Teoría de circuitos de CC

Todos los materiales están formados por átomos y todos los átomos están formados por protones, neutrones y electrones. Los protones tienen carga eléctrica positiva. Los neutrones no tienen carga eléctrica (es decir, son neutros), mientras que los electrones tienen carga eléctrica negativa. Los átomos están unidos por poderosas fuerzas de atracción que existen entre el núcleo de los átomos y los electrones en su capa exterior.

Cuando estos protones, neutrones y electrones están juntos dentro del átomo, son felices y estables. Pero si los separamos, quieren reformarse y comenzar a ejercer un potencial de atracción llamado diferencia de potencial.

Ahora, si creamos un circuito cerrado, estos electrones sueltos comenzarán a moverse y regresarán a los protones debido a su atracción creando un flujo de electrones. Este flujo de electrones se llama corriente eléctrica. Los electrones no fluyen libremente a través del circuito ya que el material a través del cual se mueven crea una restricción al flujo de electrones. Esta restricción se llama resistencia.

Entonces, todos los circuitos eléctricos o electrónicos básicos consisten en tres cantidades eléctricas separadas pero muy relacionadas llamadas: voltaje, (v), corriente, (i) y resistencia, (Ω).

Voltaje eléctrico

El Voltaje (V) es la energía potencial de una alimentación eléctrica almacenada en la forma de una carga eléctrica. El voltaje se puede considerar como la fuerza que empuja a los electrones a través de un conductor y cuanto mayor es el voltaje, mayor es su capacidad para «empujar» los electrones a través de un circuito dado. Como la energía tiene la capacidad de trabajar, esta energía potencial puede describirse como el trabajo requerido en julios para mover electrones en forma de corriente eléctrica alrededor de un circuito de un punto o nodo a otro.

Entonces, la diferencia de voltaje entre dos puntos, conexiones o uniones (llamados nodos) en un circuito se conoce como la diferencia de potencial, (pd) comúnmente llamada caída de voltaje.

La diferencia de potencial entre dos puntos se mide en voltios con el símbolo del circuito V, o «minúscula v», aunque la energía, E minúscula «e» se utiliza a veces para indicar una fem generada (fuerza electromotriz). Entonces, cuanto mayor es el voltaje, mayor es la presión (o fuerza de empuje) y mayor es la capacidad para realizar el trabajo.

Una fuente de tensión constante se llama una tensión continua con una tensión que varía periódicamente con el tiempo se llama una tensión alterna. El voltaje se mide en voltios, y un voltio se define como la presión eléctrica requerida para forzar una corriente eléctrica de un amperio a través de una resistencia de un ohmio. Los voltajes se expresan generalmente en voltios con prefijos que se utilizan para denotar submúltiplos del voltaje, como microvoltios ( μV =10-6 V ), milivoltios ( mV =10-3 V ) o kilovoltios ( kV = 103 V ). El voltaje puede ser positivo o negativo.

Las baterías o fuentes de alimentación se utilizan principalmente para producir una fuente de voltaje de CC (corriente continua) constante, como 5v, 12v, 24v, etc., en circuitos y sistemas electrónicos. Mientras que las fuentes de voltaje de CA (corriente alterna) están disponibles para energía e iluminación doméstica e industrial, así como para transmisión de energía. El suministro de tensión de red en el Reino Unido es actualmente de 230 voltios CA y 110 voltios CA en los EE. UU.

Los circuitos electrónicos generales funcionan con baterías de CC de bajo voltaje de entre 1,5 V y 24 V CC. El símbolo del circuito para una fuente de voltaje constante generalmente se da como un símbolo de batería con un signo positivo + y negativo – que indica la dirección de la polaridad. El símbolo del circuito de una fuente de voltaje alterno es un círculo con una onda sinusoidal en su interior.

Símbolos de voltaje

Se puede establecer una relación simple entre un tanque de agua y un suministro de voltaje. Cuanto más alto es el tanque de agua por encima de la salida, mayor es la presión del agua a medida que se libera más energía, cuanto mayor es el voltaje, mayor es la energía potencial a medida que se liberan más electrones.

