CICUITO DE CORRIENTE CONTINUA

 

CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

En el fascinante mundo de la electricidad y la electrónica, los circuitos de corriente continua (CC) se erigen como un pilar fundamental. A diferencia de sus homólogos de corriente alterna (CA), donde la corriente cambia de dirección periódicamente, los circuitos CC mantienen un flujo constante en una sola dirección, asemejándose al flujo de agua en una tubería. 

Un circuito CC es un sistema eléctrico cerrado en el que la corriente fluye en una dirección constante desde el polo negativo de una fuente de alimentación (como una batería) hacia el polo positivo. 

A diferencia de los circuitos de CA, donde la corriente cambia de dirección periódicamente, los circuitos CC mantienen un flujo constante, lo que los hace ideales para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos.

COMPONENTES DEL CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA

Un circuito eléctrico básico está conformado por: una fuente de alimentación, los conductores (cables), la carga y los elementos de control (interruptores).

Fuente de alimentación: La fuente de energía es el componente que proporciona la energía necesaria para que el circuito funcione. Puede ser una batería, un generador, un panel solar, un UPS, entre otros. La fuente de energía se conecta al circuito mediante los cables de alimentación.

Conductor: El conductor es un componente que permite el flujo de corriente eléctrica a través de él. Los conductores son generalmente cables o alambres que están hechos de materiales que tienen baja resistencia eléctrica, como cobre o aluminio. Los cables se utilizan para conectar los diferentes componentes del circuito entre sí y para permitir que la corriente fluya desde la fuente de energía a la carga.

Interruptor: El interruptor es un componente que controla la circulación de la corriente eléctrica en un circuito. Se utiliza para encender o apagar el circuito. Los interruptores pueden ser manuales o automáticos, dependiendo de la aplicación.

Carga: La carga es el componente que consume la energía eléctrica del circuito para realizar una tarea específica. Puede ser una bombilla, un motor, un ventilador o cualquier otro dispositivo eléctrico.

Estos cuatro componentes básicos son esenciales para la mayoría de los circuitos eléctricos, obviamente, mientras más complejo sea el circuito, se le van agregando más y más componentes.

A continuación, te mostramos los símbolos más comunes para cada uno de los componentes básicos de un circuito eléctrico:

Componentes Fundamentales de un Circuito CC:

·       Fuente de alimentación: La fuente de energía del circuito, como una batería o una fuente de alimentación de CC, proporciona la tensión (V) necesaria para impulsar la corriente.

·       Conductores: Los cables o alambres metálicos, generalmente de cobre, actúan como conductores, permitiendo que la corriente (I) fluya a lo largo del circuito.

·       Componentes activos: Estos elementos, como resistencias, diodos y transistores, controlan o limitan el flujo de corriente, determinando el comportamiento del circuito.

·       Carga: El componente que consume la energía eléctrica del circuito, como una lamparita, un motor o un dispositivo electrónico, es la carga.

Flujo de Corriente en un Circuito CC:

En un circuito CC, los electrones se mueven desde el polo negativo de la fuente de alimentación hacia el polo positivo. Este flujo constante de carga eléctrica se mide en amperios (A), representando la cantidad de carga que fluye por unidad de tiempo.

Ley de Ohm: La Clave para Comprender los Circuitos CC

La Ley de Ohm es una ley fundamental en los circuitos eléctricos que relaciona la tensión (V), la corriente (I) y la resistencia (R). Se expresa matemáticamente como:

V = I * R

·       Esta ley establece que la tensión en un circuito es directamente proporcional a la corriente e inversamente proporcional a la resistencia. Es una herramienta esencial para calcular corrientes, tensiones y resistencias en circuitos CC.

·       Aplicaciones de los Circuitos de Corriente Continua:

·       Los circuitos CC encuentran una amplia gama de aplicaciones en nuestra vida diaria, incluyendo:

·       Iluminación: Lámparas LED, linternas y otros dispositivos de iluminación.

·       Electrónica de consumo: Teléfonos celulares, computadoras, televisores y otros dispositivos electrónicos.

·       Sistemas de carga de baterías: Baterías de vehículos, dispositivos portátiles y sistemas de energía solar.

·       Control de motores: Motores eléctricos en electrodomésticos, herramientas eléctricas y vehículos.

