Elementos Activos y Pasivos de un Circuito

Elementos Activos y Pasivos de un Circuito

Un circuito o red eléctrica es un conjunto de elementos combinados de tal forma que existe la posibilidad de que se origine una corriente eléctrica.

Los circuitos eléctricos están destinados a la distribución y la transformación recíproca de energía eléctrica y de otra clase de energía. Sus elementos se definen en función de un conjunto de magnitudes eléctricas. La teoría de los circuitos eléctricos es el estudio de sus propiedades.

Existen unos elementos denominados activos o también fuentes o generadores, que suministran energía eléctrica y otros elementos denominados pasivos, que disipan o almacenan este tipo de energía

ELEMENTOS ACTIVOS:

Son dispositivos capaces de generar una tensión o una corriente (en forma más general un campo eléctrico) y suministrar potencia a una carga dada (entregan energía).

Las fuentes son elementos activos, de acuerdo a sus características o comportamiento frente a distintas cargas podemos diferenciar dos tipos: los generadores de tensión y los de corriente.

Fuente: baterías, pilas, generadores, rectificadores.

Forma totalmente independiente a la que se conecte a ellas. Es decir que la corriente que entregan depende sólo de la carga a lo que estén conectadas.

I = V (constante)/R

El generador de corriente puede llegar a dar corrientes más grandes según se disminuya R. Sabemos que esto en la práctica no ocurre y un generador real (por ej.: una batería) llegada cierta corriente máxima no mantiene su tensión en bornes, si no que esta decae.

En la zona 0 - A, el comportamiento de fuentes reales e ideales es muy aproximado, por lo dentro de dicha zona, para simplificar los análisis, consideraremos ideales a todos los generadores.

En la siguiente tabla se muestran los principales componentes activos junto a su función más común dentro de un circuito.

ELEMENTOS PASIVOS:

Son aquellos que no producen amplificación y que sirven para controlarla electricidad colaborando al mejor funcionamiento de los elementos activos (los cuales son llamados genéricamente semiconductores). Los componentes pasivos están formados por elementos de diversas clases que tendremos que considerar independientemente, ya que son diferentes sus objetivos, construcción y resultados, de modo que vamos a dividirlos en tres grandes grupos:

1. Resistencias

2. Condensadores

3. Bobinados e Inductancias

En general, podemos hablar de tres elementos pasivos típicos: resistencia, condensadores y bobinas (o auto inducciones). La misión que desempeñan, en cada caso, depende de como sea el circuito; si es de corriente alterna o continua.

    
    Resistencias

    El concepto de resistencia (también llamada resistencia pura u óhmica) es, simplemente, el de la oposición que ofrece un conductor al paso de la corriente eléctrica en función de su naturaleza (resistividad), longitud y sección a una temperatura dada.

    Las llamadas resistencias aglomeradas están constituidas por una mezcla de materiales, por lo general carbón, y un aglutinante adecuado, todo ello moldeado en forma de cilindro, en cuyas bases se fijan sendos conductores de cobre, envolviéndose todo el conjunto con una cubierta de material plástico o cerámico. Los valores de ohmios de estas resistencias se indican en la cubierta mediante un código de colores, constituido por combinaciones de franjas de distinto color.

    La tolerancia indica el error relativo en la medida de la resistencia. 

    El valor de la resistencia viene dado: 

R = p *L / S

    



    La ley de Ohm para un hilo conductor relaciona los valores de resistencia, tensión e intensidad, tanto para el caso de corrientes continuas como para alternas.

    Por otra parte, se sabe experimentalmente que en todo circuito de corriente alterna en el que únicamente existen resistencias puras no se producen desfases en la corriente; o, dicho de otro modo, la tensión y la intensidad alcanzan simultáneamente los valores máximos y nulos.

    Condensadores

    Por condensador se entiende un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica en superficies relativamente pequeñas. Consta de dos placas metálicas, o armaduras, separadas por una sustancia no conductora (dieléctrico). Una de las armaduras se conecta a uno de los bornes del generador (armadura inductora), y la otra (armadura inducida) a masa.

    Conviene saber que:

Un condensador, estudiado global mente, es un elemento eléctrica mente neutro. Quiere decir esto que las dos armaduras poseen el mismo valor de carga; una de ellas positiva y la otra negativa.

