Conceptos básicos de los circuitos CC.

introducción

Los circuitos de CA o CC son una combinación de elementos activos (fuentes de alimentación) y elementos pasivos (resistencias, condensadores, inductores). Por lo tanto, la teoría de circuitos o el análisis de circuitos ayudan a comprender el funcionamiento y las características de un circuito mediante el uso de diversas técnicas para detectar los voltajes y corrientes de diferentes elementos del circuito. Entonces, antes de abordar la teoría de los circuitos de CC en un artículo posterior, analicemos brevemente los conceptos básicos de la electricidad.

Concepto básico de electricidad.

Según la teoría atómica, toda la materia está formada por átomos. El átomo consta de un núcleo con carga central y electrones circundantes, según el modelo atómico de Niels-Bohr. El núcleo está formado por neutrones y protones cargados positivamente. Los electrones son partículas cargadas negativamente que giran alrededor del núcleo de un átomo. Este átomo tiene el mismo número de protones y electrones, y existe una fuerte fuerza de atracción entre estas cargas opuestas, lo que hace que los electrones sigan al núcleo.

El modelo de Bohr describe la distribución de electrones dentro de cada capa de un átomo. Lo más importante es que la capa de valencia, la célula más externa del núcleo, está formada por ocho electrones, y nunca más que eso. Debido a que estos electrones están más alejados del núcleo, se requiere energía adicional para liberarlos. Este flujo de electrones produce electricidad. Sin embargo, la energía de una capa es compartida por los electrones que se encuentran dentro de ella, por lo que el número de electrones en la capa de valencia más externa determina el flujo de electricidad. Si hay 8 electrones en su capa de valencia, cada electrón tiene 1/8 de la energía de la capa.

Por lo tanto, se requiere una gran cantidad de energía externa para liberar los electrones y generar electricidad. Generalmente, una sustancia que no tiene electrones libres en sus células más externas se llama aislante. Normalmente, un aislante tiene de 5 a 7 electrones de valencia en su capa de valencia. Por otro lado, los materiales con un electrón de valencia requieren una pequeña cantidad de energía para liberar el electrón, lo que genera una corriente eléctrica, y el material se llama conductor. Los conductores suelen tener dos o tres electrones de valencia. Estos buenos conductores incluyen la plata, el cobre, el aluminio y el oro. Antes de esto, los materiales con cuatro electrones de valencia que tenían propiedades tanto de conductores como de aislantes se llamaban semiconductores.

De manera similar a la teoría atómica anterior, el flujo de electrones produce electricidad. Sabemos que las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen. Separar las cargas significa que cuando aplicas una fuente, se acumulará una carga negativa en un terminal y una carga positiva en el otro terminal. Una vez que se forma un camino entre estas dos cargas, la corriente comienza a fluir. La unidad de carga es culombios y la carga es 6,25 X 10.¹⁸ electrónico. Una fuerza o voltaje externo aplicado hace que una carga se mueva, y la velocidad a la que fluye la carga está determinada por la cantidad de voltaje aplicado.

Descripción general de circuitos de CC simples y sus parámetros.

Sabemos que existen dos tipos de electricidad: corriente alterna (AC) y corriente continua (DC). Un circuito que maneja corriente alterna se llama circuito de corriente alterna, y un circuito que maneja energía de corriente continua se llama circuito de corriente continua. Por ahora, sólo discutiremos los circuitos de CC y su teoría. Las fuentes de alimentación de CC permiten que la electricidad, o la corriente, fluya con una polaridad constante que no cambia con el tiempo. Para ayudar al lector a comprender los componentes del circuito de CC y sus parámetros, en la siguiente figura se muestra un circuito de CC simple.

El circuito de CC que se muestra arriba consta de una fuente de voltaje y una resistencia a través de la cual fluye una determinada corriente. Así que expliquemos brevemente estos parámetros.

1. voltaje

La diferencia de potencial entre dos puntos, o el voltaje en un circuito eléctrico, es la cantidad de energía necesaria para mover una unidad de carga entre los dos puntos. Se mide en voltios y se designa con la letra V, como se muestra en la imagen a continuación. Este voltaje puede ser positivo o negativo y generalmente se expresa con un prefijo como KV, mV o uV para indicar un submúltiplo del voltaje. Las baterías y los generadores son las fuentes de voltaje de CC más utilizadas que pueden generar voltajes de CC de 1 V a 24 V CC para que funcionen los circuitos electrónicos comunes.

2. Actual

Un flujo de electrones o cargas. Se mide en amperios o simplemente amperios y se denota con la letra “I” o i minúscula. Esta corriente puede ser corriente continua o corriente alterna. La corriente continua (CC) fluye en una dirección y normalmente es producida por baterías, células solares, termopares, etc. En el caso de la CA, el movimiento de la carga cambia periódicamente, como se puede observar en el caso de una onda sinusoidal.

