CONTROL DE CIRCUITOS MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Transcripción

1 CONTROL DE CIRCUITOS Como se comprobó en el apartado anterior (ELEMENTOS DE CONTROL MANUAL EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS), el paso de corriente por un circuito elemental depende de la posición del elemento de control. Según sea esta posición, se distingue entre circuito abierto y circuito cerrado. - Se dice que un circuito se encuentra abierto cuando el interruptor está desactivado. En estas condiciones, la corriente no puede circular y en este caso, la lámpara permanece apagada, como se detalla en la ilustración 1: Ilustración 1 Si el circuito está abierto, no hay paso de corriente - Por el contrario, hablamos de circuito cerrado cuando activamos el interruptor. En estas condiciones, la corriente circula por el circuito y la lámpara se ilumina, como se observar en la ilustración 2: Ilustración 2 Cuando el circuito se cierra, la corriente pasa por la lámpara MAGNITUDES ELÉCTRICAS Para poder montar y controlar circuitos eléctricos, es necesario conocer las magnitudes eléctricas básicas saber medirlas y establecer relaciones entre ellas. Las que se pueden medir en un circuito son la diferencia de potencial, la intensidad y la resistencia.

2 - La diferencia de potencial V (también llamada tensión o voltaje), es la diferencia de energía que existe entre los extremos de un conductor o un operador eléctrico. Es la responsable del movimiento de los electrones. Se mide en voltios (V). - La intensidad de corriente I es la cantidad de electricidad que circula por un conductor en la unidad de tiempo. Se mide en Amperios (A). - La resistencia eléctrica R es la oposición que presenta un conductor o cualquier otro operador a ser atravesado por la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω). Se puede comprobar experimentalmente que, cuanto más grande es la diferencia de potencial entre los extremos de un conductor y más pequeña es la resistencia de éste, mayor es la intensidad de corriente que circula. Esta relación se conoce con el nombre de ley de Ohm. En esta ley, la intensidad de corriente I que circula por un conductor en un circuito cerrado es directamente proporcional a la tensión V aplicada e inversamente proporcional a la resistencia R del conductor, como se expresa en la ecuación (1): Haciendo uso de esta ley, es posible determinar el valor de una magnitud si se conoce las otras dos. Ejemplo 1: Calcula la intensidad de corriente que circula por un cable de 8 Ω sobre el que se establece una diferencia de potencial de 12 V. Solución: Aplicando la ley de Ohm se tiene: (1) Respuesta: La intensidad de corriente es de 1.5 A. Ejemplo 2: Calcula la resistencia de una lámpara conectada a una tensión de 9 V por la que circula una corriente de 0.1 A. Solución: Despejando R de la fórmula de la ley de Ohm: Respuesta: La resistencia es de 90 Ω. Ejemplo 3: Calcula la tensión a que está sometido un motor de 60 Ω de resistencia si a través de él circula una corriente de 0.2 A. Solución: Despejamos V de la fórmula de la ley de Ohm: Respuesta: La tensión es de 12 V.

3 TIPOS DE CIRCUITOS Cuando un circuito eléctrico dispone de varios operadores, éstos se pueden conectar de dos formas básicas: en serie y en paralelo. También es posible una combinación de ambas formas, con lo que se obtiene un circuito mixto. Conexiones en serie En este tipo de circuitos la corriente eléctrica sólo tiene un camino para recorrer, que pasa a través de todos los operadores, como puedes apreciar en la ilustración 3: Ilustración 3 Ejemplo de circuito eléctrico en serie y diagrama de símbolos El principal inconveniente de este tipo de circuitos es que, si uno de los receptores deja de funcionar, se interrumpe el paso de corriente por todo el circuito, ya que ésta no tiene ningún camino alternativo por donde circular. En este tipo de conexiones se distingue la conexión en serie de generadores y conexión en serie de receptores. - Para conectar generadores en serie, el polo positivo de un generador, se conecta al negativo del siguiente, como se muestra en la ilustración 4: Ilustración 4 Ejemplo de diagrama de conexión y de símbolos para un circuito de generadores en serie En estas condiciones, la tensión de salida es la suma de las tensiones de cada uno de los generadores: (2)

