CIRCUITOS ELÉCTRICOS. CIRCUITOS
SERIE, PARALELO Y MIXTOS.
CÁLCULO DE MAGNITUDES EN UN CIRCUITO
1. CIRCUITO ELÉCTRICO
Definición y componentes de un circuito
eléctrico
2. CONCEPTOS PREVIOS
3.
MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS
4.
RELACIONES ENTRE MAGNITUDES
5.
CONEXIÓN EN SERIE
6.
CONEXIÓN EN PARALELO
7. CONEXIÓN DE LOS COMPONENTES DE UN CIRCUITO
8. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS
Ø Asociación serie
Ø Asociación paralelo
Ø Asociación mixta
9. ASOCIACIÓN DE GENERADORES
Ø Asociación serie
Ø Asociación paralelo
1.
CIRCUITO ELÉCTRICO
Definición y componentes de un circuito
eléctrico
Se define un circuito eléctrico
como un conjunto de elementos
conectados entre sí por medio
de conductores que permiten
el paso de la corriente eléctrica.
Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:
ü GENERADORES: Son elementos capaces
de generar energía
eléctrica a partir
de otras formas
de energía (química, mecánica, solar…
nuclear) pilas, baterías,
dinamos, alternadores, placas
solares...
RECEPTORES: Son los elementos que consumen la energía eléctrica y la transforman en otras formas de energía (calorífica, luminosa, rotativa, sonora…) Ejemplos: lámparas, timbres, motores, resistencias, radiadores.
ü ELEMENTOS
DE MANIOBRA: Son aquellos elementos que se
encargan de manejar (abrir o cerrar
a voluntad) un circuito.
Ø
Pulsadores: Abren o cierran un circuito mientras están presionados.
Los hay normalmente abiertos y normalmente cerrados (Monoestables)
Ø
Conmutadores: Permiten controlar dos o más circuitos desde un mismo punto. En las viviendas también se utilizan para encender una
lámpara desde dos puntos diferentes (si quiero controlar la lámpara desde más
de dos sitios necesito intercalar conmutadores de cruce entre dos conmutadores
simples).
Interruptor pulsador NA Conmutador
Circuito conmutado
ü ELEMENTOS DE PROTECCIÓN: Son aquellos
que se encargan de proteger
el circuito eléctrico contra
cortocircuitos y sobrecargas, como por ejemplo los fusibles, diferenciales, magneto térmicos.
ü CONDUCTORES: Su función
es unir todos los elementos del circuito y permitir el paso de la corriente. Suelen
ser de cobre.
2. CONCEPTOS PREVIOS
ü La
corriente eléctrica es el movimiento de electrones, portadores de carga eléctrica.
ü Un circuito
eléctrico es un conjunto de dispositivos
conectados entre sí a través de materiales conductores (como los cables de
cobre).
Para que los
electrones se muevan a través
de un circuito es necesario que haya un dispositivo
denominado generador (como las pilas). Los generadores aportan energía a los electrones.
Los generadores se caracterizan por su
voltaje.
Para poder controlar la corriente eléctrica, en los circuitos existen elementos de maniobra (como los interruptores, los pulsadores, etc.).
Para representar
los circuitos eléctricos utilizamos esquemas
eléctricos con símbolos.
Voltaje o tensión eléctrica
Es la diferencia de energía que posee la carga eléctrica entre dos puntos
de un circuito.
Ø
La tensión en un generador es
una medida de la energía que le aporta a las cargas eléctricas cuando pasan por
él.
Ø
La tensión en un receptor es una
medida de la energía que la carga eléctrica que pasa por él consume en dicho
receptor.
El voltaje o tensión se mide en
voltios (V).
Intensidad de corriente
Es la cantidad de
carga eléctrica que circula
por un conductor por
unidad de tiempo.
La intensidad
se mide en amperios (A).
Resistencia eléctrica
Es la dificultad que opone un material o un receptor al paso de la corriente eléctrica.
La resistencia se mide en ohmios (W).
Potencia eléctrica
Es la cantidad de
energía que se consume en un receptor o que se produce en un generador por
unidad de tiempo.
La potencia se mide
en vatios (W).
Para un receptor, se puede asimilar la potencia con el trabajo realizado por unidad de tiempo por una turbina hidráulica al circular por ella un caudal determinado desde una cierta altura.
Para un generador, se puede asimilar la potencia con el trabajo realizado por una bomba para subir una determinada altura (similar a V) un cierto caudal (cantidad de agua por unidad de tiempo).
Energía
eléctrica
Es la energía generada por un generador eléctrico o consumida
por un receptor eléctrico. La unidad de energía
más usada en electricidad es el kilovatio-hora (Kwh).
En el símil hidráulico, sería el
total del trabajo realizado en la bomba o el total del trabajo realizado por la turbina, en un periodo de tiempo
4.
RELACIONES ENTRE MAGNITUDES
La Ley de
Ohm relaciona tensión (V), resistencia (R) e intensidad (I), de la forma:
V = R ´ I
La potencia puede calcularse como:
P = V ´ I
La energía puede calcularse como:
E
= P ´ t
5.
CONEXIÓN EN
SERIE
Por todos los dispositivos conectados en serie
circula
la misma intensidad de corriente.
En el caso de receptores en
serie, la tensión del generador se
reparte entre los receptores.
En el caso de generadores en serie, el voltaje que proporciona
el conjunto es igual a
la suma de los voltajes de cada generador.
