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noviembre 25, 2015

Circuito Eléctrico

Un circuito eléctrico es el conjunto de elementos indispensables para establecer y mantener una corriente eléctrica con su correspondiente utilización.

Los componentes básicos de un circuito eléctrico son:
  • Generador: el cual tiene como función mantener la diferencia de potencial entre dos puntos, renovando e impulsando la carga eléctrica a través del circuito.
  • Los receptores: son los encargados de recibir la energía para luego ser transformadas en otras formas de energía. Ejemplos: lámparas, timbres, motores, hornillas, etc…
  • Los conductores: son los encargados de unir el generador con los receptores, transportando la corriente desde su punto de inicio hasta su punto final.
  • Switch: utilizados para interrumpir el paso de la corriente en un circuito eléctrico, permitiendo el control manual de un determinado receptor o receptores.
Imagen 1. Circuito eléctrico sencillo. (a) Interruptor cerrado, paso de corriente. (b) Interruptor abierto, sin paso de corriente. 

Nota: los receptores y conductores constituyen el circuito externo y las resistencias colocadas en dichos circuitos constituyen la resistencia externa (Re).
El generador constituye el circuito interno, dentro del cual existirá una resistencia llamada resistencia interna (Ri) y que es propia de las baterías o pilas.
La resistencia total viene dada por:

Todos los conductores ofrecen una resistencia al paso de la corriente. Estas resistencias eléctricas son usadas para reducir la intensidad de la corriente, mantener una diferencia de potencial o una producción de calor.


Combinación de resistencias en serie
Cuando varias resistencias están dispuestas unas a continuación de las otras, unidas por sus extremos, tal como se muestra en la imagen, decimos que dichas resistencias constituyen una asociación o combinación en serie.

Imagen 2. Ejemplo de circuito eléctrico en serie y su diagrama equivalente.

En los circuitos donde existe combinación de resistencias en serie, la corriente tiene un solo camino y este es atravesando sucesivamente cada una de las resistencias, por lo mismo la corriente es la misma en cualquiera de los puntos:

De los circuitos en combinación serie la obtención de la resistencia equivalente (Re), está dada por la suma algebraica de todas las resistencias contenidas en el circuito, de allí que:


Aplicando la Ley de Ohm, que refiere que “la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor en el cual la temperatura permanece constante es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada a sus extremos”.
Despejando el voltaje de la formula, obtenemos: 
En estos circuitos en combinación en serie, los voltajes en cada resistencia son diferentes, dado que depende de los valores de las resistencias utilizadas en el circuito eléctrico. Por lo tanto, el voltaje total se expresa como la sumatoria de todos los voltajes contenidos en el circuito, de esta manera:
Desglosando formula de voltaje, tenemos:

Inconvenientes y aplicaciones de la conexión en serie
Como la corriente eléctrica debe pasar sucesivamente a través de cada una de las resistencias en serie, es evidente que si una de ellas se rompe o se funde la corriente queda interrumpida en todo el circuito. Este hecho impide la utilización de la asociación en serie en las instalaciones de alumbrado eléctrico, pues al quemarse un bombillo, o simplemente, al no quedar ajustado perfectamente en el porta-lámparas, la corriente queda interrumpida y todos los bombillos se apagan. (Ver imagen 1 y 2)

Por otra parte, como la suma de las diferencias de potencial entre los extremos de las resistencias conectadas en serie es igual a la diferencia de potencial entre los extremos del circuito, a una diferencia de potencial determinada solo pueden conectarse en serie un número determinado de bombillos.

Por ejemplo: si se disponen de bombillos de 20 voltios, solo podrán conectarse 6 de estos bombillos a una fuente de 120 voltios.
En consecuencia se necesitan voltajes muy elevados, y por lo tanto, peligrosos para conectar en serie todos los bombillos y aparatos eléctricos que se usan en la instalación de una casa.
Debido a los inconvenientes señalados, las instalaciones de bombillos conectados en serie solo se utilizan como adorno. Ejemplo: las luces de navidad. Estas instalaciones están determinadas por un número de bombillos conectados en serie cuya suma de voltajes equivale a la de la fuente conectada. 

Combinación  de resistencias en paralelo
Varias resistencias están conectadas en paralelo o derivación cuando cualquiera de los extremos de cada resistencia va conectada a un punto común A que constituye un terminal del sistema, y el otro extremo de cada resistencia va conectada a otro punto común B, que constituye el segundo terminal del sistema.

Imagen 3. Ejemplo de circuito eléctrico en paralelo y su diagrama equivalente.


Cada una de las resistencias conectadas entre A y B recibe el nombre de derivación o circuito derivado. La parte del circuito que no comprende las derivaciones entre A y B se llama circuito principal.
La intensidad (I) de la corriente que entra por el terminal A o sale por el terminal B es igual a la suma de las intensidades de la corriente en las derivaciones.

Es decir: 
El cálculo de la resistencia equivalente  dentro de una asociación de derivación o paralela, se realiza a través de la suma de sus inversos, así tenemos:
En un circuito de resistencias en paralelo la diferencia de potencial entre los extremos es la misma de cada resistencia, por tanto el voltaje es constante: 

Inconvenientes y aplicaciones de la conexión en paralelo
Cuando se tiene varias resistencias conectadas en paralelo, la resistencia única capaz de reemplazarlas o resistencia equivalente resulta ser siempre menor que la menor de las resistencias. Por ejemplo, si las resistencias son: R1= 10Ω, R2= 20Ω y R3=60Ω, al conectarlas en paralelo se tiene que la resistencia equivalente Re, viene dada por:

Como puede observarse, Re = 6Ω es menor que R1=10Ω que es la menor de las resistencias. Este hecho trae como consecuencia que si una de las resistencias conectadas en derivación tiene un valor muy pequeño, la resistencia equivalente tiene un valor más pequeño aun; por lo que, de acuerdo a la Ley de Ohm, la intensidad de la corriente adquiere valores muy elevados. La corriente de intensidad muy grande produce un enorme desprendimiento de calor, que origina en poco tiempo la fusión de los cables y el deterioro de toda la instalación.

Una derivación de muy poca resistencia comparada con las demás resistencias conectadas en paralelo o derivación, constituye un corto circuito.  

Otro inconveniente de la conexión en derivación o paralelo consiste en que, siendo constante la diferencia de potencial entre los extremos de cada resistencia y entre los extremos del circuito, a una fuente que proporciona un voltaje determinado solo se pueden conectar en derivación bombillos o aparatos que funcionan con dicho voltaje. Esto es debido a que si un aparato está construido para un voltaje menor al de la fuente, se daña; y si está construido para un voltaje mayor, no funciona o funciona mal. Esto se puede resolver con dispositivos llamados transformadores.

Cuando varias resistencias están conectadas en derivación o paralelo y una de ella se funde o se rompe, la corriente eléctrica te queda interrumpida únicamente en dicha derivación. Este hecho favorable permite aplicar la conexión en derivación para las instalaciones de alumbrado eléctrico de nuestras casas, pues si un bombillo se quema o no ajusta en el porta-lámparas, los demás quedan funcionando. (Ver imagen 3)

Entrada relacionada: Ley de Ohm aplicada a circuitos eléctricos.

Fuentes: 
Ely Brett C., William A. Suárez. Teoría y práctica de física. 2˚ ano de ciclo diversificado. Editorial Distribuidora Escolar, S.A.
Camero y Crespo. Física 3.

1 comentario:

Anónimo dijo...

esta pagina es muy pero muy buena

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