CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Un circuito es una interconexión de componentes eléctricos que transporta corriente eléctrica a través de por lo menos una trayectoria cerrada. Un circuito lineal, que consta de fuentes, componentes lineales y elementos de distribución lineales, tiene la propiedad de la superposición lineal

un circuito eléctrico de corriente directa o continua, como el que proporciona una pila, batería, dinamo, generador, etc, el flujo de corriente de electrones circulará siempre del polo negativo de la fuente de fuerza electromotriz  al polo positivo de la propia fuente.

componentes de un circuito eléctrico 

• Generador (generador de corriente continua - generador de corriente alterna). (baterias)
• Transporte. (cables)
• Receptores o dispositivos electricos (E. luminica, E. calorica, E. mecanica)
• Elementos de maniobra (boton On-Off)

tipos de circuito 

Existen tres tipos de circuitos eléctricos según la configuración de conexión de los dispositivos que lo componen:

• Circuito eléctrico en serie.
• Circuito eléctrico en paralelo.
• Circuito eléctrico mixto.

circuito eléctrico en serie 

Se conoce como circuito eléctrico conectado en serie aquel en el cual los dispositivos están conectados secuencialmente, uno a continuación del otro. En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de un circuito conectado en serie.

circuito electrico en paralelo

Se conoce como circuito eléctrico conectado en paralelo donde la alimentación de los diferentes dispositivos es la misma para todos, al igual que la salida de sus terminales. En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de un circuito conectado en paralelo

circuito eléctrico mixto

Los circuitos eléctricos mixtos son los circuitos eléctricos donde podemos encontrar dispositivos conectados en serie o en paralelo. En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de un circuito eléctrico mixto

SABIAS QUE ES UN PROTOBOARD?

Es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. 

Una placa de pruebas está compuesta por varios bloques de plástico perforados y numerosas láminas delgadas, de una aleación de cobre, estaño y fósforo, que unen dichas perforaciones, creando una serie de líneas de conducción paralelas. Las líneas se cortan en la parte central del bloque para garantizar que dispositivos en circuitos integrados de tipo dual in line package (DIP) puedan ser insertados perpendicularmente y sin ser tocados por el proveedor a las líneas de conductores. En la cara opuesta se coloca un forro con pegamento, que sirve para sellar y mantener en su lugar las tiras metálicas.

Debido a las características de capacitancia (de 2 a 30 pF por punto de contacto) y resistencia que suelen tener las placas de pruebas están confinados a trabajar a relativamente baja frecuencia (inferior a 10 o 20 MHz, dependiendo del tipo y calidad de los componentes electrónicos utilizados).

Los demás componentes electrónicos pueden ser montados sobre perforaciones adyacentes que no compartan la tira o línea conductora e interconectados a otros dispositivos usando cables, usualmente unifilares. Uniendo dos o más placas es posible ensamblar complejos prototipos electrónicos que cuenten con decenas o cientos de componentes.

POTENCIAL ELÉCTRICO

ENERGÍA POTENCIAL ELECTRICA

Cuando un objeto cargado se mueve en presencia de un campo eléctrico, el campo realizará trabajo sobre éste. El trabajo realizado por las fuerzas eléctricas puede expresarse en función de una energía potencial, pues las fuerzas eléctricas son fuerzas conservativas. En estos casos, si el objeto se mueve desde el punto a al punto b, en una trayectoria cualquiera, el trabajo realizado por la fuerza eléctrica se expresa mediante la relación siguiente.

En la expresión anterior 𝑈𝑎 y 𝑈𝑏 son las energías potenciales asociadas a la configuración cuando el objeto se encuentra localizado en los puntos a y b, respectivamente. Para una carga puntal 𝑞, la energía potencial eléctrica se expresa por

en donde 𝑞´ es la carga del objeto que se mueve en el campo eléctrico. En este caso se ha elegido una posición de referencia en la que 𝑈(∞) = 0, a una distancia infinita. En sistemas que no corresponden a cargas puntuales podrían definirse referencias más convenientes, en las que 𝑈(𝑟) = 𝑈(𝑟0) = 0. Si el campo es producido por una distribución de cargas puntuales, el trabajo se determina de la suma de las contribuciones de las cargas individuales.