6.
CONEXIÓN EN
PARALELO
La tensión en todos los receptores
es la misma que la del generador.
Por cada receptor circula la misma corriente que si
estuviera conectado él solo.
La intensidad de corriente que pasa
por el generador es igual a la suma de las intensidades por los receptores. En
el caso de generadores en paralelo, todas las pilas deben ser de la misma
tensión.
Se conectan entre sí los
polos del mismo signo (los positivos con
positivos y los negativos con negativos).
El voltaje que proporciona el
conjunto, es el mismo que da un solo generador. Cada generador solo da la mitad
de la corriente necesaria, por eso dura el doble.
7. CONEXIÓN DE LOS COMPONENTES DE UN CIRCUITO
Los componentes de un circuito
eléctrico se pueden
conectar de distintas
maneras. En función a como estén conectados distinguimos.
Circuito serie: los elementos
están conectados uno a continuación del otro de forma que por
todos ellos pase la
misma intensidad de corriente.
Circuito paralelo: los elementos
están colocados de manera que sus extremos
estén conectados a puntos comunes
(misma tensión).
Circuito mixto: existen a la vez elementos conectados en serie y en paralelo.
Cuando en un circuito existe más de una resistencia se
dice que están asociadas, denominándose
resistencia equivalente a aquella resistencia única que consume
la misma energía que las asociadas y
que puede, por lo tanto, sustituirlas, sin que se produzca ninguna modificación energética en el circuito.
Ø Asociación SERIE
Es la que resulta de conectar las resistencias una a
continuación de otra de forma que por
todas ellas pasa la misma intensidad, cumpliéndose que la diferencia de
potencial en extremos de la resistencia
equivalente es igual a la suma de las diferencias de potencial que existe entre los extremos de las resistencias asociadas.
En una asociación de
resistencias serie se cumple que la resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias asociadas.
Se observa que (1) I = I1 = I2 = I3 (2) V= V1 + V2 + V3
Aplicando la ley
de Ohm en (2) y teniendo en cuenta la propiedad (1) llegamos a la
siguiente conclusión: R eq = R1 + R2 +
R3
POTENCIA EN UN CIRCUITO SERIE:
La potencia
total que suministra el generador en un circuito
serie se calcula multiplicando la tensión total del generador por la intensidad que suministra
el mismo…
Pg = Vg . It
Las potencias consumidas en cada una de las resistencias se obtienen igual
P1= V1 x I1 P2= V2 x I2 P3= V3 x I3
Se cumple que la suma de las potencias parciales de cada una de las
resistencias de un circuito serie es igual
a la
potencia total suministrada por el generador.
Pg = P1 + P2 + P3
Es la que resulta de unir varias resistencias de tal
modo que tengan todos sus extremos conectados
a puntos comunes. Por lo tanto, la diferencia de potencial entre los extremos
de todas las resistencias será la
misma, pero por cada una de ellas circulará distinta intensidad, cumpliéndose que la intensidad de
corriente total es igual a la suma de las que pasan por cada una de las resistencias asociadas.
En una asociación de resistencias en paralelo se cumple que la inversa de la resistencia equivalente es igual a la suma de las
inversas de las resistencias asociadas.
NOTA: LA RESISTENCIA EQUIVALENTE ES SIEMPRE
MENOR QUE LA RESISTENCIA ASOCIADA
MÁS PEQUEÑA.
Se observa que (1) V = V1 = V2 = V3
(2) I = I1 + I2 + I3
Aplicando la Ley de Ohm en (2) y teniendo
en cuenta (1) llegamos a la siguiente conclusión….
POTENCIA DE UN CIRCUITO
PARALELO
La potencia total
producida por el generador es igual a: Pt = Vg x It Las potencias consumidas en cada una de
las resistencias son:
P1= V1 x I1 P2= V2 x I2 P3= V3 x I3
La suma de las potencias parciales
de un circuito paralelo es igual a la potencia
total que suministra el generador: Pt = P1 + P2
+ P3
Ø Asociación MIXTA
Se da cuando
en un mismo circuito aparecen
series acopladas en paralelo o paralelos en serie. La resistencia equivalente se
calcula resolviendo por separado cada una de las asociaciones sencillas formadas.
ASOCIACIÓN DE GENERADORES
Un generador
es todo dispositivo capaz de transformar cualquier tipo de energía no eléctrica (química, mecánica, magnética…)
en eléctrica y suministrársela a las cargas que se le conectan. Si varios generadores forman parte de un mismo
circuito, se dice que están asociados.
Ø Asociación SERIE
Al conectar varios generadores en
serie, se obtiene un voltaje igual a la suma de los voltajes
de los generadores conectados. Sin embargo la intensidad
que pasa por el circuito es la misma.
Los polos de los generadores se han de conectar de manera alterna,
es decir, el polo + de uno se conecta
al – de siguiente. Si colocamos uno de los generadores en posición invertida
su voltaje no se sumará al del conjunto, sino que se restará.
Ø Asociación PARALELO
Es la que resulta
de unir por un lado todos los polos
+ y
por otro todos los – de los n generadores. Todos los generadores
conectados en paralelo han de tener el mismo voltaje
y hay que evitar conectar
los generadores con
los
polos invertidos ya que se produciría una corriente a través de ambos generadores tan intensa que los destruiría.
(Al conectar generadores en paralelo conseguimos que las pilas tarden más
tiempo en agotarse).
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