Modelo de la CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS

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CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS.

Voltaje, corriente y potencia.

La electricidad estática es energía eléctrica en reposo. Aunque esta forma de electricidad puede ser muy útil, no puede poner en funcionamiento a cargas como lámparas, calentadores, motores y otros dispositivos. Esto lo realiza la electricidad dinámica o activa.

La electricidad dinámica implica la transferencia de energía de una fuente a una carga. Esto se realiza con el movimiento de los electrones a lo largo de un circuito. La fuerza electromotriz es la energía que impulsa a los electrones en un circuito. Esta fuerza, abreviada fem, se mide en una unidad llamada volt. Por esta razón, con frecuencia se le denomina voltaje. Cuando usted oiga o lea el término voltaje, sabrá

que ésta es la fuerza que mueve a los electrones en un circuito.

Cuando los electrones fluyen a través de la carga, su energía cambia a alguna otra forma de energía. En una parrilla eléctrica, por ejemplo, los electrones que pasan a través del alambre calefactor o elemento, entregan su energía en forma de calor. Así es como los electrones en movimiento pueden emplearse para transferir energía de una fuente a una carga.

Puesto que los electrones son partículas cargadas negativas, son atraídos por cargas positivas y repelidos por cargas negativas. Si dos objetos cargados se conectan por medio de un material conductor como un alambre, una corriente de electrones fluirá del objeto negativo al positivo. Para producir una corriente eléctrica continua en un alambre, la energía debe suministrarse continuamente (Fig. 1). En un circuito, esta energía la proporciona una fuente que puede ser una pila seca, una batería

o un generador.

Figura 1 (A) dos objetos cargador; (B) el objeto cargado positivamente

atrae a los electrones; (B) una fuente de energía proporciona un suministro continuo de electrones.

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Los electrones no se agotan cuando se mueven a lo largo de un circuito. Por lo tanto, el número de

electrones que regresa a la terminal positiva (+) de una fuente de energía es igual al número de electrones que abandona la terminal negativa (—) de la fuente de energía (Figura. 2).

Figura 2 Los electrones no se consumen cuando circulan a los largo de un circuito. EL VOLTIO Y EL AMPERIO

La unidad básica del voltaje es el volt, nombre dado en honor a Alejandro Volta, profesor italiano que vivió de 1745 a 1798. La mayor parte de los equipos eléctricos y electrónicos domésticos funcionan aproximadamente a 120 volts. Una pila seca para linterna común produce 1.5 volts; una batería de automóvil produce 12 volts. El voltaje empleado para que funcione la pantalla de un televisor puede alcanzar los 27 500 volts. El símbolo literal para el voltaje es E.

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La unidad básica de la corriente es el ampere, nombre dado en honor a André Marie Ampere, físico

matemático francés que vivió de 1775 a 1836. Un ampere de corriente equivale al movimiento de

6.280.000. 000.000.000.000 electrones que pasan por un punto dado de un circuito, en un segundo de tiempo. Utilizando la notación científica, este número tan grande puede escribirse como 6.28 x 1018.

Un bombillo de 100 watts requiere alrededor de 0.8 ampere de corriente para funcionar. Un motor eléctrico de 1/4 de caballo de potencia necesita alrededor de 4.6 amperes de corriente para operar. El motor de arranque de un automóvil puede emplear más de 200 amperes, cuando el interruptor de arranque se enciende. El símbolo literal para la corriente es 1.

REQUERIMIENTOS DE VOLTAJE Y CORRIENTE

Si un dispositivo eléctrico trabaja en forma correcta, la fuente de energía debe ser capaz de hacer dos cosas: primero, debe suministrar el voltaje; segundo, debe entregar la corriente para la cual fue diseñado el dispositivo. Por ejemplo, usted puede conectar juntas ocho pilas secas para linterna, de manera que forme una batería que produzca 12 volts. Sin embargo, con esta batería no podría usted arrancar una máquina de automóvil. Esto se debe a que la batería no tiene la capacidad para entregar la cantidad de corriente necesaria para accionar el motor de arranque eléctrico del automóvil.

Para lograrlo, debe usarse una batería más grande, que produzca los mismos 12 volts, pero que tenga una mayor capacidad para entregar corriente. Por lo tanto, es importante conocer tanto los requerimientos de voltaje como de corriente de los aparatos y herramientas eléctricos. Con frecuencia, estos requerimientos se presentan en la placa de características que se fija en dichos productos; también puede encontrarse en la literatura técnica que los acompaña.

PREFIJOS.

Los valores muy grandes y muy pequeños del voltaje y la corriente se expresan comúnmente en forma abreviada. Esto se hace por medio de un sistema de prefijos decimales. En la tabla 1, se presentan los prefijos más usados en electricidad y electrónica, así como su valor numérico. Como se muestra en esta tabla, el prefijo mili (m) significa un milésimo (0.001). Una corriente de 0.001 ampere puede entonces expresarse como una corriente de 1 miliamperios; o de manera más simple, 1mA. En la misma forma,

un voltaje de 1 000 volts puede expresarse como 1 kilovoltio o 1kV.

Prefijo Símbolo Equivalente

numérico Potencias de

Diez

Tera

Giga Mega Kilo T

G M K 1,000,000,000,000

1,000,000,000

1,000,000

1,000 = 1012

= 109

= 106

= 103 millones de millones

miles de millones millones

miles

mili

micro

nano

pico m

μ

n

p 0.001

0.000001

0.00000001

0.0000000001 = 10-3

= 10-6

= 10-9

= 10-12 milésimos

millonésimos

billonésimos o mil millonésimos

trillonésimos ó millón millonésimos

Tabla 1 Prefijos numéricos comunes usados en el sistema métrico y otras unidades.

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CORRIENTE CONTINUA.

La corriente continua (CC) se produce en un circuito con una fuente de voltaje constante o estacionario.

Es decir, las cargas en las terminales (o polos) positiva y negativa de la fuente de voltaje no cambian con el tiempo. Se dice que estas terminales tienen polaridad fija. Por lo tanto, la dirección de la corriente

no cambia en ningún momento. Las celdas eléctricas, baterías y generadores de CC proporcionan un voltaje de este tipo. El valor de la corriente continua puede ser constante o estacionaria (Fig. 3A). Puede variar o cambiar de valor (Fig. 3B). La corriente puede ser también pulsante o interrumpida (Fig. 3C). El voltaje aplicado y la naturaleza de la carga determinan el tipo de corriente continua que se suministra.

Figura 3 Corriente Continua (CC) (a) CC constante; (b) CC variable; (c) CC pulsante.

CIRCUITO ELÉCTRICO

El circuito eléctrico es parecido a un circuito hidráulico ya que puede considerarse como el camino que recorre la corriente (el agua) desde un generador de tensión (también denominado como fuente) hacia

un dispositivo consumidor o carga.

La carga es todo aquello que consume energía para producir trabajo: la carga del circuito puede ser una lámpara, un motor, etc. (en el ejemplo de la ilustración la carga del circuito es una sierra que produce un trabajo). La corriente, al igual que el agua, circula a través de unos canales o tuberías; son los cables conductores y por ellos fluyen los electrones hacia los elementos consumidores.

En el circuito hidráulico, la diferencia de niveles creada por la fuente proporciona una presión (tensión

en el circuito eléctrico) que provoca la circulación de un caudal de líquido (intensidad); la longitud y la sección del canal ofrecen un freno al paso del caudal (resistencia eléctrica al paso de los electrones).

De modo análogo en el circuito eléctrico, la corriente que fluye por un conductor depende de la tensión aplicada a sus extremos y la resistencia que

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