Los circuitos eléctricos
En la vida cotidiana, encontramos múltiples ejemplos de circuitos eléctricos. La computadora, la tablet o el teléfono en el que estás leyendo esto posee un circuito eléctrico en su interior. Una casa o una escuela es un gran circuito eléctrico, formado por diferentes artefactos, como computadoras, lámparas, proyectores, etc.
La mayoría de los circuitos eléctricos están formados por varios dispositivos que utilizan la energía provista por la fuente, que puede ser una pila, una batería, entre otros. Si quisiéramos dibujar estos circuitos, deberíamos hacerlo de una manera en que todos lo comprendan. Por ello, existen símbolos que representan los diferentes artefactos que podemos hallar en dichos circuitos.
Simbología de los Circuitos Eléctricos
De esta forma, podemos dibujar grandes circuitos eléctricos con sólo utilizar estos símbolos. El conductor puede ser, por ejemplo, un cable que une la fuente con alguna bombilla o lamparita para encenderla. O bien, podemos dibujar mediante símbolos un circuito eléctrico en el que una fuente le proporcione la energía para que tres resistencias funcionen correctamente.
¿Resistencias? ¿Qué es eso? Las resistencias pueden ser artefactos, tales como un ventilador, un microondas o una impresora. Son dispositivos que impiden, en cierto grado, el paso de la corriente eléctrica. Las resistencias, por su parte, suelen simbolizarse con líneas en zigzag.
La ley de Ohm
Es importante ahora hablar de los tipos de circuitos eléctricos, pues presentan características particulares que los hacen útiles para diferentes fines.
Para comenzar a hablar sobre los tipos de circuitos, es necesario identificar tres variables fundamentales descriptas en la llamada Ley de Ohm, que veremos más adelante.
-La intensidad: definida como la cantidad de cargas eléctricas que pasan por un cable por unidad de tiempo.
-La diferencia de potencial: también llamado voltaje, es la energía necesaria para llevar cada carga eléctrica de un punto a otro del circuito. Se debe a la diferencia de electrones que hay entre un punto y otro del circuito o entre dos cuerpos.
-La resistencia: es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Si dos cuerpos no tienen igual resistencia eléctrica, se dice que uno tiene mayor resistividad eléctrica que el otro.
Definición de Corriente Eléctrica o Intensidad
En un circuito eléctrico, en Física, se denomina intensidad a la cantidad de cargas eléctricas que pasan por dicho circuito por unidad de tiempo.
En otras palabras, la corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que circula por un conductor. En condiciones estacionarias, la corriente que circula por el material conductor es igual al cociente entre la cantidad de cargas que pasan por unidad de tiempo. ¿Cómo? ¿Qué significa todo eso? Es muy sencillo, estamos diciendo que:
\( I=\frac{q}{t}\)
…donde notamos I a la intensidad (o corriente eléctrica). A veces, muchas personas la llaman amperaje, pero no es un nombre que usaremos usualmente en Ensamble De Ideas; notamos q a la cantidad de cargas eléctricas y t al intervalo de tiempo.
Unidades de la Intensidad
Como sabes, en física todo requiere de unidades (¡Uf! ¿Otra vez? Y sí…). La carga eléctrica se mide en una unidad llamada coulomb (C) en honor al físico, ingeniero y matemático francés Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806). El tiempo, claro está, se mide en segundos (s). La intensidad, por su parte, se medirá en ampères (A), en honor al científico francés André Marie Ampère, que vivió entre 1775 y 1836). Es decir:
\( A=\frac{C}{s} \)
Veamos algunos ejemplos de cómo utilizar esta relación:
Ejemplos de cálculo de Intensidad
Ejemplo 1
- ¿Cuál es la intensidad de un circuito eléctrico en el que pasan 3,4 C por cada 4 segundos?
Es muy sencillo resolver esto. Gracias a las unidades, podemos darnos cuenta de cuánto vale Q y cuánto vale t. De esta manera, realizamos el cociente \( I=\frac{Q}{t}\)para obtener el valor de la corriente:
\( I=\frac{q}{t}\)
Dado que \( q=3,4C\)y \( t=4 s \) , entonces:
\( I=\frac{3,4 C}{4 s} [latex]
[latex] I=0,85 A \)
¡Y listo!
Ejemplo 2
- ¿Cuántas cargas pasan por un conductor eléctrico cada 34 segundos, sabiendo que I=5A?
