Circuitos eléctricos básicos

La electricidad es el fenómeno físico originado por el movimiento de electrones a través de un material. Los electrones son partículas con carga eléctrica negativa que orbitan el núcleo de los átomos.

• Materiales conductores: Son aquellos que permiten el paso de los electrones con facilidad (ej. cobre, aluminio, plata).
• Materiales aislantes: Bloquean el flujo de electrones (ej. plástico, madera, vidrio).

Es fundamental distinguir entre el sentido real de la corriente (los electrones viajan del polo negativo al positivo) y el sentido convencional (por acuerdo histórico, dibujamos la corriente saliendo del polo positivo al negativo).

Para entender un circuito, debemos conocer las tres magnitudes básicas:

1. Tensión o Voltaje ($V$): Es la diferencia de energía potencial entre dos puntos. Se mide en Voltios (V). Imagínalo como la "presión" que empuja a los electrones.
2. Intensidad ($I$): Es la cantidad de carga que atraviesa una sección del conductor por unidad de tiempo. Se mide en Amperios (A).
3. Resistencia ($R$): Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente. Se mide en Ohmios ($\Omega$).

La Ley de Ohm es el pilar de la electrónica. Establece que la intensidad que circula por un circuito es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia.

$V = I \cdot R$

De esta fórmula principal podemos derivar:

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

La resistencia limita el paso de corriente: si mantenemos el voltaje igual pero aumentamos la resistencia, la intensidad disminuirá.

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Un circuito es un camino cerrado por el que circula la corriente. Sus componentes principales son:

• Generadores: Proporcionan la energía necesaria. Las pilas y baterías transforman energía química en eléctrica, mientras que las fuentes de alimentación lo hacen desde la red eléctrica.
• Receptores: Dispositivos que transforman la electricidad en otro tipo de energía útil:
  • Bombillas: Luz (energía luminosa).
  • Motores: Movimiento (energía cinética).
  • Zumbadores: Sonido (energía acústica).
  • Resistencias calefactoras: Calor (energía térmica).

Permiten gestionar el paso de la corriente y evitar daños en los componentes.

• Interruptor: Permite o bloquea el paso de la corriente de forma permanente.
• Pulsador: Solo actúa mientras se mantiene presionado (ej. un timbre).
• Conmutador: Permite desviar la corriente por un camino u otro (típico en pasillos con dos interruptores).
• Fusible: Elemento de protección que se funde si la intensidad es demasiado alta, cortando el circuito para evitar incendios.

En tecnología no dibujamos los componentes como son físicamente, sino mediante símbolos normalizados. Esto permite que cualquier persona en el mundo pueda entender un plano eléctrico.

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En este montaje, los receptores se conectan uno a continuación del otro, en la misma rama.

• Intensidad: Es la misma en todo el circuito ($I_{total} = I_1 = I_2$).
• Tensión: Se reparte entre los receptores ($V_{total} = V_1 + V_2$).
• Fallo: Si una bombilla se funde, el circuito se abre y todas las demás dejan de funcionar.

Los receptores se conectan en ramas independientes, naciendo todos del mismo punto (nodo).

• Tensión: Es la misma para todos los receptores ($V_{total} = V_1 = V_2$).
• Intensidad: La corriente se divide entre las ramas.
• Independencia: Si un componente se estropea, el resto sigue funcionando normalmente. Es el sistema usado en las viviendas.

Son combinaciones de serie y paralelo en un mismo circuito. Para resolverlos, se deben identificar las "mallas" o partes que están en paralelo y simplificarlas calculando su resistencia equivalente, hasta reducir el esquema a un circuito simple.

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La potencia eléctrica ($P$) representa la rapidez con la que un aparato consume o transforma energía. Se mide en Vatios (W).

$P = V \cdot I$

Si conocemos la resistencia, también podemos usar $P = I^2 \cdot R$. Un aparato con mucha potencia realizará más trabajo (más luz, más calor) pero consumirá más electricidad.

La energía ($E$) es la potencia consumida durante un tiempo determinado. Aunque en física se usa el Julio, en las facturas eléctricas se usa el Kilovatio-hora (kWh).

$E = P \cdot t$

Cuando la corriente pasa por un conductor, parte de la energía se pierde en forma de calor; esto se conoce como el Efecto Joule. La eficiencia energética busca minimizar estas pérdidas.

El cuerpo humano es conductor. Una descarga eléctrica puede causar quemaduras o paros cardíacos.

• Cortocircuito: Ocurre cuando se unen los polos positivo y negativo sin resistencia, provocando una subida de intensidad peligrosa.
• Norma de oro: Nunca manipules circuitos conectados a la red con las manos mojadas o descalzo.

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El polímetro es la herramienta esencial del técnico. Tiene varias funciones:

1. Voltímetro: Mide tensión. Se coloca siempre en paralelo al componente.
2. Amperímetro: Mide intensidad. Debe colocarse en serie, interrumpiendo el circuito.
3. Ohmiómetro: Mide resistencia. El componente debe estar desconectado de cualquier fuente de energía.

La protoboard permite montar circuitos rápidamente sin soldar.

• Las filas laterales (con líneas rojas y azules) suelen estar conectadas longitudinalmente para la alimentación.
• Los orificios centrales están conectados en columnas verticales.
• Es ideal para el prototipado rápido antes de fabricar una placa definitiva.

Antes de pasar al montaje físico, usamos software como Tinkercad o Crocodile Clips.

• Permiten verificar si el diseño es correcto sin riesgo de quemar componentes reales.
• Ayudan a visualizar el flujo de electrones y medir valores mediante instrumentos virtuales.
• Facilitan el análisis de errores de forma segura y gratuita.