Cada una de las cargas asociadas al campo se encuentra a distancias 𝑟1, 𝑟2, ⋯ , 𝑟𝑛 , de la carga 𝑞´. De las relaciones anteriores se puede observar que la energía potencial asociada a la carga 𝑞´, localizada en cualquier punto en un campo eléctrico, es igual al trabajo realizado por la fuerza eléctrica cuando se lleva la carga desde el punto a un nivel de referencia en la que la energía sea cero. También, es importante considerar la energía potencial asociada a la configuración del sistema de cargas, es decir, partiendo del conjunto de cargas separadas una distancia infinita, para luego acerarse una a una, la energía potencial es la suma de las energías potenciales de interacción de cada par de cargas:

En esta expresión, cada par de cargas solo se toma en cuenta una sola vez, además, 𝑖 ≠ 𝑗 pues una carga no interactúa consigo misma

POTENCIA ELÉCTRICO

A la energía potencial por unidad de carga se le denomina el potencial eléctrico. Este concepto es muy general ya que el potencial en un punto es independiente de la carga de prueba 𝑞´ y únicamente caracteriza la influencia del campo eléctrico en el espacio.

Como la energía potencial y la carga son cantidades escalares, el potencial también es una cantidad escalar. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad para el potencial eléctrico es el volt (V)

Para un conjunto de cargas puntuales, el potencial en un punto está dado por

La diferencia de potencial de a con respecto a b, se interpretaría como el trabajo por unidad de carga, cuando esta se mueve del punto a al b bajo la influencia del campo eléctrico.

 

LEY DE COULOMB

En 1784, el físico francés Charles Augustín Coulomb, descubrió la ley cuantitativa de las fuerzas entre dos cargas puntuales, midiendo las fuerzas de atracción o de repulsión, utilizando una balanza de torsión.

Cargas puntuales son aquellas cuyas dimensiones geométricas son despreciables comparadas con las distancias de separación entre ellas. Es decir, las cargas se pueden considerar como puntos cargados eléctricamente.
La ley de Coulomb señala que la fuerza F (newton, N) con que dos carga eléctricas Q y q (culombio, C) se atraen o repelen es proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r (metro, m) que las separa.

K es la constante eléctrica del medio (en el vacío vale K = 9 10 –9 N m2 /C2 ). Cuando las dos cargas tienen igual signo, la fuerza es positiva e indica repulsión. Si ambas cargas poseen signos opuestos, la fuerza es negativa y denota atracción, como la figura. En muchos casos es útil el concepto de campo eléctrico, que se puede definir como la fuerza por unidad de carga. Así para una carga Q, el módulo del campo eléctrico producido a una distancia r es:

y que apunta alejándose de Q si la carga es positiva y en dirección a Q si es negativa. Una carga q en el seno del campo eléctrico sentirá una fuerza que viene dada por:

La existencia de más de una carga produce en cada punto un conjunto de fuerzas individuales cuya resultante es la suma vectorial. Cuando esta resultante vale cero el campo eléctrico en ese punto también es cero. Podemos estudiar el campo eléctrico utilizando una carga Qp que pende de un hilo, el péndulo eléctrico. Únicamente el péndulo estará vertical en aquellos puntos en los que el campo valga cero. En nuestra experiencia tenemos dos cargas Q1 y Q2, y vamos a sondear la recta delimitada por ellas. El campo eléctrico se hará cero en algunos puntos sobre la línea: en los tramos izquierdo, central o derecho (dependiendo de los signos de las cargas y sus valores). Todos los puntos fuera de la recta presentan un campo distinto de cero. Una vez localizado un punto de campo cero, se miden las distancias a cada carga d1 y d2. Las fuerzas deben ser iguales en módulo y sentido contrario:

