Un circuito eléctrico es un sistema formado por un conjunto de elementos eléctricos interconectados. Tiene uno o más caminos cerrados que pueden ser atravesados por una corriente eléctrica.
Una corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas libres de forma ordenada. Normalmente estas cargas son electrones que se mueven del polo negativo al polo positivo. Dependiendo del movimiento que describen las cargas eléctricas distinguimos dos tipos de corrientes: la corriente continua y la corriente alterna.
La intensidad de corriente indica la cantidad de electrones que circularán por una sección de un conductor durante un tiempo determinado.
Se utilizan diagramas eléctricos o esquemas con símbolos electrónicos estandarizados para representar circuitos eléctricos.
Componentes de un circuito eléctrico
Los componentes básicos de un circuito eléctrico son los siguientes:
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Generador: El generador eléctrico es el elemento encargado de generar la corriente eléctrica manteniendo una diferencia de potencial entre los extremos del circuito. Por ejemplo, una pila o una placa fotovoltaica.
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Conductor: el conductor de corriente es por donde se desplazan los electrones que ha impulsado el generador eléctrico. El material utilizado debe ser conductor de la electricidad. Los elementos de la tabla periódica más conductores son la plata, el cobre y el oro.
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Resistencia eléctrica: las resistencias son elementos que se oponen al paso de la corriente eléctrica. Son los elementos del circuito que pierden más energía útil en forma de calor de acuerdo con la ley de Joule.
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Receptores: los receptores convierten la electricidad en otro tipo de energía. Las bombillas y los motores eléctricos son ejemplos de receptores.
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Elementos de control: la función de estos elementos es cortar o dirigir el paso de la corriente dentro del circuito. Algunos ejemplos son los pulsadores, interruptores y los conmutadores.
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Condensadores: Un condensador es un elemento con la capacidad de almacenar energía eléctrica y que posteriormente puede liberar.
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Inductores: Almacenan energía en forma de campo magnético cuando fluye corriente a través de ellos. Son comunes en circuitos de filtros y circuitos de temporización.
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Diodos: Permiten que la corriente fluya en una sola dirección. Se utilizan en circuitos rectificadores y para proteger componentes sensibles a la polaridad.
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Transistores: Actúan como interruptores o amplificadores de señales eléctricas. Son esenciales en la electrónica digital y en amplificadores de audio.
Los elementos de un circuito eléctrico pueden estar conectados en serie y paralelo. Por ejemplo, en los receptores en serie los receptores están conectados uno a uno entre ellos.
En los circuitos en serie, la intensidad de corriente es idéntica en todos los elementos. Sin embargo, en los circuitos en paralelo en el que está circulando una corriente, las intensidades se suman.
Tipos de circuitos eléctricos
Existen varios tipos de circuitos, cada uno con características y aplicaciones específicas. A continuación se presentan algunos de los tipos más comunes:
Circuito en serie
Un circuito en serie es aquel en el que los componentes están conectados uno tras otro, creando un único camino para que la corriente fluya. La corriente es constante en todo el circuito, lo que significa que la misma corriente pasa a través de cada componente en secuencia.
La tensión se divide entre los componentes, lo que significa que la suma de las caídas de voltaje a través de cada componente iguala el voltaje de la fuente. Si se desconecta o se quita un componente en un circuito en serie, se interrumpe todo el flujo de corriente en el circuito.
Circuito en paralelo
Un circuito paralelo implica que los componentes están conectados en múltiples rutas o caminos para que la corriente fluya. La tensión es la misma en todos los componentes del circuito en paralelo, pero la corriente se divide entre ellos.
Si se desconecta o se quita un componente en un circuito en paralelo, los demás continúan funcionando sin interrupción.
Circuito mixto
Un circuito mixto es una combinación de circuitos en serie y en paralelo.
Puede haber múltiples ramas en paralelo, y dentro de cada rama pueden existir componentes conectados en serie.
Los circuitos mixtos se utilizan comúnmente en aplicaciones donde se necesita una combinación de funciones, como en circuitos eléctricos complejos.
Circuito en corriente continua (CC o DC)
Un circuito de corriente continua implica que la corriente fluye en una sola dirección constante.
Este tipo de circuito se encuentra comúnmente en baterías, dispositivos electrónicos portátiles y sistemas de suministro de energía de CC.
Circuito en corriente alterna (CA)
En un circuito de corriente alterna, la dirección de la corriente se invierte periódicamente, oscilando entre valores positivos y negativos.
La mayoría de las redes eléctricas de hogares y empresas utilizan corriente alterna para la distribución de energía.
Circuitos trifásicos
Los circuitos trifásicos se utilizan en aplicaciones industriales y comerciales para suministrar energía eléctrica de manera eficiente.
Consisten en tres fases de corriente alterna desfasadas 120 grados entre sí, lo que permite una transmisión de potencia más equilibrada y eficiente.
Circuitos digitales
Los circuitos digitales se utilizan en la electrónica para procesar señales digitales, que son representadas por valores discretos (0 y 1).
Ejemplos comunes incluyen puertas lógicas, flip-flops, microcontroladores y circuitos integrados digitales.
Circuitos analógicos
Los circuitos analógicos se utilizan para procesar señales analógicas, que son continuas en su representación.
Ejemplos incluyen amplificadores de audio, circuitos de radio y sensores.
Circuitos de potencia
Estos circuitos se utilizan en sistemas eléctricos de alta potencia, como los sistemas de distribución de energía eléctrica y los sistemas de control de motores.
Leyes fundamentales de los circuitos eléctricos
Las leyes fundamentales de los circuitos eléctricos son principios que rigen el comportamiento de la corriente eléctrica y el voltaje en los circuitos eléctricos. Estas leyes son esenciales para el análisis y diseño de circuitos eléctricos.
Entre las leyes fundamentales destacan las siguientes:
Ley de Ohm
Esta ley establece la relación básica entre la corriente (I), la tensión (V) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico. La ley de Ohm se expresa mediante la siguiente ecuación:
V=I⋅R
Donde:
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V es la tensión en voltios (V).
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I es la corriente en amperios (A).
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R es la resistencia en ohmios (Ω).
La ley de Ohm indica que la corriente en un conductor es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.
Leyes de Kirchhoff
Gustav Kirchhoff formuló dos leyes fundamentales que se aplican a circuitos eléctricos complejos para el análisis de corrientes y tensiones:
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Ley de Corrientes de Kirchhoff (ley de nodos): En cualquier nodo de un circuito (un punto de conexión donde convergen varios conductores), la suma algebraica de las corrientes que entran en el nodo es igual a la suma algebraica de las corrientes que salen del nodo. Esto se basa en el principio de conservación de la carga.
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Ley de Voltajes de Kirchhoff (ley de mallas): En cualquier bucle cerrado o malla en un circuito, la suma algebraica de las caídas de voltaje alrededor de la malla es igual a la suma algebraica de las tensiones aplicadas en la malla. Esto se basa en el principio de conservación de la energía.