Circuito eléctrico básico: teoría, componentes, funcionamiento, diagrama.

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Un circuito eléctrico básico consta de Tres componentes principales, un Fuente de voltajea cargay conductores. En la Figura 1, se muestra un circuito básico. Este circuito consta de una batería como fuente de energía eléctrica, una lámpara como carga eléctrica y dos alambres como conductores que conectan la batería a la lámpara.

Batería

En la fuente de este circuito, la batería, se produce una reacción química que da como resultado la ionización. Esta ionización produce un exceso de electrones (carga negativa) y un agotamiento de electrones (carga positiva).

Figura 1. Un circuito eléctrico básico (diagrama) tiene tres partes principales: la fuente, la carga y los conductores.

La batería tiene dos terminales. Estos terminales son puntos de conexión para ambos conductores. Un terminal está marcado con un signo más (+) y el otro con un signo negativo (–). Estas dos marcas se llaman marcas de polaridad.

No todos los dispositivos eléctricos tienen marcas de polaridad. Sin embargo, cuando la polaridad sea un problema crítico, se indicará en el dispositivo. Se debe observar la polaridad correcta para evitar daños al equipo y/o al personal.

Carga

La carga se crea cuando la energía eléctrica producida en un circuito se convierte en otra forma de energía, como calor, luz o magnetismo. La carga en el circuito eléctrico simple de la Figura 1 es una lámpara que produce luz.

La fuente y la carga deben coincidir de acuerdo con el voltaje nominal. Si la lámpara tiene una clasificación de 6 voltios, la batería también debe tener una clasificación de 6 voltios.

Si la batería tiene una clasificación de voltaje más baja, la lámpara aparecerá tenue o no se encenderá. Si la batería tiene un voltaje mucho más alto, la lámpara se dañará por el exceso de energía eléctrica.

Conductor

Los conductores que utilizamos son dos hilos de cobre cubiertos con una capa aislante de plástico. El cable de cobre proporciona un camino a través del cual puede fluir la energía eléctrica, y el protector de plástico limita la energía eléctrica al cable de cobre. Esto hace que el camino del conductor sea seguro para el personal.

Esto completa la descripción de los componentes básicos de un circuito eléctrico en el que la energía eléctrica se conduce a través de conductores eléctricos, a través de un dispositivo, donde luego se convierte en una forma útil.

Tensión

La ionización puede ser causada por fuerzas como el calor, la luz, el magnetismo, la acción química o la presión mecánica. Esto crea un voltaje eléctrico.

¿Qué es el voltaje? El voltaje es la fuerza detrás del flujo de electrones. En el circuito eléctrico simple que acabamos de describir, la batería era la fuente de energía eléctrica. Esta batería tiene un valor nominal de 6 voltios.

El voltaje (V) es la unidad eléctrica utilizada para expresar la cantidad de presión eléctrica presente, o la cantidad de fuerza eléctrica producida por la acción química dentro de la batería.

El término voltaje se usa para expresar la cantidad de fuerza eléctrica de la misma manera que usamos caballos de fuerza para expresar la cantidad de fuerza mecánica de un automóvil.

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La presión eléctrica o el voltaje también se pueden expresar como potencial, diferencia de potencial o fuerza electromotriz (fem). Para nuestros propósitos, estos términos significan lo mismo. El voltaje generalmente se representa con la letra mayúscula E o V.

Correr

La corriente eléctrica es el flujo de electrones. La cantidad de electrones que pasan por un punto dado en un segundo se mide en la unidad eléctrica amperio (A).

El átomo se denota con la letra I. Recuerda que un culombio es un número de electrones.

El término describe el flujo de electrones que pasa por un punto dado en un circuito. Un amperio es igual a una carga inversa que pasa por tres puntos en un segundo.

Compara un globo lleno de aire con una batería eléctrica. En la Figura 2, la cantidad de moléculas de aire en el globo es igual a la cantidad de electrones o culombios. La cantidad de presión de aire dentro del globo se expresa en libras por pulgada cuadrada (PSI) de presión de aire.

En la batería, la cantidad de presión eléctrica dentro de la batería se expresa como el voltaje nominal de la batería.

El flujo de aire que sale del globo es similar al flujo de electrones, o corriente, de la batería. La corriente de la batería en el circuito eléctrico es la cantidad de flujo de electrones que pasa por un punto determinado y se clasifica en amperios o amperios.

Así como el aire continuará saliendo del globo hasta que esté vacío, el flujo de electrones puede continuar mientras haya voltaje o presión eléctrica en la batería.

Un globo es como una fuente eléctrica.

Figura 2. Un globo es como una fuente eléctrica. El aire que escapa del globo es como los electrones que salen de una fuente.

Resistencia

Todo circuito eléctrico tiene resistencia. La resistencia es la oposición al flujo de electrones. La resistencia se mide en ohmios y el símbolo eléctrico de ohmios es Ω (la letra griega omega).

Los valores de resistencia de los elementos y compuestos difieren según la estructura atómica del material.

A Buen conductor La electricidad es cualquier cosa que permite el libre flujo de electrones. A mal conductor la electricidad es materia que no permite el libre flujo de electrones. Conductores extremadamente pobres se llaman aislantes.

A semiconductor es un material que restringe el flujo de electrones libres. Se considera que un semiconductor no es ni un buen ni un mal conductor de la electricidad. Los materiales semiconductores están en el corazón de las aplicaciones electrónicas modernas. En la Figura 3 se enumeran algunos ejemplos de conductores y aisladores.

