CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Existe un sinnúmero de circuitos diferentes que tienen diversas aplicaciones; se construyen e instalan dentro de casas, fábricas, televisores, radios, computadoras, etc., pero todos ellos funcionan con los mismos principios básicos.

Un circuito eléctrico es un arreglo de partes que proporciona un camino a las cargas que transportan energía eléctrica. Los más sencillos están formados por una fuente de energía, los alambres conductores y una resistencia.

Se requiere una fuente que suministre energía, cargas eléctricas, conductores por donde éstas circulen y dispositivos (focos, motores) que transformen la energía que transportan las cargas en otras formas de energía.

En el empleo de la electricidad –ya sea para fines industriales, comerciales o domésticos–, intervienen gran cantidad de conexiones, aparatos e indicadores que es necesario representar en planos. Por tal motivo, se han establecido símbolos convencionales para representar instalaciones eléctricas.

Símbolos de instalaciones eléctricas. Haz click para ampliar la imagen.

BATERÍA DE PILAS EN SERIE Y EN PARALELO

La palabra batería (cuyo significado original era: grupo de armas de fuego que se disparan juntas) fue utilizada por los primeros científicos para designar un conjunto de pilas individuales conectadas entre sí.Pilas conectadas en serie.

Para conectar pilas en serie, el polo positivo de una debe estar conectado al polo negativo de otra. En una batería de pilas conectadas en serie, la diferencia de potencial entre las terminales de la batería es igual a la suma de cada una de las pilas.

Así, al formar una batería de tres pilas de 1.5 volts conectadas en serie, la diferenBatería de pilas en paralelo.cia de potencial de la batería será: 1.5 V + 1.5 V + 1.5 V = 4.5 V.

Batería de pilas en paralelo. En este tipo de conexiones las terminales positivas de las pilas deben conectarse entre sí, y lo mismo se hace con las terminales negativas.

Cuando las pilas se conectan en paralelo, la diferencia de potencial de la batería es igual a la de una sola de ellas, sin importar cuántas sean conectadas.

Es decir: VAB = VAB1 = VAB2 = VAB

En este caso las pilas deben ser del mismo voltaje, porque si una de ellas es mayor, las otras se agotan inútilmente.

La batería conectada en paralelo se usa en circuitos más complicados.

Conexión de resistencias en serie y en paralelo

Las resistencias dentro de un circuito eléctrico también se conectan en serie o en paralelo. Una lámpara, una plancha o un radio presentan una resistencia al paso de la corriente en el circuito del que forma parte.

Resistencias conectadas en serieEsquema del circuito hidráulico.

En un circuito hidráulico construido por tres resistencias (ruedas de paletas) conectadas en serie y una fuente de energía (bomba), como el que se muestra en la figura; se consideran los puntos a, b, c y d dentro del circuito.

La bomba realiza trabajo y genera una corriente de agua, cuya intensidad es igual en todas las secciones del circuito (incluyendo la bomba). La diferencia de presión del agua entre los puntos a y d del circuito es igual a la suma de las diferencias de presiones existentes entre los puntos ab, bc y cd.

Los circuitos con resistencias conectadas en serie son poco utilizados en instalaciones domésticas, debido a que si un elemento falla se interrumpe el paso de la corriente por todo el circuito, es decir, por toda la instalación.

Posiblemente, su único uso sea en las luces de los árboles navideños, las cuales suelen estar conectadas en serie; por eso, si una falla, el circuito queda abierto y las otras dejan de funcionar. Sin embargo, se les utiliza ampliamente en el proceso de producción de diversas industrias.

En el caso de un circuito hidráulico con tres resistencias (ruedas de paletas), las resistencias deben estar conectadas en paralelo. En este ejemplo, la intensidad de la corriente que ha generado la bombaResistencias conectadas en paralelo. se reparte entre las tres resistencias.

Existe una diferencia de presión entre los puntos a y b (pab), que es la misma para las tres resistencias.

Conectar las resistencias en paralelo equivale a aumentar la sección transversal de un conductor; por tanto, la resistencia disminuye. Esta expresión es válida para cualquier número de resistencias conectadas en paralelo en el circuito.

El enunciado anterior significa que el valor de la resistencia total de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo resulta ser siempre menor que cualquiera de las resistencias conectadas en el circuito. Además, debe considerarse que la resistencia total disminuye a medida que aumenta el número de resistencias conectadas en paralelo; por tanto, la carga total que fluye por el circuito aumenta.

Este tipo de circuito es el más usado en el hogar, ya que cuando se desconecta una resistencia, no se interrumpe el paso de la corriente.

Ejemplos:

Diagrama del problema que se presenta.

Diagrama del problema que se presenta.

POTENCIA ELÉCTRICA

La potencia mecánica se define como la cantidad de trabajo que una máquina puede realizar por unidad de tiempo, es la rapidez con que efectúa el trabajo.

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad para medir el trabajo es el joule y la unidad para el tiempo es el segundo. La unidad de potencia es el watt, en honor del ingeniero escocés James Watt (1736-1819), quien contribuyó enormemente al desarrollo de la industria.

Energía eléctrica. La potencia eléctrica es la rapidez con la que un circuito disipa energía en la unidad de tiempo.

Relación entre potencia y diferencia de potencial. Entre los puntos A y B existe una diferencia de potencial VAB. Esta diferencia es igual al trabajo realizado por un campo al desplazar una carga (q) del punto A al B; lo cual se expresa así:

Es decir, "la diferencia de potencial entre dos puntos (VAB) es igual al trabajo (W) realizado por un campo eléctrico cuando desplaza una carga (q) de un punto a otro". Por tanto:

WAB = (VAB) (q)

La intensidad de corriente (I) es igual a la carga eléctrica (q) que pasa por una sección de un conductor en un segundo (t).

Esta definición se expresa de la siguiente manera:

por tanto: q = (I) (t)

Ahora bien, si la potencia (P) es igual al trabajo WAB efectuado entre el tiempo (t) transcurrido, entonces se puede expresar lo siguiente:

Si en la expresión anterior se sustituye WAB por la expresión (VAB) (q), resulta esta ecuación:

Si se sustituye ahora q por su expresión (I) (t), la ecuación que resulta es:

Al simplificar la ecuación resulta la siguiente igualdad:

Esta expresión matemática de potencia eléctrica significa que un ampere de corriente que se mueve con una diferencia de potencial de un volt tiene una potencia de un watt.

1 watt = 1 ampere 3 1 volt

Ejemplo:

Una lámpara recibe una corriente de 0.55 amperes de una fuente de 110 volts. ¿Cuál es su potencia?

Solución:

P = ?

I = 0.55 A

VAB = 110 V

P = (V) (I)

P = (110 V) (0.55 A) = 60.5 watts

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