El voltaje siempre se mide como la diferencia entre dos puntos cualesquiera en un circuito y el voltaje entre estos dos puntos se conoce generalmente como la «caída de voltaje«. Tenga en cuenta que el voltaje puede existir en un circuito sin corriente, pero la corriente no puede existir sin voltaje y, como tal, cualquier fuente de voltaje, ya sea CC o CA, le gusta una condición de circuito abierto o semiabierto, pero odia cualquier condición de cortocircuito, ya que esto puede destruirlo.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica, ( I ) es el movimiento o flujo de carga eléctrica y se mide en amperios, símbolo i, para la intensidad). Es el flujo continuo y uniforme (llamado deriva) de electrones (las partículas negativas de un átomo) alrededor de un circuito que están siendo «empujados» por la fuente de voltaje. En realidad, los electrones fluyen desde el terminal negativo (–) al terminal positivo (+) de la fuente y para facilitar la comprensión del circuito, el flujo de corriente convencional supone que la corriente fluye desde el terminal positivo al negativo.

Generalmente, en los diagramas de circuitos, el flujo de corriente a través del circuito generalmente tiene una flecha asociada con el símbolo, I, o minúscula i para indicar la dirección real del flujo de corriente. Sin embargo, esta flecha generalmente indica la dirección del flujo de corriente convencional y no necesariamente la dirección del flujo real.

Flujo de corriente convencional

Convencionalmente, este es el flujo de carga positiva alrededor de un circuito, de positivo a negativo. El diagrama de la izquierda muestra el movimiento de la carga positiva (agujeros) alrededor de un circuito cerrado que fluye desde el terminal positivo de la batería, a través del circuito y regresa al terminal negativo de la batería. Este flujo de corriente de positivo a negativo se conoce generalmente como flujo de corriente convencional.

Esta fue la convención elegida durante el descubrimiento de la electricidad en la que se pensaba que la dirección de la corriente eléctrica fluía en un circuito. Para continuar con esta línea de pensamiento, en todos los diagramas de circuitos y esquemas, las flechas que se muestran en los símbolos de componentes como diodos y transistores apuntan en la dirección del flujo de corriente convencional.

Luego, el flujo de corriente convencional da el flujo de corriente eléctrica de positivo a negativo y que es la dirección opuesta al flujo real de electrones.

Flujo de electrones

El flujo de electrones alrededor del circuito es opuesto a la dirección del flujo de corriente convencional que es negativo a positivo. La corriente real que fluye en un circuito eléctrico está compuesta de electrones que fluyen desde el polo negativo de la batería (el cátodo) y regresa al polo positivo (el ánodo) de la batería.

Esto se debe a que la carga de un electrón es negativa por definición y, por lo tanto, es atraída por la terminal positiva. Este flujo de electrones se llama flujo de corriente de electrones.Por lo tanto, los electrones fluyen alrededor de un circuito desde el terminal negativo al positivo.

Tanto el flujo corriente convencional y la el flujo de electrones son utilizados por muchos libros de texto. De hecho, no importa en qué dirección fluye la corriente por el circuito, siempre que la dirección se utilice de forma coherente. La dirección del flujo de corriente no afecta lo que hace la corriente dentro del circuito. En general, es mucho más fácil comprender el flujo de corriente convencional, de positivo a negativo.

En los circuitos electrónicos, una fuente de corriente es un elemento de circuito que proporciona una cantidad específica de corriente, por ejemplo, 1A, 5A, 10 amperios, etc., con el símbolo del circuito para una fuente de corriente constante dado como un círculo con una flecha en el interior que indica su dirección.

La corriente se mide en amperios y un amperio o amperios se definen como el número de electrones o carga (Q) que pasan por un cierto punto del circuito en un segundo, (t en segundos).

