lleva tres conexiones llamadas emisor, base y colector.