Aquí vemos que t = 34 s y que la corriente vale 5A. Por ello:
\( I=\frac{q}{t}\)
\( 5A=\frac{q}{34 s} \)
Despejo q:
\( q=I\cdot t \)
\( q=5A\cdot 34s \)
\( 170C \)
TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Circuitos en serie
Un arbolito de Navidad es un típico ejemplo de circuito en serie. En él, si se rompe una lamparita, la corriente es incapaz de completar el circuito y, por ello, todo el circuito deja de funcionar. Asimismo, cuanto más lamparitas agreguemos al circuito (o más resistencias, en general), menor será la luminiscencia de esas lamparitas. Lo que sucede es que todos los elementos del circuito están conectados por un único conductor, como si fuesen vagones de un tren, y todos los elementos de un circuito en serie tienen la misma intensidad. Matemáticamente:
\( I_{total}=I_1=I_2=I_3…\) (Todos los elementos tienen la misma intensidad.)
Por otro lado, el voltaje total (o diferencia de potencial, o tensión eléctrica -¡Uf! ¡Cuántos nombres para una misma magnitud!-) de los elementos es la suma de cada uno de los voltajes en cada elemento del circuito. Es decir:
\( V_{total}=V_1+V_2+V_3+…\) (El voltaje total es la suma de cada voltaje de cada elemento del circuito.)
Finalmente, la resistencia total del circuito en serie es la suma de las resistencias de cada receptor; es decir:
\( R_{total}=R_1+R_2+R_3+…\) (La resistencia total -también llamada resistencia equivalente– es la suma de cada resistencia del circuito.)
2. Circuitos en paralelo
El circuito eléctrico de un hogar es un claro ejemplo de circuito en paralelo. Todos los elementos del circuito no están conectados por un único conductor, como si fuesen eslabones de una cadena, sino que tienen conectadas sus entradas a un mismo punto del circuito y sus salidas a otro mismo punto del circuito eléctrico.
Estos puntos son llamados nodos. Si una resistencia deja de funcionar, la corriente eléctrica tiene otros caminos por donde seguir su curso y completar el circuito, por lo que dicho circuito seguirá funcionando normalmente. ¿Genial, verdad? Otra cosa importante: no importa la cantidad de lamparitas que tenga el circuito, la luminiscencia de esas lamparitas será máxima para todas. Veamos otras características:
\( V_{total}=V_1=V_2=V_3=…\) (El voltaje total es el mismo en cada elemento del circuito.)
Todos los elementos de un circuito en paralelo tienen la misma diferencia de potencial (es decir, mismo voltaje). Matemáticamente:
Por otro lado, la intensidad total es la suma de cada intensidad de cada elemento del circuito.)
\( I_{total}=I_1+I_2+I_3…\) (La intensidad total es la suma de cada intensidad.)
Finalmente, la resistencia total del circuito en serie es la suma de las resistencias de cada receptor; es decir:
\( \frac{1}{R_t}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+…\) (La recíproca de la resistencia total -también llamada resistencia equivalente– es igual a la suma de las recíprocas de cada resistencia involucrada en el circuito. ¡Relee esta oración cuantas veces lo necesites, prestando mucha atención a la fórmula!).
Con el fin de favorecer el cálculo de las resistencias equivalentes en los circuitos en paralelo, también es útil presentar la siguiente forma de calcularlas:
¿Qué ventajas y desventajas ves en un circuito en serie y uno en paralelo?
Ejercicios resueltos de Circuitos en Paralelo.
Ejemplo 1
Se tiene un circuito eléctrico en paralelo de tres resistencias cuyos valores son \( R_{1}=10\Omega; R_{2}=15\Omega; R_{3}=5\Omega\). Si el voltaje vale 25V, ¿cuánto vale la intensidad?
Paso 1. Calculamos la resistencia total:
Paso 2. Aplicamos Ley de Ohm:
Ejemplo 2
Se tiene un circuito en paralelo de cinco resistencias cuyos valores son \( R_{1}=12\Omega; R_{2}=24\Omega; R_{3}=6\Omega; R_{4}=32\Omega; R_{5}=4\Omega\). Si el voltaje vale 40V, ¿cuánto vale la intensidad?
Paso 1. Calculamos la resistencia total:
Paso 2. Aplicamos Ley de Ohm:
Mesografía Sugerida
Más ejemplos en video.
Te recomendamos ver nuestro video sobre cómo resolver circuitos en serie y en paralelo, disponible en nuestro canal de YouTube. ¡Suscríbete para más información!
https://www.youtube.com/watch?v=OHn4pGcF8lI
https://www.ensambledeideas.com/efectoscorrientelectrica
NTICx en la Escuela
En el portal del PhET Colorado, podrás encontrar una sencilla aplicación de la corriente eléctrica y su relación con las variables de Ohm, disponible en https://phet.colorado.edu/es/simulation/ohms-law.
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