Se llama carga de un condensador a la que existe en cualquiera de sus armaduras.

la carga almacenada en un condensador es directamente proporcional al valor de la tensión que existe entre sus armaduras, cumpliéndose que :

Q =  C * V 

donde C representa la llamada capacidad del condensador, cuyo valor, medido en unidades internacionales , se expresa en Faradios (F).

    Un condensador tiene la capacidad de un faradio, cuando al someter sus armaduras a la tensión de 1 Voltio, en cada una de ellas se almacena una carga de 1 culombio.

    Efecto de un condensador en un circuito de corriente continua.

    Cuando un condensador se carga conectandolo a un generador, o una vez cargado se descarga a través de una resistencia, se modifica la tensión en sus armaduras; lo que conlleva a la recepción o cesión de carga.
  
    Ahora bien, si la tensión entre las armaduras es constante no se producirá carga ni descarga alguna, es decir, no habrá paso de corriente.

    Expresado de otro modo:

    En los circuitos de corriente continua, al existir una tensión constante en las armaduras del condensador, no habrá paso de corriente,  por lo tanto, el condensador actúa como un elemento de resistencia infinita (circuito abierto).

    Efecto de un condensador en un circuito de corriente alterna:
  
    En realidad el efecfo es doble:

Introduce en el circuito una nueva resistencia (denominada capacitancia, reactancia capacitada o impedancia del condensador), Xc, que es inversamente proporcional a la capacidad del condensador y a la pulsación de la corriente.Su valor, como el de cualquier resistencia, se mide en ohmios.

Produce un desfase en la corriente de 90º, haciendo que le intensidad se adelante 1/4 de período respecto a la tensión.

    Bobinas

    Una bobina o solenoide consiste en un conductor arrollado en espiral sobre un núcleo neutro (no conductor), frecuentemente de material magnético.

  

  

     Efecto de una bobina en un circuito de corriente continua
  
    Al permanecer constante la tensión en los extremos de la bobina ( que actúa como un conductor de resistencia nula) no tienen lugar en ella fenómenos de autoinducción y, en consecuencia, se comporta como un cortocircuito.

    Efecto de una bobina en un circuito de corriente alterna
  
    Al igual que en el caso de los condensadores, el efecto es doble:

Introduce en el circuito una nueva resistencia denominada inductancia, reactancia inductiva o impedancia de la bobina, Xl, que es directamente proporcional a un coeficente  característico de la bobina, denominado coeficiente de autoinducción (L), cuyo valor se mide en henrios (H), y a la pulsación angular de la corriente. Como cualquier resistencia, la inductancia se mide en ohmios.

Produce un desfase de 90º, haciendo que la tensión se adelante a la intensidad 1/4 de período. 

Interpretación: en los circuitos eléctricos existen dos elementos principales que son: activos y pasivos. Los elementos activos son aquellos que suministra energía, como por ejemplo las fuentes eléctricas. Los elementos pasivos so aquellos que absorben la energía, como por ejemplo las resistencias, condensadores y bobinas.

Ley de Ohm

Ley de Ohm:
Def. propia:

La intensidad de corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial que hay en sus extremos, e inversamente proporcional a su resistencia.

La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la diferencia de potencial ${\displaystyle V}$ que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente ${\displaystyle I}$ que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica ${\displaystyle R}$; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle I}$:

${\displaystyle V=R\cdot I\,}$

La fórmula anterior se conoce como Fórmula General de la Ley de Ohms, y en la misma, ${\displaystyle V}$ corresponde a la diferencia de potencial, ${\displaystyle R}$ a la resistencia e ${\displaystyle I}$ a la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, voltios (V), ohmios (Ω) y amperios (A).

Otras expresiones alternativas, que se obtienen a partir de la ecuación anterior, son:

${\displaystyle I={\frac {V}{R}}}$ válida si 'R' no es nulo 

donde I es la cantidad de carga Q que pasa por un punto P de un conductor, por unidad de carga.

${\displaystyle R={\frac {V}{I}}}$ válida si 'I' no es nula

A la opocision que presenta un material al flujo de carga eléctrica se le llama resistencia eléctrica (R).
en la cual la unidad de medida de la resistencia es el ohm y su símbolo es Ω;

En los circuitos de alterna senoidal, a partir del concepto de impedancia, se ha generalizado esta ley, dando lugar a la llamada ley de Ohm para circuitos recorridos por corriente alterna, que indica:³

${\displaystyle I={\frac {V}{Z}}}$

siendo ${\displaystyle I}$ corresponde al fasor corriente, ${\displaystyle V}$ al fasor tensión y ${\displaystyle Z}$ a la impedancia.