·       Instrumentación y sensores: Sensores de temperatura, presión y otros parámetros físicos.

Los circuitos de corriente continua son una parte fundamental de la tecnología moderna, presentes en una gran variedad de dispositivos y sistemas. Comprender los principios básicos de estos circuitos, incluyendo la dirección del flujo de corriente, la Ley de Ohm y sus componentes esenciales, es esencial para cualquier persona interesada en electrónica, electricidad y tecnología.

 

 

 

 

FORMULAS Y EJERCICIOS:

 

INTENSIDAD DE CORRIENTE:

Si sabemos que la corriente eléctrica es el flujo de carga entre dos puntos de un material conductor, es lógico que nos podamos preguntar... ¿y cómo de rápido se desplazan dichas cargas? Para responder a esta pregunta, la Física establece una nueva magnitud que determina la rapidez con la que la carga fluye a través de un conductor. Dicha magnitud recibe el nombre de intensidad de corriente eléctrica o simplemente intensidad de corriente.

La intensidad de corriente (I) que circula por un conductor es la cantidad de carga (q) que atraviesa cierta sección de dicho conductor por unidad de tiempo (t).

I=qt

Unidad de Intensidad de Corriente

La intensidad de corriente en el S.I. es el amperio (A), en honor del físico francés André-Marie Ampère (1775-1836). De esta forma un amperio es la intensidad de corriente que se produce cuando por la sección de un conductor circula una carga de un culombio cada segundo.

1 amperio = 1 culombio1 segundo

Al igual que el culombio, el amperio es de una unidad muy grande, por lo que es común utilizar submúltiplos de esta:

·       miliamperio. 1 mA = 1·10-3 A

·       microamperio. 1 µA = 1·10-6 A

·       nano amperio. 1 nA=1·10-9 A

Para medirla se utiliza un instrumento denominado amperímetro.

EJERCICIO:

Si la intensidad de corriente que circula a través de la sección de un conductor es 30 mA, ¿Cuanta carga habrá atravesado dicha sección durante 2 minutos? ¿Cuántos electrones habrán circulado?
(datos: qe=1.6·10-19 C)

SOLUCION:

Datos

I = 30 mA = 30 · 10-3 A
t = 2 min = 2 · 60 s = 120 s
 

Aplicando la definición de intensidad de corriente:

I=qt⇒q=I·t = 30·10-3 A· 120 s ⇒q= 3.6 C

Si la carga total que circula es q= 3.6 C, y la carga de un electrón es qe=1.6·10-19 C, entonces el número de electrones ne que habrán circulado es:

ne=qqe=3.6 C1.6·10-19 C ⇒ne=2.25·1019 electrones

 

RESISTENCIA ELECTRICA

Cuando hablamos de resistencia eléctrica podemos estar refiriéndonos a una magnitud, que mide la dificultad con la que un conductor conduce la corriente, o bien a un elemento de un circuito (una pieza física que forma parte del mismo).

Todos los conductores eléctricos se oponen al paso de la corriente eléctrica en mayor o menor medida. Esto es debido a que los portadores de carga (electrones o iones) se encuentran con ciertas dificultades para desplazarse dentro del material del que forman parte. Esta oposición se denomina resistencia eléctrica de un conductor.

De forma experimental se puede demostrar que la resistencia eléctrica de un conductor depende de:

·       El material del que está compuesto.

·       La temperatura a la que se encuentra. Cuanto mayor es la temperatura mayor es su resistencia eléctrica

·       Su longitud. La resistencia aumenta proporcionalmente a la longitud del conductor.

·       Su sección. La resistencia disminuye proporcionalmente a la sección transversal del conductor.

Se denomina resistencia eléctrica de un conductor a la oposición que ofrece dicho conductor al paso de la corriente eléctrica. Matemáticamente:

R=ρ·lS

Donde:

·       R es la resistencia eléctrica. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el ohmio (Ω).

·       ρ es la resistividad del material. Su unidad de medida en el S.I. es el ohmio por metro (Ω·m)

·       l es la longitud del conductor. Su unidad de medida en el S.I es el metro (m)

·       S es la sección del conductor. Su unidad de medida en el S.I es el metro al cuadrado (m2)

Como hemos dicho, la unidad de la resistencia eléctrica es el ohmio (Ω), en honor del profesor de enseñanza secundaria George Simon Ohm (1787-1854).

