Existe una manera simple y gráfica de representar los circuitos eléctricos y electrónicos, mediante esquemas de conexiones. En el esquema, las conexiones se representan mediante líneas. Los componentes se representan mediante símbolos. En el recuadro de la derecha pueden ver los símbolos de una pila, una batería, resistencia, instrumentos de medición, etc. Una pila es un componente que crea tensión a través de un proceso químico. En las pilas más comunes AA, hay dos electrodos, uno de carbón y uno de zinc, separados por un dieléctrico. Cuando conectamos una resistencia a la batería, la tensión de la misma hace circular a los electrones, creándose una corriente. La relación entre la tensión de la pila y la corriente está dictada por la ley de Ohm de la que ya hemos hablado. La tensión que produce una pila típica depende de la tecnología utilizada, estando en el rango de 1 a 2V. Es común conectar varias pilas (o celdas) en serie, para crear tensiones mayores (la tensión total de la batería es la suma de las tensiones de las pilas, o celdas). Una batería de 9V está formada por seis pilas de 1.5V cada una. Una batería de automóvil de 12V está asimismo formada por seis celdas de unos 2V cada una.
Tensión y corriente son dos conceptos fundamentales en todo circuito eléctrico y electrónico, desde una linternita a pila hasta un satélite de comunicaciones.
La tensión es la "presión" que empuja a los electrones a moverse dentro de un circuito. Se mide en voltios. Cuanto mayor es la tensión, mayor es la "fuerza" con la que los electrones quieren desplazarse.
Una pila común tiene una tensión de 1,5V de continua. En la red domiciliaria de Argentina hay 220V de alterna. Más adelante ampliaremos sobre los conceptos de tensión y corriente de continua y de alterna.
Podemos imaginar un análogo a la tensión, como la altura del líquido dentro de un tanque de agua (marcado "A" en la figura). Cuanta mayor altura, mayor presión tendrá el agua al salir por un caño conectado a ese tanque.
La corriente eléctrica es la cantidad de electrones que circulan por un conductor, por unidad de tiempo. Se mide en amperios. Para aplicaciones de electrónica el amperio normalmente es una unidad muy grande, por lo que se suele utilizar el mA, o sea, la milésima parte de un amperio. La carga de un electrón sólo, es ínfima. Incluso para una corriente de 1mA, la cantidad de electrones que cruzan una sección del conductor por segundo es mucho mayor que la cantidad total de estrellas en la Vía Láctea.
La cantidad de estrellas en nuestra galaxia está en el orden de 100 mil millones, lo que escrito en notación científica es 10^11. Una corriente de 1mA significa el transporte de más de 10^15 electrones por segundo. Por lo tanto, una modesta corriente de 1mA mueve alrededor de diez mil veces más electrones que el total de estrellas en nuestra Vía Láctea (*).
Por otra parte, en un gramo de cobre hay en el orden de 10^21 átomos. Cuando en el conductor circula una corriente de 1mA, sólo los electrones de uno de cada UN MILLÓN de átomos de cobre participan en dicha corriente. Para la inmensa mayoría de los átomos del conductor... "no está pasando nada".
Siguiendo con la analogía del agua, la corriente por un conductor es similar al flujo de agua en un caño conectado al tanque. Para un mismo diámetro de caño, el agua saldrá "con más fuerza", si la altura del líquido en el tanque es mayor.
Volviendo al ejemplo del tanque y el caño, sabemos que un caño más fino dejará pasar menos agua que uno grueso, a igual presión de agua. Una canilla montada en el caño también influirá sobre el flujo del agua. De manera similar, en circuitos eléctricos y electrónicos, hay conductores con mayor y menor capacidad de conducción de corriente, y hay también "canillas", ya sean fijas (resistencias) o variables (potenciómetros).
En elementos como las resistencias, hay una relación lineal entre tensión y corriente. La corriente a través de una resistencia, es igual al voltaje aplicado entre bornes de la misma, dividido por su valor de resistencia. La resistencia se mide en Ohmios, y la ley que vincula tensión y corriente en una resistencia se denomina ley de Ohm.
Proyecto realizado en Autodesk Tinkercad
El circuito consta de:
Jueguen con el potenciómetro. La resistencia del potenciómetro varía de 7K cuando el cursor está a la izquierda, a cero cuando está a la derecha. Como adelanto, dos resistencias en serie se suman. Calculen la corriente que debería circular por el circuito cuando la resistencia del potenciómetro vale 0; 3,5kOhm (mitad del recorrido) y 7 kOhm utilizando la ley de Ohm. Verifiquen en la simulación que obtienen los valores calculados.
Como ejemplo, cuando el potenciómetro está a la izquierda, la resistencia total es 2K + 7k = 9K. La corriente total será 9V / 9kOhm = 1mA.
Cabe destacar que la resistencia en serie de un amperímetro suele ser muy reducida, de manera que la introducción del amperímetro en serie no afecta la resistencia total del circuito. Del mismo modo, la resistencia en paralelo de un voltímetro es muy elevada, de manera que "robe" muy poca corriente durante la medición. Para voltímetros de calidad, la resistencia en modo voltímetro suele estar en el orden de los 10MOhm. La resistencia en modo amperímetro está en el orden de 0.1 Ohm.
Recuerden los prefijos: k, M, G, m, u, n, p:
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