Fundamentos Esenciales de Electricidad y Circuitos Eléctricos

Introducción a los Fundamentos de Electricidad y Electrónica

1. Componentes Eléctricos Fundamentales

Los circuitos eléctricos están compuestos por diversos elementos, cada uno con una función específica:

• Generadores: Dispositivos que crean y mantienen la tensión necesaria para que se produzca la corriente eléctrica. Ejemplos: pilas, baterías, fuentes de corriente alterna.
• Conductores: Materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, sirviendo como vías para su circulación. Ejemplos: cables de cobre o aluminio.
• Receptores: Elementos que reciben la corriente eléctrica y la transforman en otras formas de energía, como luz, calor, sonido o movimiento. Ejemplos: bombillas, resistencias, motores.
• Elementos de Maniobra y Control: Componentes que permiten interrumpir, dirigir o regular el paso de la corriente en un circuito. Ejemplos: interruptores, pulsadores, conmutadores, finales de carrera.
• Elementos de Protección: Dispositivos diseñados para proteger tanto al circuito como a las personas de posibles sobrecargas, cortocircuitos o fallos. Ejemplos: fusibles, interruptores automáticos (PIA).
• Aparatos de Medida: Instrumentos utilizados para medir las diferentes magnitudes eléctricas en un circuito. Ejemplos: voltímetros (para tensión), amperímetros (para intensidad).

2. Dirección de la Corriente Eléctrica

Existen dos convenciones para describir la dirección del flujo de corriente:

• Corriente Convencional: Se considera que fluye del polo positivo (+) al polo negativo (-) del generador.
• Corriente Real (Electrónica): Se refiere al movimiento de los electrones, que fluyen del polo negativo (-) al polo positivo (+).

3. Estructura de un Circuito Eléctrico Básico

Un circuito eléctrico básico requiere la interconexión de al menos los siguientes elementos para funcionar:

• Un generador que proporcione la energía.
• Un conductor que permita el flujo de la corriente.
• Un receptor que transforme la energía eléctrica.
• Elementos de maniobra y control para operar el circuito.

4. Funcionamiento de un Fusible

Un fusible es un dispositivo de seguridad que protege un circuito eléctrico. Se funde (o interrumpe el circuito) cuando la intensidad de corriente que lo atraviesa supera su valor nominal, diseñado para proteger los componentes y prevenir daños por sobrecargas o cortocircuitos.

5. Simbología Eléctrica Común

A continuación, se presentan algunos ejemplos de componentes eléctricos y sus representaciones comunes (aunque los símbolos no se muestran, se listan los elementos):

• Generadores: Pila, Batería, Fuente de corriente alterna.
• Conductores: Cruce de conductores sin conexión, Cruce de conductores con conexión.
• Receptores: Bombilla, Resistencia, Resistencia variable, Motor, Bobina.
• Elementos de Maniobra y Control: Pulsador, Interruptor, Conmutador, Final de carrera.
• Aparatos de Medida: Voltímetro, Amperímetro.
• Elementos de Protección: Fusible.

Magnitudes Eléctricas Fundamentales y Ley de Ohm

7. Carga Eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (como electrones y protones) que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas.

8. Tensión Eléctrica (Voltaje)

La tensión eléctrica, también conocida como voltaje o diferencia de potencial, es la energía potencial eléctrica por unidad de carga. Representa la "fuerza" o "presión" que impulsa las cargas eléctricas a través de un circuito, existiendo entre dos puntos.

9. Intensidad de Corriente Eléctrica

La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que fluye por una sección transversal de un conductor en un tiempo determinado. Se mide en amperios (A).

10. Resistencia Eléctrica

La resistencia eléctrica es la oposición que un material presenta al flujo de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).

11. Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece la relación fundamental entre la tensión (V), la intensidad de corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico. Afirma que la tensión es directamente proporcional a la intensidad y a la resistencia. Su fórmula es:

V = I · R

Donde:

• V es la Tensión (en Voltios)
• I es la Intensidad (en Amperios)
• R es la Resistencia (en Ohmios)

13. Energía Eléctrica

La energía eléctrica es la capacidad de la corriente eléctrica para realizar un trabajo o producir un efecto (luz, calor, movimiento). Se mide en julios (J) o kilovatios-hora (kWh).

14. Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica es la cantidad de trabajo o energía que un dispositivo eléctrico puede realizar o suministrar por unidad de tiempo. Se mide en vatios (W).

15. Julio (J)

El julio (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades. Se define como el trabajo realizado por una fuerza de un newton para desplazar un objeto un metro en la dirección de la fuerza.

16. Kilovatio-hora (kWh)

El kilovatio-hora (kWh) es una unidad de energía comúnmente utilizada para medir el consumo eléctrico. Representa la energía consumida por un aparato de 1 kilovatio de potencia actuando durante 1 hora. Equivale a 3.600.000 julios (1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3.6 x 10^6 J).

Tipos de Circuitos Eléctricos

Los circuitos eléctricos se pueden clasificar principalmente según la forma en que sus componentes están interconectados:

19. Circuito en Serie

En una conexión en serie, los componentes se conectan uno a continuación del otro, de modo que la corriente fluye a través de cada uno de ellos secuencialmente. La intensidad de corriente es la misma en todos los puntos del circuito, y la tensión total se reparte entre los componentes.

20. Circuito en Paralelo

En una conexión en paralelo, los componentes se conectan de forma que sus terminales están unidos a los mismos dos puntos del circuito, compartiendo la misma tensión. La corriente total se divide entre las ramas del circuito.

21. Circuito Mixto

Un circuito mixto es una combinación de elementos conectados tanto en serie como en paralelo. Estos circuitos requieren un análisis más complejo para determinar las magnitudes eléctricas en cada parte.

Tabla Resumen de Magnitudes Eléctricas

Magnitudes Eléctricas Fundamentales y sus Unidades

Magnitud	Símbolo	Unidad (SI)	Instrumento de Medida / Fórmulas Clave
Carga Eléctrica	Q	Culombio (C)	Electrómetro
Tensión Eléctrica (Voltaje)	V	Voltio (V)	(Voltímetro)
Intensidad de Corriente	I	Amperio (A)	(Amperímetro)
Resistencia Eléctrica	R	Ohmio (Ω)	(Ohmímetro)
Energía Eléctrica	E	Julio (J) / Kilovatio-hora (kWh)	E = P · t (Potencia · Tiempo)
Potencia Eléctrica	P	Vatio (W)	P = V · I (Ley de Ohm para Potencia)