Por Robert Hazen, Ph. D., Universidad George Mason
Los circuitos eléctricos son conceptos importantes que tienen aplicaciones prácticas en nuestra vida diaria. Es un concepto muy simple que incorpora tres componentes diferentes: una fuente de energía eléctrica, un dispositivo y un circuito cerrado de material conductor.
Fuente de Energía eléctrica
El primer componente de un circuito eléctrico es la fuente de energía eléctrica que permite que los electrones se muevan. Esta fuente podría ser una batería, una célula solar o una planta hidroeléctrica, un lugar donde hay una terminal positiva y una terminal negativa y desde donde la carga podría fluir de una a otra. Este empuje de carga eléctrica se denomina voltaje cuyo potencial se mide en voltios.
Dispositivo en el Circuito Eléctrico
El segundo componente es el dispositivo. Responde a la corriente que pasa a través de él. Hoy en día, un dispositivo es algo que se puede conectar a un enchufe de pared y usar con electricidad. El bucle generalmente se cierra con un trozo de material conductor. Por lo general, es un cable, pero hay otros tipos de materiales que también pueden cerrar el bucle. Por ejemplo, hay varias tiras de metal dentro del televisor que se han depositado en una superficie de plástico que puede ser el material conductor o incluso, en algunos casos, el chasis de un dispositivo que se convierte en parte del circuito cerrado.
Resistencia del circuito eléctrico
El tercer componente es la resistencia; cada circuito tiene cierta resistencia al flujo de electrones. Los electrones chocan con otros electrones y átomos que componen el cable y, por lo tanto, convierten parte de su energía en calor. Simplemente no es posible transferir energía de una forma a otra sin perder parte de esa energía en forma de calor.
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Linterna como circuito eléctrico
La linterna es un dispositivo simple que incorpora los tres componentes. Las dos baterías de la linterna son la fuente.
La bombilla al final de la linterna es el dispositivo al que fluye la corriente. La corriente fluye a través de un filamento muy pequeño que se calienta hasta una temperatura muy alta debido a la resistencia eléctrica. Como resultado, el filamento brilla intensamente.
El circuito se completa finalmente con una tira de metal que baja por el cañón lateral de la linterna. También hay una bobina de cable en un extremo de la linterna y en el otro extremo están los puntos de contacto para la batería, así como la otra tira de cable que juntos completan el circuito.
Interruptor, fusible y disyuntores
Las linternas y la mayoría de los demás aparatos eléctricos también tienen un interruptor. Un interruptor es simplemente un dispositivo que ayuda a romper el bucle continuo del material conductor.
Cuando el interruptor está abierto, no hay flujo de corriente, pero cuando el interruptor está cerrado, hay un flujo. Básicamente, todos los circuitos funcionan así. Incluso en el circuito conectado a la pared de su habitación, hay un bucle continuo de cable que se extiende desde su casa hasta la planta de energía.
Se utiliza un fusible o un disyuntor para evitar incendios importantes debido a sobrecargas. Un fusible está diseñado para quemarse si la corriente es demasiado alta.
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Tipos de circuitos eléctricos
Hay dos tipos de circuitos que se encuentran en los hogares y otros dispositivos comunes; a saber, circuitos en serie y circuitos paralelos.Circuitos de la serie
– Los circuitos de la serie consisten en varios dispositivos, cada uno de ellos conectado uno tras otro en un solo bucle grande. Sin embargo, los diferentes dispositivos tienen diferentes voltajes a través de ellos, la misma corriente fluye a través de cada dispositivo en el circuito de serie.
Si alguno de los dispositivos de un circuito en serie se rompe, todo el circuito falla. Por ejemplo, si hay tres bombillas conectadas en una serie, en un solo bucle de cable conectado a una batería. Si se desenrosca una bombilla, todo el circuito falla.
Circuitos paralelos-En circuitos paralelos, diferentes dispositivos están dispuestos de manera que una sola fuente suministra voltaje a bucles de cable separados. El voltaje en cada dispositivo a través del circuito es exactamente el mismo, pero en general, diferentes dispositivos verán diferentes corrientes. En este caso, cada dispositivo funcionará incluso si los otros fallan.
Por ejemplo, si dos bombillas están conectadas en paralelo y una se desenrosca, la otra funcionará. Las luces modernas del árbol de Navidad se realizan en circuitos paralelos para que incluso si una sola luz se apaga, no tenga que desecharse toda la hebra.
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Sistematización de las relaciones entre Circuitos Eléctricos-Leyes de Kirchhoff
El comportamiento sistematizado de los circuitos es de inmensa importancia en la ingeniería eléctrica y se explica por las Leyes de Kirchhoff. La primera ley establece: «La energía producida por la fuente es igual a la energía consumida en el circuito, incluido el calor que se pierde como resultado de la resistencia.»
La segunda ley establece: «La corriente que fluye hacia cualquier unión es igual a la suma de las corrientes que salen de esa unión.»Esto significa que la corriente son electrones que fluyen a través de los cables y el número de electrones que fluyen hacia una unión es igual al número de electrones que salen de esa unión.
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¿Las Diferentes Formas de Energía Eléctrica Son Fundamentalmente Iguales?
Michael Faraday hizo cuidadosos estudios sistemáticos de todos estos diferentes tipos de electricidad. Pudo demostrar que todas estas diferentes formas de electricidad producían exactamente el mismo tipo de fenómeno y eran el resultado del movimiento de electrones.
Faraday concluyó que todas las formas de energía producen chispas, pueden fluir a través de cables y se pueden hacer para hacer trabajo. Su investigación también mostró por primera vez que la electricidad animal de una anguila eléctrica, la electricidad proveniente de una batería y la electricidad de un rayo eran el mismo fenómeno.
Corriente eléctrica y Potencia
El flujo o movimiento de electrones a través del circuito eléctrico se denomina corriente eléctrica. La corriente se mide en amperios. Un amperio corresponde a unos 6 mil millones de electrones que pasan un punto en ese circuito cada segundo.
Otro término importante asociado con la electricidad es la energía. El poder se define como el trabajo dividido por el tiempo. En un circuito eléctrico, la potencia es igual a la tensión de corriente, medida en vatios. Cuanto mayor sea la potencia, más rápida será la energía consumida por ese objeto, ya sea una bombilla, un amplificador o cualquier dispositivo eléctrico.
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Preguntas comunes sobre las contribuciones de Alessandro Volta y la Invención de la batería
Cuando la corriente fluye a través de un filamento muy pequeño, se calienta hasta una temperatura muy alta debido a la resistencia eléctrica. Esto hace que el filamento arda intensamente y, por lo tanto, la bombilla de la linterna brilla.
Los fusibles y disyuntores están diseñados para evitar que los equipos eléctricos se dañen debido a una sobrecarga. Mientras que los fusibles deben reemplazarse después de una sobrecarga, los disyuntores deben reiniciarse.
El flujo de electrones a través de un circuito eléctrico se denomina corriente eléctrica y se mide en amperios.
Las luces del árbol de Navidad de antaño eran un tipo de circuito en serie donde si una bombilla no funcionaba, todo el circuito fallaría. Sin embargo, las luces modernas del árbol de Navidad siguen el principio de circuitos paralelos