Todos los materiales están hechos de átomos, y todos los átomos consisten en protones, neutrones y electrones. Protones tienen una carga eléctrica positiva. Los neutrones no tienen carga eléctrica (es decir, son neutros), mientras que los electrones tienen una carga eléctrica negativa. Los átomos están unidos por poderosas fuerzas de atracción que existen entre el núcleo de los átomos y los electrones en su capa exterior.
Cuando estos protones, neutrones y electrones están juntos dentro del átomo, son felices y estables. Pero si los separamos unos de otros, quieren reformarse y comenzar a ejercer un potencial de atracción llamado diferencia de potencial.
Ahora, si creamos un circuito cerrado, estos electrones sueltos comenzarán a moverse y a derivar hacia los protones debido a su atracción, creando un flujo de electrones. Este flujo de electrones se llama corriente eléctrica. Los electrones no fluyen libremente a través del circuito, ya que el material por el que se mueven crea una restricción al flujo de electrones. Esta restricción se denomina resistencia.
Entonces, todos los circuitos eléctricos o electrónicos básicos consisten en tres magnitudes eléctricas separadas, pero muy relacionadas, llamadas: Voltaje, (v), Corriente, ( i ) y Resistencia, (Ω ).
Tensión eléctrica
Tensión, (V) es la energía potencial de una fuente eléctrica almacenada en forma de carga eléctrica. El voltaje puede ser considerado como la fuerza que empuja electrones a través de un conductor y cuanto mayor es el voltaje, mayor es su capacidad para «empujar» los electrones a través de un circuito dado. Como la energía tiene la capacidad de hacer el trabajo, esta energía potencial se puede describir como el trabajo requerido en julios para mover electrones en forma de corriente eléctrica alrededor de un circuito de un punto o nodo a otro.
Entonces, la diferencia de voltaje entre dos puntos, conexiones o uniones (llamados nodos) en un circuito se conoce como Diferencia de Potencial, comúnmente llamada Caída de voltaje.
La diferencia de potencial entre dos puntos se mide en Voltios con el símbolo de circuito V, o «v» minúscula, aunque la Energía, E «e» minúscula a veces se usa para indicar un emf generado (fuerza electromotriz). Entonces, cuanto mayor es el voltaje, mayor es la presión (o fuerza de empuje) y mayor es la capacidad para hacer trabajo.
Una fuente de voltaje constante se llama voltaje de CC con un voltaje que varía periódicamente con el tiempo se llama voltaje de CA. El voltaje se mide en voltios, con un voltio definido como la presión eléctrica requerida para forzar una corriente eléctrica de un amperio a través de una resistencia de un Ohm. Los voltajes se expresan generalmente en voltios con prefijos utilizados para denotar sub-múltiplos de la tensión, como microvoltios ( µV = 10-6 V), milivoltios ( mV = 10-3 V ) o kilovoltios ( kV = 103 V ). El voltaje puede ser positivo o negativo.
Las baterías o fuentes de alimentación se utilizan principalmente para producir una fuente de voltaje constante de corriente continua (DC) como 5v, 12v, 24v, etc. en circuitos y sistemas electrónicos. Mientras que A.C. las fuentes de voltaje (de corriente alterna) están disponibles para la energía e iluminación doméstica e industrial, así como para la transmisión de energía. El suministro de tensión de red en el Reino Unido es actualmente de 230 voltios a.c. y 110 voltios a.c. en los Estados Unidos.
Los circuitos electrónicos generales funcionan con fuentes de batería de CC de bajo voltaje de entre 1,5 V y 24 V cc El símbolo de circuito para una fuente de voltaje constante generalmente se da como un símbolo de batería con un signo positivo, + y negativo, – que indica la dirección de la polaridad. El símbolo de circuito para una fuente de tensión alterna es un círculo con una onda sinusoidal en su interior.
Voltaje de Símbolos
Una simple relación entre un tanque de agua y un suministro de voltaje. Cuanto más alto es el tanque de agua por encima de la salida, mayor es la presión del agua a medida que se libera más energía, mayor es el voltaje, mayor es la energía potencial a medida que se liberan más electrones.
El voltaje siempre se mide como la diferencia entre dos puntos cualesquiera en un circuito y el voltaje entre estos dos puntos se conoce generalmente como la «caída de voltaje». Tenga en cuenta que el voltaje puede existir a través de un circuito sin corriente, pero la corriente no puede existir sin voltaje y, como tal, cualquier fuente de voltaje, ya sea CC o CA, le gusta una condición de circuito abierto o semiabierto, pero odia cualquier condición de cortocircuito, ya que esto puede destruirlo.
Corriente eléctrica
Corriente eléctrica, (I) es el movimiento o flujo de carga eléctrica y se mide en Amperios, símbolo i, para intensidad). Es el flujo continuo y uniforme (llamado deriva) de electrones (las partículas negativas de un átomo) alrededor de un circuito que está siendo «empujado» por la fuente de voltaje. En realidad, los electrones fluyen desde el terminal negativo (–ve) al terminal positivo (+ve) de la fuente y para facilitar la comprensión del circuito, el flujo de corriente convencional asume que la corriente fluye desde el terminal positivo al terminal negativo.