La corriente eléctrica generalmente se expresa en amperios con prefijos que se utilizan para indicar micro amperios ( μA = 10-6A ) o miliamperios ( mA =10-3A ). Tenga en cuenta que la corriente eléctrica puede ser de valor positivo o negativo dependiendo de su dirección de flujo alrededor del circuito.

La corriente que fluye en una sola dirección se llama corriente directa o CC y la corriente alterna de ida y vuelta a través del circuito se conoce como corriente alterna o CA. Si la corriente CA o CC solo fluye a través de un circuito cuando una fuente de voltaje está conectada a él, su «flujo» está limitado tanto a la resistencia del circuito como a la fuente de voltaje que lo empuja.

Además, como las corrientes alternas (y voltajes) son periódicas y varían con el tiempo, el valor “efectivo” o “RMS” (raíz cuadrada media) dado como Irms produce la misma pérdida de potencia promedio equivalente a una corriente CC Ipromedio . Las fuentes de corriente son lo opuesto a las fuentes de voltaje en que les gustan las condiciones de circuito cerrado o corto, pero odian las condiciones de circuito abierto ya que no fluirá corriente.

Usando la relación tanque de agua, la corriente es el equivalente al flujo de agua a través de la tubería, siendo el mismo flujo en toda la tubería. Cuanto más rápido sea el flujo de agua, mayor será la corriente. Tenga en cuenta que la corriente no puede existir sin voltaje, por lo que cualquier fuente de corriente, ya sea CC o CA, le gusta una condición de circuito corto o semicircuito, pero odia cualquier condición de circuito abierto, ya que esto evita que fluya.

Resistencia

Resistencia, ( R ) es la capacidad de un material para resistir o prevenir el flujo de corriente o, más específicamente, el flujo de carga eléctrica dentro de un circuito. El elemento del circuito que hace esto perfectamente se llama «Resistencia».

La resistencia es un elemento de circuito medido en ohmios, símbolo griego ( Ω, Omega) con prefijos que se utilizan para denotar kilo-ohmios ( kΩ = 103Ω ) y megaohmios ( MΩ = 106Ω ). Tenga en cuenta que la resistencia no puede tener un valor negativo, solo positivo.

Símbolos de resistencia

La cantidad de resistencia que tiene una resistencia está determinada por la relación entre la corriente que la atraviesa y el voltaje que la atraviesa, lo que determina si el elemento del circuito es un «buen conductor» – baja resistencia o un «mal conductor» – alta resistencia. Baja resistencia, por ejemplo 1Ω o menos, implica que el circuito es un buen conductor hecho de materiales como cobre, aluminio o carbono, mientras que una alta resistencia, 1MΩ o más implica que el circuito es un mal conductor hecho de materiales aislantes como vidrio, porcelana. o plástico.

Un “semiconductor” en cambio, como el silicio o el germanio, es un material cuya resistencia está a medio camino entre la de un buen conductor y la de un buen aislante. De ahí el nombre de “semiconductor”. Los semiconductores se utilizan para fabricar diodos y transistores, etc.

La resistencia puede ser de naturaleza lineal o no lineal, pero nunca negativa. La resistencia lineal obedece a la ley de Ohm ya que el voltaje a través de la resistencia es linealmente proporcional a la corriente a través de ella. La resistencia no lineal no obedece a la ley de Ohm pero tiene una caída de voltaje proporcional a alguna potencia de la corriente.

La resistencia es pura y no se ve afectada por la frecuencia, siendo la impedancia de CA de una resistencia igual a su resistencia de CC y, como resultado, no puede ser negativa. Recuerde que la resistencia es siempre positiva y nunca negativa.

Una resistencia se clasifica como un elemento de circuito pasivo y, como tal, no puede suministrar energía ni almacenar energía. En cambio, las resistencias absorbieron energía que aparece como calor y luz. La potencia en una resistencia es siempre positiva independientemente de la polaridad del voltaje y la dirección de la corriente.