4 De esta forma, se consigue incrementar la intensidad de corriente que circula por los receptores, pero el tiempo de funcionamiento de las baterías es el mismo que si se conectará una única pila. - Si se trata de receptores en serie, se conectan uno a continuación del otro, ya que en éstos no hay distinción entre el polo positivo y el negativo, como se presenta en la ilustración 5: Ilustración 5 - Ejemplo de diagrama de conexión y de símbolos para un circuito de receptores en serie La intensidad de corriente es la misma en cualquier punto del circuito: La diferencia de potencial del generador se reparte entre los receptores: Los elementos operadores (como en el ejemplo presentado en la ilustración 5) presentan una resistencia ante el flujo de corriente. En circuitos en serie, la resistencia total R T es igual a la suma de las resistencias individuales de los operadores: (3) (4) (5) Conexiones en paralelo En este caso, todos los operadores están conectados a los mismos puntos del circuito, de modo que la corriente eléctrica tiene que distribuirse por varios caminos alternativos. Estos puntos de conexión se denominan nodos de conexión.

5 Ilustración 6 - Ejemplo de circuito eléctrico en serie y diagrama de símbolos La ventaja de este sistema de conexión frente a la conexión en serie es que, si uno de los receptores deja de funcionar, la corriente se reparte entre los demás y el circuito sigue cerrado. Como en el caso de los circuitos en serie, para esta conexión se distingue la conexión en paralelo de generadores y la conexión en paralelo de receptores. - Para conectar generadores en paralelo, todos los polos positivos se conectan entre sí y lo mismo hacen los negativos, como se detalla en la ilustración 7: Ilustración 7 - Ejemplo de diagrama de conexión y de símbolos para un circuito de generadores en paralelo En el caso anterior todos los elementos conectados tienen la misma tensión. En estas condiciones, la tensión de salida es la misma que la de uno de los generadores: (6)

6 De esta manera, la intensidad de corriente es la misma que circula por los receptores, pero el tiempo de funcionamiento es proporcional al número de generadores conectados. - En el caso de receptores en paralelo, en la ilustración 8 se muestra un ejemplo de este tipo de conexiones: Ilustración 8 - Ejemplo de diagrama de conexión y de símbolos para un circuito de receptores en paralelo En un circuito de receptores en paralelo, la intensidad total de corriente es igual a la suma de las intensidades que circulan por cada receptor: La diferencia de potencial es la misma en todos los receptores: La resistencia total en esta configuración, es menor que la de uno solo de los receptores. Para obtenerla, hay que aplicar la siguiente fórmula matemática: (7) (8) (9) Conexiones mixtas En cualquier circuito es posible combinar la conexión de operadores, de modo que se obtenga un circuito denominado circuito serie-paralelo o mixto. Los operadores se comportan según su forma de conexión, tal y como se indica a lo largo de este documento. En la ilustración 9 se muestra un ejemplo de conexión mixta: Ilustración 9 - Ejemplo de circuito mixto

7 ACTIVIDAD 1. Copia en tu cuaderno los conceptos básicos y fórmulas matemáticas de los tipos de conexiones básicas en circuitos, descritas en el presente documento. 2. Dibuje el esquema circuital y diagrama de símbolos de un circuito en serie que dispone de un generador y dos receptores. Si se interrumpe el paso de corriente por el primer receptor del circuito detallado anteriormente, qué le pasará al segundo receptor? Justifica su respuesta. 3. Si se cierra el interruptor del circuito del numeral anterior, y la intensidad que pasa por el primer receptor es de 0.5 A, cuál será la intensidad que circulará por el segundo receptor? Justifica su respuesta. 4. Un circuito en paralelo dispone de un generador y dos receptores. Si interrumpimos el paso de corriente por el primer receptor, qué le pasará al segundo? Justifica tu respuesta. 5. Si se cierra el interruptor del circuito del numeral anterior, y la tensión que soporta el primer receptor es de 12 V, qué tensión soportará el segundo receptor? Justifica tu respuesta.