I.E.S. ZOCO (Córdoba)
1º Bachillerato. Teoría.
Dpto. de Tecnología
CIRCUITOS ELECTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA (C.C.) CIRCUITO ELÉCTRICO: Es el conjunto de receptores y de fuentes de energía eléctrica conectados mediante conductores por los que circula una corriente eléctrica. ELEMENTOS ACTIVOS: Son capaces de introducir energía eléctrica en un circuito: pilas, acumuladores, generadores,…a todos los efectos serán considerados como fuentes de tensión o de corriente eléctrica. ELEMENTOS PASIVOS: Son los receptores de la energía eléctrica: resistencias, bobinas de inducción o condensadores. Sus símbolos son:
1.- ELEMENTOS PASIVOS. RESISTENCIA:
Es la mayor o menor oposición que presenta un material a ser recorrido por una corriente
R
L S
eléctrica.
Donde ρ es la resistividad del material, L es la longitud y S es la sección qu e
atravesará la corriente eléctrica. En el caso del cobre es de 0,017.
En un circuito eléctrico se va a cumplir la ley de Ohm
V= I ∙ R, donde se indica que la diferencia de
potencial o tensión en los extremos de una resistencia pura es proporcional al valor de dicha resistencia y a la corriente o intensidad que la atraviesa. En el sistema internacional se mide en Ώ ohmios siendo
1
1v . 1A
En el mercado existen muchos tipos de resistencias: Resistencias de carbón (se utilizan en electrónica), cerámicas (soportan una elevada potencia), de hilo bobinado, líquidas, Variables con un contacto móvil (potenciómetros), varistores (electrónicas que varian su valor en función de la tensión que se aplica en sus extremos), fotorresistencias (LDR que varian con la luz que incide sobre ellas), termistores que varian en función de la temperatura (son útiles en los sensores de temperatura),… En el caso de las resistencias de carbono utilizadas en los circuitos electrónicos, su valor ohmico suele marcarse sobre ellas mediante un código de colores. Son resistencias que soportan muy poca potencia, como máximo 1 ó 2 W (según los modelos), suficientes para los circuitos electrónicos habituales, que trabajan con baja tensión. INDUCTANCIA (L) BOBINA Una bobina es un arrollamiento de hilo conductor que, cuando circula por él una corriente eléctrica variable, produce un campo magnético a su alrededor. La bobina en un circuito de corriente continua , en un principio la bobina genera una fuerza electromotriz que se opone al paso de la corriente eléctrica, hasta que transcurrido cierto tiempo el efecto desaparece y se
comporta como una resistencia mínima, dejando pasar la intensidad casi libremente. De esta forma, una bobina
TEMA: Circuitos de c.c.
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se opone al “cambios” en la intensidad. Cuando cerramos el interruptor, al principio toda la tensión de la pila está en los extremos de la L y no pasa corriente, transcurrido un cierto tiempo, la tensión va reduciéndose y aumentando la corriente, luego , al final se comportará como una resistencia muy pequeña que deja pasar la corriente casi sin ofrecer resistencia.
CAPACITANCIA (C) CONDENSADOR Un condensador está formado por dos superficies metálicas conductoras separadas
llamadas por
un
armaduras aislante
que
se
encuentran
denominado
dieléctrico.
Básicamente, un condensador puede almacenar energía eléctrica, a esto lo llamamos Capacidad del condensador. Un condensador en un circuito de corriente continua , en un principio deja pasar toda la corriente libremente, pero conforme se va cargando y se acumulan las cargas eléctricas en sus armaduras, va limitando el paso de electrones hasta bloaquearlo. En este momento quedará cargado con la misma tensión que la pila y no dejará pasar corriente alguna.
2.- SIMBOLOGÍA Los esquemas eléctricos son dibujos abreviados que nos permiten representar de forma clara y sencilla las conexiones existentes entre los diferentes elementos de un circuito eléctrico. En ellos podemos identificar cada elemento con su correspondiente símbolo eléctrico. Símbolo
Componente
Símbolo
Componente
PILA
CONDUCTOR
LÁMPARA
MOTOR
RESISTENCIA
TIMBRE O ZUMBADOR
INTERRUPTOR
PULSADOR
CONMUTADOR
CONMUTADOR DOBLE
3.- MAGNITUDES ELÉCTRICA BÁSICAS Intensidad ( I ) La intensidad de corriente o corriente eléctrica se define como la cantidad de electrones que pasa por un conductor en la unidad de tiempo. Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por un cable mayor será la intensidad que estará pasando por el mismo. Su unidad de medida es el amperio (A) y el aparato con el que se mide recibe el nombre de amperímetro y en el circuito debe conectarse en serie. TEMA: Circuitos de c.c.