EJERCICIO:

¿Qué longitud debe tener un hilo de carbono a 20º C para ofrecer una resistencia de 20 ohmios, si el hilo tiene un diámetro de 1 mm?
(Datos. ρcarbono-20ºC = 3500·10-8 Ω·m)

 

SOLUCION:

Datos

R = 20 Ω
d = 1 mm = 10-3 m
r = d/2 = 0.5·10-3 m
ρ = 3500·10-8 Ω·m

Resolución

Para calcular la longitud que debe tener el hilo, debemos utilizar la expresión de la resistencia:

R=ρ·lS

Dado que el hilo tiene forma de cilindro, una sección del cilindro es una circunferencia. Por tanto, S es el área de una circunferencia (S=π·r2):

R=ρ·lπ·r2 ⇒l=R·π·r2ρ

Sustituyendo los valores que conocemos:

l=20 Ω·π·(0.5·10-3 m)23500·10-8 Ω·m =20 Ω·π·2.5·10-7m23500·10-8 Ω·m⇒l=0.44 m

 

LEY DE OHM

La ley de Ohm establece la relación que guardan la tensión y la corriente que circulan por una resistencia. Su forma más célebre es:

V=I·R

Aunque a estas alturas de tus estudios estamos seguros de que sabes despejar cada variable sin problema, puedes ayudarte del triángulo anterior para obtener las magnitudes eléctricas implicadas.

• V es la caída de tensión (o diferencia de potencial) que se produce en la resistencia, y se mide en voltios en el Sistema Internacional (S.I.)
• I es la corriente que circula a través de la misma, y se mide en amperios en el S.I.
• R es la resistencia, y se mide en ohmios

Relación entre intensidad y tensión en un conductor

Fue el físico Georg Simon Ohm (1787-1854), profesor de secundaria, el primero en establecer la relación entre la tensión y la corriente que circulan por un conductor. Formalmente:

La intensidad de corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial que existe entre sus extremos e inversamente proporcional a su resistencia eléctrica.

I=VA-VBR

Donde:

• I: Es la corriente que circula por el conductor, medida en amperios (A)
• V_A, V_B son las tensiones en los extremos del conductor, con lo que V_A-V_B representa la caída de tensión o diferencia de potencial entre los extremos del mismo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el voltio (V). En ocasiones a esta diferencia se la denota ΔV, o simplemente V, como ocurría en la expresión recogida al comienzo del apartado
• R es la resistencia eléctrica, es decir, la que el material conductor impone al paso de corriente. En el Sistema Internacional (S.I.) se mide en ohmios (Ω)

Finalmente, otra expresión alternativa es la forma:

I=V·G

En ella hemos tenido en cuenta la conductancia G del conductor, en lugar de su resistencia. Recuerda que la conductancia es la magnitud inversa de la resistencia, y se mide en siemens (S).

EJERCICIO:

Una pila de 9.5 V se conecta mediante un cable de resistencia despreciable a una resistencia:
a) ¿Cuál es la intensidad que circula por el circuito si la resistencia es de 20 Ω?
b) ¿Cuál debería ser la resistencia del conductor si por el circuito circula una intensidad de 1 A?

SOLUCION:

Cuestión a)

Datos
V_A-V_B = 9.5 V
R = 20 Ω

Resolución

I=VA-VBR

I=9.5 V20 Ω⇒I=0.475 A

Cuestión b)

Datos
V_A-V_B = 9.5 V
I = 1 A

Resolución

R=VA-VBI

R=9.5 V1 A⇒R=9.5 Ω

 

REFERENCIAS

Giacosa, N. S., Giorgi, S. M., & Maidana, J. A. (2012). Circuitos de corriente continua RC en serie: Un análisis de textos universitarios y de otros recursos con incorporación de TIC. Latin-American Journal of Physics Education, 6(3).

Juárez, A. R. (2019). Ley de Ohm. México:[fecha de Consulta 4 de octubre de 2023]. Recuperado de: https://d1wqtxts1xzle7. cloudfront. net/63362668/Ley_de_Ohm20200519-80557-1s4l288-with-coverpagev2. pdf.

https://www.youtube.com/watch?v=p1e8d9n7o_8.