Circuitos eléctricos - Colegio Monte de Asís

1. COMPONENTES DE UN CIRCUITO.
Los circuitos eléctricos son sistemas por los que circula una corriente eléctrica. Un circuito eléctrico esta compuesto por
los siguientes elementos:
FUENTE DE TENSIÓN (V)
INTENSIDAD DE CORRIENTE (I)
+
Sentido de la corriente eléctrica:
• Real. Del polo - al +.
• Convencional. Del polo + al -. Este
último es el que usaremos nosotros.
HILOS CONDUCTORES
ELEMENTOS DE
PROTECCIÓN Y CONTROL
RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)
♦ CORRIENTE ELÉCTRICA E INTENSIDAD DE CORRIENTE.
La corriente eléctrica, es el paso ordenado de electrones (e-) a través de un conductor.
La intensidad de corriente eléctrica, es la cantidad de electrones que circulan a través de un conductor en la unidad
de tiempo (por segundo). Se representa por “I” y su unidad es el Amperio (A).
S
e
-
e
-
e
e
-
-
e
e
-
-
Corriente eléctrica: Flujo de electrones circulando ordenadamente.
En el instante “t” pasan por la sección “S” dos
electrones, por tanto hay una intensidad de corriente eléctrica de 2 amperios .
♦ HILOS CONDUCTORES.
Son los elementos por los que circula la corriente eléctrica.
Dos son los tipos de materiales que nos importa, según su comportamiento frente a la corriente eléctrica:
Conductores. Materiales que debido a su estructura atómica, permiten el paso de la corriente eléctrica, ofreciendo
poca o ninguna resistencia al flujo de electrones. Los metales son buenos conductores.
Aislantes. Materiales que debido a su estructura atómica, impiden el paso de la corriente eléctrica, ofreciendo mucha
resistencia al flujo de electrones. La madera y el plástico son ejemplos de aislantes.
♦ TENSIÓN ELÉCTRICA.
Fuerza que hace que los electrones se muevan ordenadamente en una cierta dirección a través de un
conductor, produciéndose así una corriente eléctrica. Se representa por “V”, y se mide en Voltios (V).
Esta fuerza eléctrica la produce un generador de electricidad (pila, alternador, dínamo, célula solar, etc.), y esa fuerza
es lo que da lugar al movimiento ordenado de electrones a través del circuito.
♦ RESISTENCIA ELÉCTRICA.
Resistencia eléctrica se define como la mayor o menor oposición que presentan los cuerpos al paso de la corriente
eléctrica. Es decir, la dificultad que opone un conductor al paso de la corriente eléctrica. Se representa por “R” y su
unidad es el Ohm (Ω ).
e
e
-
-
e
e
-
-
e
e
-
-
Entendemos como resistencia
eléctrica, a todos aquellos obstáculos que impiden el libre movimiento de los electrones.
Resistencia Eléctrica
Un Receptor es el dispositivo o aparato eléctrico, que recibe la energía eléctrica para realizar algún tipo de trabajo o
función. Suele ser una bombilla, un motor, una radio, un ordenador, etc. Un receptor se caracteriza por su resistencia ohmica. Consume energía eléctrica aportada por la fuente de tensión, y la transforma en otra forma de energía, produciendo un efecto útil como puede ser luz, calor, etc.
♦ ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Y CONTROL.
Permiten la conexión y desconexión del circuito así como su protección. Los estudiaremos más detalladamente en
el tema de Instalación Eléctrica de una Vivienda.
♦ TABLA RESUMEN.
MAGNITUD
NOMBRE
UNIDAD
APARATO DE MEDIDA
I
Intensidad de Corriente
Amperio (A)
Amperímetro
V
Tensión Eléctrica
Voltio (V)
Voltímetro
R
Resistencia Eléctrica
Ohmio (Ω)
Ohmetro
2. LEY DE OHM.
En un circuito recorrido por una corriente eléctrica, la tensión es igual al producto de la intensidad de corriente por la
resistencia total del circuito.
V : Tensión (V)
I : Intensidad (A)
R : Resistencia (Ω)
V = I . R
Regla de la pirámide. Con el dedo tapamos la magnitud que queremos calcular y sacaremos la ecuación de forma directa.
V = R.I
V
R
V
R = ------I
I
V
I = ------R
EJERCICIOS.
