TEMA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS

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1 TEMA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2 2. LA ELECTRICIDAD 2 3. EL CIRCUITO ELÉCTRICO 2 a) Generador de corriente 3 b) Conductor 3 c) Receptores 3 d) Controladores 3 4. TIPOS DE CIRCUITOS 3 a) Circuitos en serie 3 b) Circuitos en paralelo 3 c) Circuitos mixtos 3 5. LAS MAGNITUDES ELÉCTRICAS 4 a) La intensidad de corriente (I) 4 b) La tensión, diferencia de potencial o voltaje (V) 4 c) La resistencia eléctrica (R) 5 6. LA LEY DE OHM 5 7. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS 5 a) Resistencias en serie 5 b) Resistencias en paralelo 6 c) Resistencias en circuitos mixtos 7 1

2 TEMA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS 1. INTRODUCCIÓN Es difícil imaginar nuestra vida sin el uso de energía eléctrica. Prácticamente todos nuestros hábitos cotidianos están ligados inseparablemente a la utilización de esta forma de energía: el despertador, el microondas o la placa vitrocerámica para calentar la leche, los semáforos que regulan la circulación del tráfico, Todas nuestras actividades dependen de una u otra manera del uso de la energía eléctrica. Además, cabe suponer, que cada vez seamos aún más dependientes de este tipo de energía y actividades que actualmente no están ligadas a dispositivos eléctricos lo estarán en un futuro no muy lejano. En este tema vamos a conocer los aspectos más básicos de la electricidad que nos permitirán diseñar pequeños circuitos eléctricos, así como tomar decisiones técnicas sobre los elementos más adecuados en función del proyecto a diseñar. 2. LA ELECTRICIDAD La materia está formada por átomos. Los átomos se componen de un núcleo donde se sitúan los protones y neutrones. A los protones se les supone carga positiva y a los neutrones carga neutra. Alrededor del núcleo orbitan unas partículas llamadas electrones a las que se les supone carga negativa. Un átomo neutro será aquel que tenga el mismo número de cargas negativas que de cargas positivas; es decir, el mismo número de electrones que de protones. Sin embargo, los átomos pueden sufrir procesos en los que se desprendan de los electrones más alejados del núcleo, es decir, aquellos electrones cuya unión sea más débil. En este caso, los electrones pueden moverse hacia otros átomos con exceso de cargas positivas, de tal forma que tiendan a neutralizarlos. Protones (+) Neutrones Electrones (-) El movimiento de electrones desde un punto con mayor carga negativa hacia otro con menor carga negativa se denomina corriente eléctrica. La utilización de este movimiento de electrones es lo que permite el funcionamiento de las máquinas eléctricas. 3. EL CIRCUITO ELÉCTRICO Un circuito eléctrico es el conjunto de dispositivos que permite el movimiento de electrones y lo utiliza para un fin concreto como, por ejemplo, 2

3 encender una bombilla. Los dispositivos que constituyen un circuito eléctrico son: a) Generador de corriente Es el que provoca la diferencia de cargas necesaria para que se produzca el movimiento de los electrones. En nuestros circuitos de taller utilizaremos pilas. b) Conductor Es el medio por el cual se va a realizar el movimiento de electrones. Deberá conectar todos los elementos del circuito. Los materiales más utilizados en los circuitos son los metales en general y especialmente el cobre. c) Receptores Son los elementos encargados de utilizar el tránsito de electrones para un fin concreto. Por ejemplo: una bombilla, un motor, una resistencia eléctrica, un zumbador, etc. En ellos, se produce una transformación de la energía de eléctrica a mecánica, calorífica, acústica, etc. d) Controladores Son los elementos encargados de regular el tránsito de los electrones por el circuito. Por ejemplo: los interruptores, pulsadores, etc. Los interruptores más habituales son los de UPUD pero los hay de UPDD, DPDD, etc. EJERCICIO 1: Haz una tabla en tu cuaderno con los símbolos eléctricos de cada uno de los elementos mencionados en este apartado. Las columnas serán: Tipo de elemento, Nombre del elemento, Símbolo eléctrico. 4. TIPOS DE CIRCUITOS La forma en la que se conectan los distintos elementos de un circuito da lugar a la clasificación de los circuitos en: circuitos en serie, circuitos en paralelo y circuitos mixtos. a) Circuitos en serie Los elementos se conectan de tal forma que las cargas eléctricas recorren todos los elementos. Es decir, si el circuito queda abierto por algún motivo en un punto del circuito no funcionaría ningún elemento. b) Circuitos en paralelo Los elementos se conectan de tal forma que el número de electrones que recorre un elemento no tiene porqué coincidir con el número de electrones que recorre otro elemento conectado en paralelo. Existen varios caminos para las cargas eléctricas y no todas las cargas pasan por todos los elementos. El circuito puede estar abierto en un punto pero no afectar a todos los elementos. c) Circuitos mixtos 3

