Circuitos eléctricos básicos

La electricidad es una forma de energía que se produce por el movimiento de partículas diminutas llamadas electrones. Para entenderlo mejor, imagina un río: el agua fluye por el cauce; en la electricidad, los electrones fluyen a través de un material.

• Corriente eléctrica: Es el movimiento ordenado de electrones a través de un material conductor.
• Materiales conductores: Son aquellos que permiten el paso de la electricidad fácilmente (ej. metales como el cobre, aluminio o plata).
• Materiales aislantes: Son aquellos que impiden el paso de la corriente (ej. plástico, madera, vidrio o goma).

El sentido real de la corriente va del polo negativo al positivo, pero por convenio histórico, en los esquemas siempre dibujamos el sentido convencional, que va del polo positivo (+) al negativo (-).

Un circuito eléctrico es un camino cerrado por el que circulan los electrones. Para que funcione, necesita cuatro tipos de componentes:

1. Generadores: Proporcionan la energía (pilas, baterías, dinamos).
2. Conductores: Cables que unen los elementos y transportan la energía.
3. Receptores: Transforman la energía eléctrica en otra útil (bombillas en luz, motores en movimiento, timbres en sonido).
4. Elementos de control: Permiten o impiden el paso de la corriente (interruptores).

En tecnología no dibujamos los componentes tal como son físicamente, sino que usamos símbolos normalizados (norma UNE-EN) para que cualquier persona en el mundo pueda entender el plano.

Dibujar esquemas claros es fundamental para el diagnóstico de averías y el diseño técnico.

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El Voltaje (V) es la "fuerza" o presión que empuja a los electrones a través del circuito. Se mide en Voltios (V).

• Sin voltaje, los electrones no se mueven.
• Se mide con un aparato llamado voltímetro, que se conecta siempre en paralelo al componente que queremos medir.

La Intensidad (I) es la cantidad de electrones que pasan por un punto del circuito en un segundo. Es como el "caudal" del río eléctrico.

• Se mide en Amperios (A).
• Se mide con el amperímetro, que debe conectarse en serie (formando parte del camino).

La Resistencia (R) es la oposición que presentan los elementos al paso de la corriente.

• Se mide en Ohmios ($\Omega$).
• Los materiales aislantes tienen una resistencia casi infinita, mientras que los conductores tienen una resistencia muy baja.

El físico Georg Simon Ohm descubrió que estas tres magnitudes están relacionadas matemáticamente. La Ley de Ohm afirma que la intensidad es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia.

$V = I \cdot R$

De esta fórmula principal podemos derivar las otras dos:

• $I = \frac{V}{R}$
• $R = \frac{V}{I}$

Si aumentamos el voltaje en un circuito sin cambiar la resistencia, la intensidad aumentará proporcionalmente.

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Los elementos se conectan uno a continuación de otro, en la misma línea.

• Características: La corriente solo tiene un camino. La intensidad es la misma en todo el circuito ($I_t = I_1 = I_2$). El voltaje total se reparte entre los receptores ($V_t = V_1 + V_2$).
• Desventaja: Si una bombilla se funde o se desconecta, el circuito se abre y todas las demás dejan de funcionar.

Los elementos se conectan en ramas separadas, creando "nudos".

• Características: La corriente se divide por los distintos caminos. El voltaje es el mismo en todos los receptores ($V_t = V_1 = V_2$).
• Ventaja: Si un receptor se estropea, los demás siguen funcionando de forma independiente. Es el sistema usado en las viviendas.

Son aquellos que combinan elementos en serie y en paralelo en el mismo montaje. Para resolverlos, debemos agrupar los componentes por bloques hasta simplificar el circuito a una sola resistencia equivalente.

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Sirven para dirigir o interrumpir la corriente a nuestra voluntad:

• Interruptor: Mantiene su estado (abierto o cerrado) hasta que volvemos a actuar sobre él.
• Pulsador: Solo actúa mientras lo estamos presionando. Puede ser NA (Normalmente Abierto, como un timbre) o NC (Normalmente Cerrado).
• Conmutador: Permite desviar la corriente por un camino u otro. Se usa, por ejemplo, para encender una luz desde dos puntos distintos.

Su función es evitar daños a las personas o a los equipos:

• Fusible: Un hilo fino que se funde y corta el paso si la intensidad es demasiado alta (evita incendios).
• Interruptores automáticos (PIA): Dispositivos que "saltan" en casa cuando hay una sobrecarga o cortocircuito.

Cuando la electricidad circula, produce cambios físicos:

1. Efecto Joule: Los conductores se calientan al paso de la corriente (estufas, tostadoras).
2. Efecto luminoso: Producción de luz (LED, bombillas).
3. Efecto electromagnético: Creación de campos magnéticos (motores, electroimanes).

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La Protoboard es una herramienta esencial para el aprendizaje. Permite montar circuitos sin necesidad de soldar.

• Tiene orificios conectados internamente: las líneas laterales (roja y azul) suelen usarse para la alimentación (+ y -), mientras que las columnas centrales están conectadas verticalmente.
• Es ideal para el prototipado rápido.

El polímetro o multímetro es el instrumento "todo en uno" del técnico.

• Para medir voltaje, ponemos las puntas de prueba en paralelo al componente.
• Para medir resistencia, el componente debe estar desconectado de la pila.
• Nunca midas intensidad directamente a la pila con el amperímetro, podrías quemar el fusible del aparato.

Hoy en día utilizamos programas como Tinkercad o Crocodile Clips para diseñar antes de montar.

• Ventajas: No hay riesgo de quemar componentes reales, es gratuito y permite visualizar el flujo de electrones de forma gráfica.
• Permite realizar análisis de datos y comprobar si nuestros cálculos de la Ley de Ohm son correctos antes de pasar al taller.