  

CAMPO ELÉCTRICO

Entre dos cuerpos electrizados se producen fuerzas de origen eléctrico, aun sin que haya contacto directo entre dichos cuerpos; por mucho tiempo se ha buscado, sin lograr encontrar, la explicación de la forma en que se producen estas fuerzas a distancia; existen varias hipótesis sobre la forma en que se producen, pero ninguna cubre todas las posibilidades; los físicos han preferido establecer una definición, que sin explicar el fenómeno, permita construir un puente matemático que salva el escollo; esta definición es la del Campo Electrostático o más simplemente Campo Eléctrico. No se discute aquí el carácter de la cuantización de estos campos que de hecho dan una mayor explicación de la interacción a distancia. James Clerk Maxwell, define el campo eléctrico en la siguiente forma: "El campo eléctrico es la porción del espacio, en la vecindad de los cuerpos electrizados, en la cual se manifiestan fenómenos eléctricos"; al cuerpo eléctrico se le atribuyen propiedades necesarias para que produzca los fenómenos eléctricos.
 Se entiende desde este punto de vista que el campo en general es una modificación del espacio, debido a las propiedades fundamentales de la materia como por ejemplo la carga y la masa.

INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO

La intensidad del campo eléctrico en un punto del espacio es la manifestación de que la materia está cargada y se define como la fuerza ejercida sobre una carga de prueba Q0 positiva colocada en ese punto.

                        La dirección del campo eléctrico es la misma de la fuerza electrostática

De manera pues que matemáticamente, la intensidad del campo eléctrico se expresa como

Como la carga de prueba crea su propio campo eléctrico, entonces éste se adicionaría al campo eléctrico que se quiere medir producido por la carga Q; por tal motivo las condiciones de medida se alteran; para evitar esto, se toma la carga de prueba Q0 lo más pequeña posible para que el campo eléctrico producido por ella sea prácticamente insignificante y no altere la medida; en consecuencia, la intensidad del campo eléctrico se define de la siguiente manera:

En lo relativo a la cuantización de la carga eléctrica, existe un limite para la mínima carga que viene a ser la carga del electrón e

Teniendo en cuenta la fuerza electrostática de Coulomb.

y reemplazando en la primera expresión, se obtiene que, la intensidad del campo eléctrico debido a una carga puntual Q en un punto R viene dado por:

ELECTROMAGNETISMO

ELECTROMAGNETISMO?

Es la rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría. El electromagnetismo describe la interacción de partículas cargadas con campos electricos y magneticos. Es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo conocido. Las partículas cargadas interactúan electromagnéticamente mediante el intercambio de fotones 

Abarca diversos fenómenos del mundo real como por ejemplo la luz. Es un campo electromagnético oscilante que se irradia desde partículas cargadas aceleradas.

Aparte de la gravedad, la mayoría de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posicion en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de estas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares.

La teoría electromagnética se puede dividir en electrostática —el estudio de las interacciones entre cargas en reposo— y la electrodinámica —el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y la radiación. La teoría clásica del electromagnetismo se basa en la fuerza de Lorentz y en las ecuaciones de Maxwell.

Los fundamentos de la teoría electromagnética fueron presentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell en 1865. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell, lo que ha sido considerada como la segunda gran unificación de la física, siendo la primera realizada por Isaac Newton.

APLICACIONES.

Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones en diversas disciplinas afines, tales como las microondas, antenas, máquinas eléctricas, comunicaciones por satélite, bioelectromagnetismo, plasmas, investigación nuclear, la fibra óptica, la interferencia y la compatibilidad electromagnéticas, la conversión de energía electromecánica, la meteorología por radar, y la observación remota. Los dispositivos electromagnéticos incluyen transformadores, radio/TV, teléfonos, motores eléctricos, líneas de transmisión, guías de onda, fibras ópticas y láseres.