4 La mayor parte de los circuitos tiene elementos conectados en serie y otros elementos conectados en paralelo. EJERCICIO 2: Un circuito está compuesto por dos bombillas, un motor, un zumbador, una pila, un interruptor y un pulsador conectados entre sí por medio de un cable de cobre. Cuando el interruptor está cerrado funcionarán las dos bombillas y el zumbador. Para que funcione el motor será necesario además mantener pulsado el pulsador. Si una de las bombillas se funde la otra bombilla no podrá lucir, pero podrá funcionar el motor y el zumbador siempre y cuando esté pulsado el pulsador y cerrado el interruptor. El zumbador sonará siempre que funcione cualquiera de los elementos del circuito. Dibuja el esquema eléctrico de este circuito en tu cuaderno. 5. LAS MAGNITUDES ELÉCTRICAS A la hora de diseñar un circuito eléctrico hay que elegir los elementos más apropiados en función de las necesidades que queremos cubrir. Para ello es necesario realizar algunos cálculos y tener en cuenta algunas características de los elementos. Por ejemplo, si queremos conectar en una maqueta tres bombillas pequeñas y un motor de taller, será suficiente con poner como generador una pila de petaca?. Podemos dar nuestra opinión más o menos intuitiva pero las dos únicas formas de saberlo con certeza son: montar el circuito comprando la pila de petaca, aunque no sepamos si nos va a servir o no, o realizar unos pequeños cálculos previos de tal forma que compremos justo aquello que necesitamos. Evidentemente, optaremos por el segundo método. Las magnitudes que debemos conocer son: a) La intensidad de corriente (I) Es el número de electrones que pasa por un punto del circuito durante un tiempo determinado. Mucha intensidad de corriente indica que existe un gran flujo de electrones (el grifo está abierto al máximo y cae un gran volumen de agua en pocos segundos). La intensidad de corriente se mide en AMPERIOS (A). 1A = 1 Culombio / 1 segundo b) La tensión, diferencia de potencial o voltaje (V) Nos da idea de la fuerza con la que los electrones son atraídos desde un punto a otro. Cuanta más diferencia de tensión exista entre los extremos del circuito (los polos de la pila) mayor va a ser la impulsión de los electrones. La tensión se mide en VOLTIOS (V). Una pila de 9V impulsará con mayor fuerza a los electrones que una de petaca de 4.5 V. En una pila de petaca podríamos suponer que en el polo negativo de la pila hay 4.5 V mientras que en el polo positivo hay 0 V. Por ello, los electrones se moverán desde el polo negativo hacia el polo positivo. 4