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Conductores y aisladores comunes

Imagen 3. Conductores y aisladores comunes

Tenga en cuenta que la tierra puede ser un buen conductor de electricidad. Muchos factores determinan si el mundo será un buen conductor o no.

La conductividad de la tierra depende principalmente de su composición orgánica y de los minerales presentes en el suelo en un lugar determinado.

La cantidad de humedad en el suelo también determina la cantidad de resistencia en el suelo. La humedad puede afectar la conductividad eléctrica de muchos materiales. Incluso puede hacer que un aislante sea un buen conductor.

Tomemos la madera como ejemplo para ilustrar este punto. Cuando la madera está seca, se clasifica como aislante, pero cuando la madera se moja o se humedece, se comporta más como un semiconductor.

Es el anillo exterior de un átomo. determina si un elemento es un buen o mal conductor. Si el anillo exterior tiene solo un electrón, ese electrón puede ser fácilmente sacado de su órbita por una fuerza externa.

Si hay suficientes electrones en la órbita más externa, los electrones se mantienen más apretados en la órbita. Es más difícil liberarlos del átomo. Estos son elementos que no ceden electrones fácilmente. aisladores.

La figura 4 es una representación del átomo de cobre. Tenga en cuenta que este átomo tiene solo un electrón en su órbita más externa. Este electrón puede ser liberado fácilmente por una fuerza externa. El cobre es un excelente conductor de electricidad.

El elemento cobre es un excelente conductor.

Figura 4. El elemento cobre es un excelente conductor. Tiene un solo electrón en su órbita exterior. Este electrón puede ser fácilmente sacado de su órbita por una fuerza externa.

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Corriente eléctrica, AC y DC

Hay dos tipos de corriente eléctrica, dc (corriente continua) y ac (corriente alterno). La diferencia entre estas corrientes es la forma en que fluyen en un circuito eléctrico.

corriente continua fluye en una dirección a través de un circuito eléctrico. Un ejemplo de corriente continua es una batería estándar. La batería tiene una polaridad definida (terminales positivo y negativo) y producirá una corriente eléctrica en una dirección.

Por otra parte, corriente alterna, como sugiere su nombre, fluyen en ambas direcciones. Primero fluye en una dirección, luego invierte su flujo en la otra dirección. Consulte la figura 5.

La corriente continua fluye en una dirección mientras que la corriente alterna repite la dirección.

Figura 5. La corriente continua fluye en una dirección mientras que la corriente alterna repite la dirección.

No hay marcas de polaridad positiva o negativa en la corriente alterna porque la polaridad cambia muy rápidamente en un circuito eléctrico alterno típico.

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Los términos ciclo y hercio se utilizan para describir la velocidad a la que una corriente alterna o cambia de dirección en un circuito.

Un circuito alterno de 60 ciclos (que opera a 60 hercios) cambia de dirección 120 veces por segundo. Este es el estándar para la corriente alterna en los Estados Unidos.

Flujo de corriente convencional frente a teoría del flujo de electrones

Hace unos 200 años, los científicos plantearon la hipótesis de que la electricidad tenía polaridades positivas y negativas. En ese momento, determinaron arbitrariamente que la corriente eléctrica iba de positiva a negativa. Aunque nunca se ha demostrado que sea cierta, esta teoría ha sido aceptada durante algún tiempo. Esta teoría se llama teoría del flujo tradicional.

A medida que progresó nuestro conocimiento científico y se descubrió la electrónica de los átomos y los semiconductores, quedó claro que la teoría tradicional del flujo de corriente era incorrecta. Se cree ampliamente que son los electrones los que realmente se mueven, yendo de negativo a positivo, no de positivo a negativo. Esta nueva teoría se llama teoría del flujo de electrones.

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El surgimiento de esta nueva teoría provocó una controversia que aún hoy existe. Durante más de 150 años, todos los diseños de circuitos se basaron en la teoría antigua y tradicional del flujo de corriente.

Muchos circuitos y dispositivos que todavía se utilizan en la actualidad se basan en la teoría tradicional. Cualquiera que sea la teoría que se utilice para explicar los fenómenos electrónicos, el punto más importante es que se debe mantener la polaridad correcta cuando se construyen circuitos con dispositivos que requieren una polaridad definida. Consulte la figura 6.

Teoría del flujo de electrones y teoría tradicional del flujo de corriente.

Figura 6. Teoría del flujo de electrones y teoría tradicional del flujo de corriente.

Conexión serie y paralelo

Hay dos formas de conectar un componente en un circuito eléctrico, ya sea serie Dónde paralela. La Figura 7 y la Figura 8 muestran ambos tipos de conexiones.

El circuito de la Figura 7 tiene tres lámparas conectadas a una batería. En este circuito, solo hay un camino a través del cual pueden fluir los electrones.

Cuando los electrones solo tienen que seguir una ruta de circuito, este circuito se denomina circuito en serie. Se dice que las lámparas están conectadas en serie entre sí.

Tres lámparas conectadas en serie.

Imagen 7. Tres lámparas conectadas en serie.

Tres lámparas conectadas en paralelo

Imagen 8. Tres lámparas conectadas en paralelo

En la Figura 8, tres lámparas están conectadas en paralelo. En este circuito, los electrones deben seguir tres caminos diferentes desde el terminal de la batería al terminal de la batería.

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