2.1. Calcular la resistencia en un circuito, con una tensión de 110 V y una intensidad de corriente de 0.25 A.
2.2. Calcular la intensidad de corriente que consume un receptor de 1500 Ω de resistencia, si lo conectamos a 220 V.
2.3. Calcular que tensión necesitamos para alimentar un equipo de música de 2250 Ω de resistencia, si consume una
intensidad de corriente de 0.15 A.
2.4. Calcular la resistencia eléctrica de un ordenador, que consume 0.12 A cuando lo conectamos a una fuente de tensión de 24 V.
3. ASOCIACION DE RESISTENCIAS
Las resistencias se pueden conectar entre si de manera que el valor de la
resistencia del conjunto sea diferente al de las resistencias asociadas. Se llama
resistencia equivalente a aquella resistencia única que equivale a las asociadas y
puede, por tanto, sustituirlas sin que por ello se produzca ninguna modificación en el
circuito.
Existen tres tipos de asociación:
3.1. Asociación en serie
Es la que resulta de unir el extremo de una resistencia con el principio de la
siguiente.
R1
R2
R3
Rt
Resistencias asociadas en serie
La resistencia total equivalente a la asociación en serie, es igual a la suma de
todas y cada una de las resistencias asociadas:
Rt = R1 + R2 + R3
La resistencia equivalente siempre será mayor que la mayor de las
resistencias asociadas.
3.2. Asociación en paralelo
Es la que resulta de unir varias resistencias de tal modo que tengan sus
extremos conectados a puntos comunes.
R1
R2
Rt
R3
Resistencias asociadas en paralelo
La resistencia total será ahora igual a la inversa de la suma de las inversas de
las resistencias asociadas:
(1 / Rt) = (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3)
o bien:
RT =
1
1
1
1
+
+
R1 R 2 R3
3.3. Asociación mixta
Es una combinación de las dos anteriores. La resistencia equivalente se
obtiene, asociando las que estén en serie, y las que estén en paralelo.
R1
R3
Rt
R2
Resistencias asociadas de forma mixta
Ejemplo:
¿Cuánto vale la resistencia equivalente a tres asociadas en serie, de valores
R1=200Ω, R2=400Ω, y R3=600Ω?
Rt = R1 + R2 + R3 = 200 + 400 + 600 = 1200Ω = 1,2 kΩ
Ejemplo:
¿Cuánto vale la resistencia equivalente a tres asociadas en paralelo de valores
R1=6Ω, R2=12Ω, y R3=4Ω?
Aplicamos la expresión general:
RT =
1
1
1
1
=
=
=
= 2Ω
1
1
1
1 1 1 0,166 + 0,083 + 0,25 0,499
+
+
+
+
R1 R2 R3 6 12 4
4.
CALCULO
PARALELO
DE
CIRCUITOS:
CIRCUITOS
SERIE
Y
Los receptores, al igual que otros elementos de los circuitos, se pueden
asociar en serie, en paralelo o de forma mixta.
4.1. Circuito serie
El circuito serie, o con receptores en serie, es aquel que tiene conectados los
receptores en cadena uno a continuación del otro. En un circuito serie, la intensidad
que recorre todos los elementos es la misma.
Las características de todo circuito serie son:
1 La intensidad total I es la misma en todos los receptores, ya que solo hay un
camino para el paso de los electrones:
I = IR1 = IR2 = IR3
2 El voltaje total V es igual a la suma de las caídas de tensión en cada uno de
los receptores:
V = VR1 + VR2 + VR3
4.2. Circuito paralelo
El circuito paralelo, o con receptores en paralelo, es aquel que tiene los
receptores conectados de tal modo que tienen sus extremos conectados a puntos
comunes. En un circuito paralelo, todos los elementos están sometidos a la misma
diferencia de potencial.
Las características de todo circuito paralelo son:
1 La intensidad total I es igual a la suma de las intensidades que atraviesan
cada uno de los receptores:
I = IR1 + IR2 + IR3
2 El voltaje total será el mismo en todos los receptores, ya que la diferencia de
potencial es la misma por estar conectados todos entre los mismos puntos:
V = VR1 = VR2 = VR3
4.3. Circuito mixto
Un circuito mixto es un circuito en el que parte de los elementos están
asociados en serie y parte en paralelo. Para realizar cálculos en estos circuitos, se
hace un estudio de los mismos, viendo que partes están asociadas en serie y en
paralelo, para luego ir analizando y simplificando por separado.