En los circuitos, la dirección del flujo de corriente generalmente se indica con la letra I o una I minúscula con una flecha asociada a ella. Sin embargo, esta dirección en realidad indica un flujo de corriente convencional, no un flujo de electrones real.

3. Diferencias con el flujo de electrones convencional

Como se muestra en la figura, el flujo de electrones desde el terminal negativo al terminal positivo se llama flujo de corriente de electrones, y el flujo de terminal positivo al terminal negativo se llama flujo de corriente convencional.

Los electrones siempre son repelidos por la carga negativa dondequiera que el terminal esté conectado al terminal negativo de la batería y atraídos al terminal positivo por la carga positiva. Por lo tanto, el flujo de electrones desde el terminal negativo al terminal positivo se denomina flujo de corriente de electrones. Sin embargo, la forma tradicional de suponer el flujo de corriente es de positivo a negativo, por lo que se denomina flujo de corriente convencional. Muchos diagramas de circuitos muestran corrientes convencionales y, al explicar los flujos de corriente individuales, muestran corrientes reales que fluyen a través de los electrones.

El flujo de corriente convencional se debe a portadores de carga positivos. La corriente convencional se mide en la dirección opuesta al flujo real de corriente de electrones debido a los portadores de carga negativos (electrones), por lo que la corriente convencional siempre es positiva. También se mide en amperios.

La diferencia entre el flujo de electrones convencional y el flujo de electrones real no afecta los resultados del cálculo ni el funcionamiento en tiempo real. La mayoría de los conceptos de análisis de resultados de circuitos de CC son independientes de la dirección del flujo de corriente. Sin embargo, la corriente convencional es el estándar y lo cumple en gran medida.

4. Resistencia

La resistencia de un material conductor impide el flujo de electrones. Se mide en ohmios y se representa con el símbolo griego. Ω. El voltaje a través de un circuito está determinado por la resistencia dentro del circuito. Por lo tanto, la resistencia se puede definir como el voltaje requerido para que un circuito transporte 1 amperio de corriente. Esto también se conoce como ley de Ohm y se escribe como R = V/I. Entonces, si el circuito requiere 200 V para producir 2 A de corriente, la resistencia debe ser de 100 ohmios. Los valores de resistencia son siempre positivos. La resistencia puede ser una resistencia fija o una resistencia variable como se muestra en la figura.

5. Potencia (P) y energía

La potencia se llama trabajo realizado en un tiempo determinado. En los circuitos eléctricos, la potencia es exactamente igual al producto del voltaje y la corriente. Porque el voltaje es el trabajo realizado por unidad de carga y la corriente es la velocidad a la que se mueven los electrones en un circuito. La potencia se mide como: Vatios (W) Y la fórmula es

P = Yo x V

Según la ley de Ohm,

R = V/I

V=IR

Sustituyendo en la fórmula anterior, obtenemos

P = (IR)R

P = yo²R

O, sustituyendo I = V/R:

P=V×(V/R)

P=V²/R

Estas tres posibles ecuaciones se utilizan para determinar la potencia asociada al circuito.

• energía eléctrica

El porcentaje de electricidad consumida se denomina comúnmente energía eléctrica. La energía se mide en vatios-segundo porque la potencia se mide en vatios y el tiempo en segundos. A menudo se mide en kilovatios-hora, como se ve en un medidor de electricidad doméstico.

Energía eléctrica = potencia x tiempo

Ejemplos de problemas de cálculo de parámetros eléctricos.

Considere una bombilla o lámpara de 100 W conectada a una fuente de alimentación de 250 V. Encuentre la corriente que fluye a través de la carga, la resistencia de la lámpara y la energía disipada en 2 minutos.

Por la fórmula de potencia, sabemos que P = VI.

En este caso, la corriente que circula por la lámpara es I = 100/250.

yo=0.4A

De la ley de Ohm,

Resistencia R = V/I

R = 250/0,4

R = 625 ohmios.

la energía se disipa,

E = potencia * tiempo

mi = V * yo * t

= 250*0,4* (2*60)

= 12000 vatios segundos

Estos son los conceptos básicos de la energía eléctrica que debes conocer antes de trabajar con circuitos eléctricos. Comprender estos conceptos básicos facilitará el análisis de cualquier circuito. Esperamos haber explicado algunos puntos importantes sobre cada parámetro de los circuitos eléctricos. Si necesita más ayuda con respecto a este concepto o tiene algún comentario o sugerencia con respecto a este artículo, comente a continuación.

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