CONCEPTOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

La energía eléctrica

Después de que el hombre descubrió la energía eléctrica y la forma de producirla en grandes cantidades quiso emplearla de manera productiva, razón por la cual se crearon los llamados circuitos eléctricos. En este post nos vamos a dedicar al estudio de los circuitos y los elementos que los conforman.

¿ Qué es un circuito eléctrico ?

Circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es una combinación de componentes conectados entre sí de manera que proporcionen una o más trayectorias cerradas que permitan la circulación de la corriente y el aprovechamiento de ésta para la realización de un trabajo útil. Si el camino no es continuo, no hay circulación de la corriente. Dicho trabajo puede implicar:

• La conversión de la energía eléctrica en otras formas de energía o viceversa.
• La conversión de señales eléctricas de un tipo, en señales eléctricas de otro tipo.

Todo circuito, por sencillo que parezca, posee tres características importantes:

• Posee una fuente de voltaje; sin ésta no puede establecerse un flujo de corriente.
• Existe una trayectoria cerrada, por la cual circula la corriente desde un extremo de la fuente de voltaje hasta el otro, pasando por el circuito externo.
• La trayectoria o camino por el cual circula la corriente, presenta cierta oposición a su paso. Esto puede generar calor o limitar el paso de la corriente, lo que equivale también a una pérdida de energía que en la mayoría de los casos no se tiene en cuenta.

Los circuitos eléctricos y electrónicos, aunque pueden estar conformados físicamente por una gran cantidad de componentes, lo cual los hace ver muy complejos, están todos compuestos por tres elementos básicos.

La fuente de voltaje

La fuente de voltaje o también llamada fuente de alimentación, suministra la fuerza necesaria para impulsar una corriente de electrones a través de los circuitos. Dicha fuerza recibe el nombre de voltaje.

El Voltaje

Para que haya un flujo de corriente a través de un circuito es necesario aplicar una fuerza capaz de mover los electrones libres que se encuentren en el circuito, llamada voltaje y es proporcionada por una fuente la cual, recordemos, posee una diferencia de potencial entre sus terminales debido a la acumulación de cargas eléctricas en ellos. En otras palabras, el voltaje nace en la fuente. Una fuente de voltaje , la cual suministra la fuerza necesaria para impulsar los electrones libres a través del circuito puede ser: una pila, una batería o el tomacorrientes (enchufe) de nuestras casas.

Una carga o receptor de energía, que es el artefacto que aprovecha el paso de la corriente eléctrica través de él para cumplir un determinado trabajo, convirtiendo la energía eléctrica en otras formas de energía. Puede ser una lámpara, un motor, un altavoz, o cualquier otro aparato que funcione por medio de la corriente eléctrica.

Los conductores eléctricos, sirven para completar el circuito entre la fuente de voltaje o alimentación y la carga, proporcionando un camino para la circulación de la corriente eléctrica. Son aquellos materiales por los cuales la corriente eléctrica pasa con mucha facilidad. Generalmente estos conductores son de cobre.

Pueden existir otros componentes como interruptores y otros dispositivos para controlar el paso de la corriente, además de dispositivos de protección eléctrica que protegen la carga contra niveles de voltaje o corriente peligrosamente elevados.

Los voltajes en un circuito se designan en varias formas dependiendo de su naturaleza, así:

• El voltaje entre los terminales de la fuente de alimentación, se denomina fuerza electromotriz (FEM).
• El voltaje entre los terminales de una carga, es llamado caída de tensión. 
• El voltaje entre dos puntos cualesquiera de un circuito, se llama diferencia de potencial.

El voltaje o fuerza aplicada a los circuitos puede ser básicamente de dos formas:

• Si los electrones se impulsan siempre en la misma dirección, es decir, que la fuente conserva siempre la misma polaridad, el voltaje es continuo (VCC).
• Si por el contrario, los electrones se impulsan primero en una dirección y luego en otra alternando continuamente la dirección de la fuerza, es decir, cambiando alternativamente de polaridad, el voltaje es alterno (VCA).