4.4. Ejemplos
Ejemplo 1: Circuito serie
Dado el siguiente circuito, calcular la intensidad y caída de tensión en cada
resistencia:
Calculamos primero la resistencia total:
RT = R1 + R2 + R3 =2 + 4 + 6 = 12 Ω
Con lo que la intensidad total será:
I = V / RT = 24 / 12 = 2A
Y como es un circuito serie:
IR1 = IR2 = IR3 = I = 2A
En cuanto a los voltajes, aplicando la ley de Ohm a cada resistencia:
VR1 = IR1 · R1 = 2 · 2 = 4V
VR2 = IR2 · R2 = 2 · 4 = 8V
VR3 = IR3 · R3 = 2 · 6 = 12V
Podemos comprobar que se cumple:
V = VR1 + VR2 + VR3 = 4 + 8 + 12 = 24V
A la vista de los resultados, se puede observar que la caída de tensión en
cada una de las resistencias es proporcional al valor de las mismas.
Ejemplo 2: Circuito paralelo
Dado el siguiente circuito, calcular la intensidad y caída de tensión en cada
resistencia:
Como es un circuito paralelo:
V = VR1 = VR2 = VR3 = 36V
Podemos aplicar la ley de Ohm para calcular las intensidades:
IR1 = VR1 / R1 = 36 / 6 = 6A
IR2 = VR2 / R2 = 36 / 4 = 9A
IR3 = VR3 / R3 = 36 / 12 = 3A
Con lo que la intensidad total será:
I = IR1 + IR2 + IR3 = 6 + 3 + 9 = 18A
A la vista de los resultados, se puede observar que la intensidad que
atraviesa cada una de las resistencias es inversamente proporcional al valor de las
mismas, ya que los electrones tienden a ir por el camino más fácil.
PROBLEMAS DE ELECTRICIDAD.
4.1. Determinar el valor de la resistencia total (RT), del conjunto de resistencias siguiente:
A)
1/2 Ω
B)
6/5 Ω
6.3 Ω
4Ω
28 Ω
4.2. Aplicando la Ley de Ohm, determinar la intensidad de la corriente (I), que circula por el circuito siguiente:
220 V
I
25 Ω
55 Ω
4.3. Determinar el valor de la resistencia total (RT), del conjunto de resistencias siguiente:
A)
6Ω
B)
12 Ω
13 Ω
3/2 Ω
18 Ω
40 Ω
4Ω
23 Ω
4.4. Dado el circuito de la figura, calcular el valor
de la fuente de tensión (V).
16 Ω
5A
V
29 Ω
4.5. Dado el circuito de la figura, calcular el valor de
la intensidad de corriente (I), que circula por él.
7Ω
12 Ω
27 V
1/4 Ω
1/6 Ω
I
5. POTENCIA ELÉCTRICA.
Es la cantidad de energía eléctrica consumida por un receptor en la unidad de tiempo.
P : Potencia eléctrica (w)
V : Tensión (V)
I : Intensidad (A)
P=V.I
Si la tensión se mide en voltios y la intensidad en amperios, la unidad de potencia es el vatio (w). El kilovatio (kw) equivale a 103 vatios.
Fórmulas de la potencia:
a. P = V . I
b. Sustituyendo V = R . I → P = V . I = R . I2
V
V
V2
c. Sustituyendo I = ----- → P = V . I = V . ----- = -----R
R
R
EJERCICIOS.
5.1. Un motor está alimentado con una tensión de 4.5 V y consume una corriente de 0.2 A. Calcular la potencia que
desarrolla.
5.2. Un circuito eléctrico está formado por una bombilla cuya resistencia es de 3 Ω y está alimentada por una fuente de
alimentación de 6 V. Calcular la potencia de la bombilla.
5.3. Calcular la potencia disipada en una resistencia de 6 Ω si la diferencia de potencial entre sus extremos es de 50 V.
6.4. Se diseña una resistencia de calefacción de 0.5 KW para funcionar a 220 V. ¿Cuál es su resistencia y qué corriente
circulará por ella?
5.5. Un ventilador se conecta a una tensión de 220 V y consume una intensidad de 0.52 A. Calcular:
a) El valor de la resistencia de la radio.
b) La potencia consumida en Kw.
5.6. Calcular la intensidad de corriente que consume un motor eléctrico de 1.2 kw de potencia que está alimentado
con una tensión de 220 V. Si el motor se pudiese conectar a una tensión de 380 V, calcular la corriente que consumiría ahora. Comparar los resultados.
5.7. En el circuito de la figura, calcular la potencia en la bombilla, en el motor y la total.
A)
M
3Ω
1Ω
9V