5 c) La resistencia eléctrica (R) La resistencia indica la dificultad que tiene para los electrones el circuito. Los electrones, al recorrer los distintos elementos del circuito, van encontrando resistencia de éstos. Cada material, por sus características, opone mayor o menor resistencia al paso de los electrones. El aire, por ejemplo, opone tanta resistencia al paso de los electrones que éstos no pueden atravesarlo. Los metales ofrecen resistencias bajas al paso de los electrones, por ello se dice que son materiales conductores. Los electrones sentirán mayor atracción por aquellos elementos que opongan menor resistencia a su paso, ya que sufrirán una menor pérdida de potencial. La resistencia se mide en Ohmios y se representa por la letra griega omega mayúscula Ω. 6. LA LEY DE OHM La Ley de Ohm es una fórmula matemática que indica la relación que existe entre las tres magnitudes eléctricas vistas anteriormente. V = I * R EJERCICIO 3: Copia la tabla siguiente en tu cuaderno y escribe todas las operaciones necesarias para completarla. APARTADO TENSIÓN INTENSIDAD RESISTENCIA A 9 V 3 A B 12 V 3 A C 2 A 4.5 Ω D 3 A 10 Ω E 4.5 V 1 Ω F 9 V 3 Ω G 12 V 4 A H 22 A 10 Ω I 220 V 5 Ω 7. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS a) Resistencias en serie 5

6 Cuando en un circuito nos encontramos con resistencias conectadas en serie su valor se suma. Se puede simplificar el circuito sustituyendo todas las resistencias por una única cuyo valor es la suma de todas. A partir de la simplificación del circuito podemos calcular la tensión y la intensidad. Rt = R1 + R2 + R3 + La Intensidad en un circuito en serie es la misma en cualquier punto. Por todos los elementos del circuito pasan el mismo número de electrones ya que no pueden desviarse por ningún otro lado. Ejercicio 4: Tenemos tres bombillas conectadas en serie. La resistencia de cada bombilla es de tres ohmios. Qué tipo de pila habrá que conectar al circuito si sabemos que para que las bombillas luzcan perfectamente es necesaria una intensidad de corriente de 2 amperios?. 3Ω 3 Ω 3 Ω Sustitución de los datos: Circuito equivalente: Datos: Incógnita: Resistencia total: Fórmula: Fórmula: b) Resistencias en paralelo Cuando tenemos resistencias en paralelo no se pueden sustituir en los cálculos por una cuyo valor sea la suma de todas, ya que no todos los electrones recorren todas las resistencias y, por tanto, la pérdida de potencial que se produce depende de la cantidad de electrones que hayan recorrido cada resistencia. La fórmula que debemos utilizar en este caso es la siguiente: = Rt R1 R2 R3 En un circuito en paralelo la intensidad tota el circuito se dividirá en otras intensidades en cada una de las ramas o caminos diferentes por los que pueden circular los electrones. La intensidad será mayor en aquellos caminos que opongan menor resistencia al poso de los electrones. La suma de todas las intensidades deberá ser la Intensidad total del circuito que sale y llega al generador. EJERCICIO 5: Tenemos tres bombillas conectadas en paralelo. La resistencia de cada bombilla es de uno, tres y nueve ohmios. Qué tipo de pila habrá que conectar al circuito si sabemos que para que las bombillas luzcan perfectamente es necesaria una intensidad de corriente de 2 amperios?. 6

7 c) Resistencias en circuitos mixtos Cuando tengamos circuitos mixtos habrá que ir resolviendo partes del circuito hasta conseguir simplificarlo, calculando la resistencia equivalente o total. EJERCICIO 6: Calcula la pila que se necesitará conectar en los siguientes circuitos sabiendo que la intensidad total del circuito debe ser de 3A. a) Un circuito formado por tres bombillas en serie de 1, 3 y 5 Ω cada una. b) Un circuito formado por un motor, una bombilla y un zumbador en paralelo. La bombilla tiene una resistencia de 2 Ω, el motor de 4 Ω y el zumbador de 6 Ω. c) Un circuito formado por dos bombillas conectadas en serie entre sí y un motor en paralelo con ellas. Las bombillas tienen una resistencia de 2 Ω cada una y el motor de 5 Ω. d) Un circuito formado por una bombilla, un motor y un zumbador en paralelo entre sí. Cada uno de estos elementos tiene una resistencia de 3 Ω. En serie con todos ellos se sitúan dos bombillas con una resistencia de 1 Ω cada una. EJERCICIO 7: Calcula las intensidades que recorrerán a los componentes del siguiente circuito. La resistencia de cada bombilla es de 2 Ω, la del motor es de 4 Ω y la tensión que alimenta al circuito es de 12 V. M 7