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Voltaje (V) El voltaje o tensión representa la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuito eléctrico. O sea la diferencia de energía que existe entre dos puntos de un circuito eléctrico. Si, entre dos puntos de un circuito hay diferencia de tensión, entre ellos se moverán los electrones y habrá corriente eléctrica. La intensidad eléctrica que irá desde el punto de mayor tensión o energía al de menor.
El punto A del circuito está conectado al polo positivo (+) de la pila. Por esta
A
razón tendrá mayor tensión o energía que el punto B, conectado al polo negativo (-). Por esta razón, la corriente eléctrica irá en la dirección de mas a
I
menos tensión.
B La tensión se mide en Voltios (v). Se mide con el voltímetro, que debe conectarse en paralelo.
V 4,5 v
V
1
2
Resistencia (R) Se define la resistencia eléctrica como la mayor o menor oposición que presenta un material a ser atravesado por los electrones. La unidad de media de la resistencia eléctrica es el ohmio (Ω), y su aparato de medida el ohmímetro.
Ley de Ohm Es la ley física que cumplen todos los circuitos eléctricos. Fue descubierta por el científico G.S. Ohm. Dice que:” La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico es igual al producto de la intensidad que lo que recorre por la resistencia eléctrica medida entre dichos puntos”
V IR V = voltaje o tensión eléctrica (se mide en voltios v; ) I = Intensidad eléctrica (se mide en A Amperios) ; R = resistencia ( se mide en Ω ohmios)
TEMA: Circuitos de c.c.
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4.- CONEXIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UN CIRCUITO. CIRCUITO EN SERIE: Cuando todos sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otro
CÁLCULO
IT
I1
R1
V1
I2
R21
V2
Por todos los elementos del circuito pasa la misma intensidad eléctrica. I T = I1 = I 2 La tensión de la pila se reparte entre todos los elementos del circuito de modo que: VT = V1 + V 2 La resistencia total del circuito serie será : RT = R1 + R 2 La tensión de la pila se reparte entre todos los elementos del circuito de modo que:
EJEMPLO: Calcula la resistencia total del circuito, la intensidad total , la intensidad que pasa por cada resistencia y la tensión que hay en los extremos de cada resistencia.
IT
I1
RT = R1 + R2 RT = R1 + R2= 10 Ω + 15 Ω= 25 Ω
V=I●R
R1=10Ω
VR 12
V=10 v
VT = IT + RT 10 v = IT + 25 Ω
I
I2
RR21=15Ω =10Ω
T
10v 0´4 A 25
V2 IT = I 1 = I 2 V1 = I1 ● R1 = 0´4 A ● 10 Ω = 4 v V2 = I2 ● R2 = 0´4 A ● 15 Ω = 6 v
TEMA: Circuitos de c.c.
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CIRCUITO EN PARALELO: Cuando todos sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otro
CÁLCULO La intensidad que sale de la pila, se reparte por cada uno de los elementos del circuito: I T = I1 + I 2
IT VT
I1
R1
I2
VT
R2
La tensión de la pila es la misma para cada uno de los elementos del circuito: VT = V1 = V 2 La resistencia total del circuito serie se calcula de aquí:
1 R EJEMPLO: Calcula la resistencia total del circuito, la intensidad total y la intensidad que pasa por cada resistencia.
V=10 v
R
R
I1
T
1
1
IT
T
I2
1 1 R R 1 2
T
1 1 R R 1 2
1 1 10 15 25 10 15 150 150 R
R1=10Ω
T
R2=15Ω
150 6 25
VT = V1 = V 2
VT = IT ● RT I
T
V R
T
10 v 1´ 66 A 6
T V 10 v I T 1A 1 R 10 1 V 10 v I T 0 ´ 66 A 2 R 15 2 TEMA: Circuitos de c.c.
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5.- ALGUNAS LEYES IMPORTANTES EN EL CÁLCULO DE CIRCUITOS DE C.C.
LEY DE THEVENIN Cualquier circuito conectado por dos puntos A y B a una carga exterior puede ser sustituido por una fuente de tensión VTH en serie con una resistencia RTH. La resistencia Thevenin RTH se calcula cortocircuitando las fuentes de tensión y abriendo las de corriente (si las hay), entonces se calcula la resistencia entre los puntos A y B, que será RTH. La tensión Thevenin RTH es la tensión que calculamos entre los puntos A y B del circuito.
TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN Dado un circuito con mas de un generador, la tensión o corriente en cualquier elemento del circuito será igual a la suma algebraica de los efectos producidos por cada generador de forma aislada. Se sustituyen todos los generadores por su resistencia interna salvo uno, se hacen los cálculos y se repite con otro. Al finalizar se sumaran los resultados. ECUACIONES DE KENNELLY Son equivalentes para pasar de conexiones de resistencias en estrella a triángulo y a la inversa. Suponemos que las resistencias en estrella son letras minúsculas y las del triángulo en mayúscula:
r1
R1
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R2 R3 R1 R2 R3
r1 r2 r1 r3 r1 r3 r1
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