Georg Simon Ohm nació en Erlangen (Alemania) el 16 de marzo de 1789 en el seno de una familia protestante, y desde muy joven trabajó en la cerrajería de su padre, el cual también hacía las veces de profesor de su hijo. Tras su paso por la universidad dirigió el Instituto Politécnico de Núremberg y dio clases de física experimental en la Universidad de Múnich hasta el final de su vida. Falleció en esta última ciudad el 6 de julio de 1854.

Poniendo a prueba su intuición en la física experimental consiguió introducir y cuantificar la resistencia eléctrica. Su formulación de la relación entre intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia constituye la ley de Ohm, por ello la unidad de resistencia eléctrica se denominó ohmio en su honor.

${\displaystyle V=R\cdot I\quad ;\quad R={\frac {V}{I}}\quad ;\quad I={\frac {V}{R}}}$

Sufrió durante mucho tiempo la reticencia de los medios científicos europeos para aceptar sus ideas pero finalmente la Real Sociedad de Londres le premió con la Medalla Copley en 1841 y la Universidad de Múnich le otorgó la cátedra de Física en 1849.⁴

En 1840 estudió las perturbaciones sonoras en el campo de la acústica fisiológica (ley de Ohm-Helmholtz) y a partir de 1852 centró su actividad en los estudios de carácter óptico, en especial en los fenómenos de interferencia.

Circuito en serie y circuito paralelo

Definición de Circuito:
En circuito es un elemento compuesto por diversos conductores y por el cual pasa la corriente de electricidad. Lo habitual es que el circuito cuente con dispositivos que producen o consumen esta corriente eléctrica. Están formados por varios elementos, tales como resistencias, capacitores, transmisores, resistencias y fuentes de voltaje y corriente. Esta clase de circuitos son analizados a través de métodos algebraicos.

Circuito en serie:
   - Los elementos están conectados como los eslabones de una cadena (el final de uno con el principio del otro). La salida de uno a la entrada del siguiente y así sucesivamente hasta cerrar el circuito. 

- Todos los elementos que se conectan en serie tienen la misma intensidad, o lo que es lo mismo, la misma intensidad recorre todos los elementos conectados en serie. Fíjate que la intensidad que sale de la pila es la misma que atraviesa cada receptor.

It = I1 = I2 = I3 ......

   - La tensión total de los elementos conectados en serie es la suma de cada una de las tensiones en cada elemento: 

   Vt = V1 + V2 + V3 ....

   - La resistencia total de todos los receptores conectados en serie en la suma de la resistencia de cada receptor.

   Rt = R1 + R2 + R3 .....

Formulas del circuito en serie:

   - Si un elemento de los conectados en serie deja de funcionar, los demás también. Date cuenta que si por un elemento no circula corriente, al estar en serie con el resto, por los demás tampoco ya que por todos pasa la misma corriente o intensidad (es como si se cortara el circuito).

Circuito en paralelo:

Las características de los circuitos en paralelo son:
   - Los elementos tienen conectadas sus entradas a un mismo punto del circuito y sus salidas a otro mismo punto del circuito.

   

   - Todos los elementos o receptores conectados en paralelo están a la misma tensión, por eso:

   Vt = V1 = V2 = V3 .....

   - La suma de la intensidad que pasa por cada una de los receptores es la intensidad total:

   It = I1 + I2 + I3 .....

   OJO no te confundas, si te fijas es al revés que en serie.

   - La resistencia total o equivalente de los receptores conectados en paralelo se calcula con la siguiente fórmula:

   

   - Si un receptor deja de funcionar, los demás receptores siguen funcionando con normalidad. Este es el principal motivo por lo que la mayoría de los receptores se conectan en paralelo en las instalaciones.


Resumen de formulas CS y CP:

Ejemplos:

Definicion de corriente alterna y directa

Corriente alterna:
Se le denomina a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclica mente.
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

En el año 1882 el físico, matemático, inventor e ingeniero Nikola Tesla, diseñó y construyó el primer motor de inducción de CA.



Corriente Continua:
Se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo.

También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo.

A diferencia de la corriente alterna  en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).