Para valores muy bajos de resistencia, por ejemplo miliohmios, ( mΩ ), a veces es mucho más fácil usar el recíproco de resistencia ( 1 / R ) en lugar de la resistencia ( R ) en sí. El recíproco de resistencia se llama Conductancia, símbolo ( G ) y representa la capacidad de un conductor o dispositivo para conducir electricidad.

En otras palabras, la facilidad con la que fluye la corriente. Los valores altos de conductancia implican un buen conductor como el cobre, mientras que los valores bajos de conductancia implican un mal conductor como la madera. La unidad de medida estándar dada para la conductancia es el Siemensímbolo de (S).

La unidad utilizada para la conductancia es mho (ohmios deletreados al revés), que se simboliza con un signo de ohmios invertido ℧. Power también se puede expresar utilizando la conductancia como: p = i2/ G = v2G.

La relación entre Voltaje, ( v ) y Corriente, ( i ) en un circuito constante de resistencia, ( R ) produciría una relación en línea recta iv con pendiente igual al valor de la resistencia como se muestra:

Resumen de voltaje, corriente y resistencia

Es de esperar que a estas alturas ya tenga una idea de cómo el voltaje eléctricos, la corriente y la resistencia están estrechamente relacionados entre sí. La relación entre voltaje, corriente y resistencia forma la base de la ley de Ohm. En un circuito lineal de resistencia fija, si aumentamos el voltaje, la corriente sube, y de manera similar, si disminuimos el voltaje, la corriente disminuye. Esto significa que si el voltaje es alto, la corriente es alta y si el voltaje es bajo, la corriente es baja.

Asimismo, si aumentamos la resistencia, la corriente baja para un voltaje dado y si disminuimos la resistencia, la corriente sube. Lo que significa que si la resistencia es alta, la corriente es baja y si la resistencia es baja, la corriente es alta.

Entonces podemos ver que el flujo de corriente alrededor de un circuito es directamente proporcional ( ∝ ) al voltaje, ( V ↑ causa I ↑ ) pero inversamente proporcional ( 1 / ∝ ) a la resistencia como, ( R ↑ causa I ↓ ).

A continuación se ofrece un resumen básico de las tres unidades.

• La diferencia de voltaje o potencial es la medida de la energía potencial entre dos puntos de un circuito y se conoce comúnmente como su » caída de voltaje «.
• Cuando una fuente de voltaje está conectada a un circuito de circuito cerrado, el voltaje producirá una corriente que fluye alrededor del circuito.
• En las fuentes de voltaje de CC, los símbolos + (positivo) y − (negativo) se utilizan para indicar la polaridad del suministro de voltaje.
• El voltaje se mide en voltios y tiene el símbolo V para voltaje o E para energía eléctrica.
• El flujo de corriente es una combinación de flujo de electrones y flujo de huecos a través de un circuito.
• Actual es el flujo continuo y uniforme de la carga en el circuito y se mide en Amperio o Amperios y tiene el símbolo I.
• La corriente es directamente proporcional al voltaje ( I ∝ V)
• El valor efectivo (rms) de una corriente alterna tiene la misma pérdida de potencia promedio equivalente a una corriente continua que fluye a través de un elemento resistivo.
• La resistencia es la oposición a la corriente que fluye alrededor de un circuito.
• Valores bajos de resistencia implican un conductor y valores altos de resistencia implican un aislante.
• Corriente es inversamente proporcional a la resistencia (I1 / α R)
• La resistencia se mide en ohmios y tiene el símbolo griego Ω o la letra R.

Cantidad	Símbolo	Unidad de medida	Abreviatura
Voltaje	V o E	Voltio	V
Corriente	I	Amperio	A
Resistencia	R	Ohmios	Ω

En el próximo tutorial sobre circuitos de CC veremos la Ley de Ohmios, que es una ecuación matemática que explica la relación entre voltaje, corriente y resistencia dentro de circuitos y es la base de la electrónica y la ingeniería eléctrica. Ley de Ohm se define como: V = I *R.