Tanto la corriente como los componentes que conforman los circuitos reaccionan de manera diferente ante las dos formas de voltaje; esto lo analizaremos en próximas publicaciones.

Unidad de medida de la tensión eléctrica

La unidad empleada para medir el trabajo realizado por la fuente al mover los electrones, recibe el nombre de voltio (V). El número de voltios representa la cantidad de fuerza aplicada a un circuito; a mayor voltaje, mayor será la fuerza aplicada al circuito y por lo tanto habrá mayor corriente. Sin embargo en electricidad y electrónica se manejan voltajes mayores y menores que el voltio, por lo cual es necesario disponer, además de la unidad fundamental, de otras unidades secundarias de medida denominadas múltiplos y submúltiplos.

• Los múltiplos, son unidades mayores que la unidad fundamental, y contienen a ésta varias veces exactamente.
• Los submúltiplos, por el contrario, son unidades de medida más pequeñas que la unidad fundamental y se encuentran contenidos en ésta varias veces exactamente.

A continuación vamos a ver un resumen de los múltiplos y submúltiplos del voltio:

Múltiplos

Kilovoltio ( KV ) y el factor de multiplicación es x 1.000

Megavoltio ( MV ) y el factor de multiplicación es x 1.000.000

Submúltiplos

milivoltio ( mV ) y el factor de multiplicación es x 0,001

microvoltio ( µV ) y el factor de multiplicación es x 0,000001

Conversión de unidades

Para hacer los cálculos necesarios para la aplicación de fórmulas matemáticas en electricidad y electrónica, necesitaremos con frecuencia convertir una unidad dada en otra más grande o más pequeña. Para convertir pequeñas unidades en grandes y viceversa, se siguen las siguientes reglas prácticas:

• Para convertir de voltios a milivoltios se multiplica por mil ( 1.000 ) el número de voltios dados, lo que equivale a correr el punto decimal tres lugares a la derecha en la cantidad de voltios. Veamos un ejemplo de lo explicado:

Para convertir 0,785 voltios en milivoltios tenemos que multiplicar por 1.000 los voltios dados; 0,785 x 1.000 = 785 . Es decir, 0,785 voltios equivalen a 785 mV.

• Para convertir milivoltios en voltios se divide el número de milivoltios dados entre mil (1.000). Esto equivale a correr el punto decimal tres lugares a la izquierda en la cantidad de milivoltios. Veamos un ejemplo de ésto:

Tenemos que convertir 35 milivoltios en voltios, para lo cual dividimos entre 1.000 los milivoltios dados; 35 / 1.000 = 0,035 . Es decir, 35 milivoltios equivalen a 0,035 voltios.

¿ Cómo podemos medirlo ?

El voltaje o fuerza electromotriz puede ser medido; para ello se emplea un instrumento de medida llamado voltímetro. Éste debe conectarse en paralelo con el elemento en el cual desea hacerse la medición. Podemos ver la medición del voltaje de una fuente de alimentación de un ordenador o PC con un voltímetro en la siguiente imagen.

Medir voltaje con un voltímetro

Antes de usar este instrumento es necesario tener en cuenta la polaridad y seleccionar un rango o escala superior al voltaje máximo que se desea medir. 

La carga o receptor de energía eléctrica

Ésta convierte la energía de los electrones en movimiento en señales eléctricas u otras formas de energía. Algunas de las cargas más utilizadas en circuitos eléctricos y electrónicos nos encontramos con las resistencias eléctricas, las lámparas, los motores o los altavoces. El hecho de que un material por el cual está circulando corriente se caliente, demuestra que el voltaje aplicado efectúa un trabajo para mover electrones contra cierta oposición. Esta oposición al paso de la corriente, se denomina resistencia. Dicho concepto lo analizaremos en la siguiente publicación y que es junto a los conductores, otro elemento muy importante y utilizado en todos los circuitos eléctricos y electrónicos.

Escrito por Archie Tecnology

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