Generalmente en los diagramas de circuitos, el flujo de corriente a través del circuito generalmente tiene una flecha asociada con el símbolo, I, o i en minúsculas para indicar la dirección real del flujo de corriente. Sin embargo, esta flecha generalmente indica la dirección del flujo de corriente convencional y no necesariamente la dirección del flujo real.
Flujo de corriente convencional
Convencionalmente este es el flujo de carga positiva alrededor de un circuito, siendo positivo a negativo. El diagrama de la izquierda muestra el movimiento de la carga positiva (agujeros) alrededor de un circuito cerrado que fluye desde el terminal positivo de la batería, a través del circuito y regresa al terminal negativo de la batería. Este flujo de corriente de positivo a negativo se conoce generalmente como flujo de corriente convencional.
Esta fue la convención elegida durante el descubrimiento de la electricidad en la que se pensaba que la dirección de la corriente eléctrica fluía en un circuito. Para continuar con esta línea de pensamiento, en todos los diagramas de circuitos y esquemas, las flechas que se muestran en los símbolos para componentes como diodos y transistores apuntan en la dirección del flujo de corriente convencional.
Entonces el Flujo de corriente convencional da el flujo de corriente eléctrica de positivo a negativo y que es lo opuesto en dirección al flujo real de electrones.
Flujo de electrones
El flujo de electrones alrededor del circuito es opuesto a la dirección del flujo de corriente convencional siendo negativo a positivo.La corriente real que fluye en un circuito eléctrico se compone de electrones que fluyen desde el polo negativo de la batería (el cátodo) y regresan al polo positivo (el ánodo) de la batería.
Esto se debe a que la carga en un electrón es negativa por definición y, por lo tanto, es atraída al terminal positivo. Este flujo de electrones se llama Flujo de Corriente de Electrones. Por lo tanto, los electrones en realidad fluyen alrededor de un circuito desde el terminal negativo al positivo.
Muchos libros de texto utilizan tanto el flujo de corriente convencional como el flujo de electrones. De hecho, no hace ninguna diferencia en qué dirección fluye la corriente alrededor del circuito, siempre y cuando la dirección se use de manera consistente. La dirección del flujo de corriente no afecta lo que hace la corriente dentro del circuito. En general, es mucho más fácil entender el flujo de corriente convencional: positivo a negativo.
En circuitos electrónicos, una fuente de corriente es un elemento de circuito que proporciona una cantidad especificada de corriente, por ejemplo, 1A, 5A, 10 Amperios, etc., con el símbolo de circuito para una fuente de corriente constante dado como un círculo con una flecha en el interior que indica su dirección.
La corriente se mide en Amperios y un amperio o amperio se define como el número de electrones o carga (Q en Culombios) que pasan un cierto punto en el circuito en un segundo, (t en segundos).
La corriente eléctrica se expresa generalmente en amperios con prefijos utilizados para denotar microamperios ( µA = 10-6A ) o miliamperios ( mA = 10-3A ). Tenga en cuenta que la corriente eléctrica puede ser positiva en valor o negativa en valor dependiendo de su dirección de flujo alrededor del circuito.
La corriente que fluye en una sola dirección se denomina Corriente continua o DC. y la corriente que se alterna de ida y vuelta a través del circuito se conoce como Corriente alterna, o A.C.. Si la corriente de CA o CC solo fluye a través de un circuito cuando una fuente de voltaje está conectada a él con su «flujo» limitado tanto a la resistencia del circuito como a la fuente de voltaje que lo empuja.
Además, como las corrientes alternas (y voltajes) son periódicas y varían con el tiempo, el valor «efectivo» o «RMS» (Media de raíz Cuadrada) dado como Irms produce la misma pérdida de potencia promedio equivalente a una corriente continua . Las fuentes de corriente son lo opuesto a las fuentes de voltaje, ya que les gustan las condiciones de circuito corto o cerrado, pero odian las condiciones de circuito abierto, ya que no fluirá corriente.
Usando la relación de tanque de agua, la corriente es el equivalente del flujo de agua a través de la tubería, siendo el flujo el mismo en toda la tubería. Cuanto más rápido fluya el agua, mayor será la corriente. Tenga en cuenta que la corriente no puede existir sin voltaje, por lo que a cualquier fuente de corriente, ya sea CC o CA, le gusta una condición de circuito corto o semi-cortocircuito, pero odia cualquier condición de circuito abierto, ya que esto evita que fluya.
Resistencia
Resistencia ( R ) es la capacidad de un material para resistir o evitar el flujo de corriente o, más específicamente, el flujo de carga eléctrica dentro de un circuito. El elemento de circuito que hace esto perfectamente se llama «Resistencia».
La resistencia es un elemento de circuito medido en Ohmios, símbolo griego (Ω, Omega ) con prefijos utilizados para denotar Kilo-ohmios ( kΩ = 103Ω) y Mega-ohmios ( MΩ = 106Ω). Tenga en cuenta que la resistencia no puede ser negativa en valor solo positiva.
Símbolos de resistencia
La cantidad de resistencia que tiene una resistencia está determinada por la relación de la corriente que la atraviesa con el voltaje que la atraviesa, lo que determina si el elemento del circuito es un «buen conductor», un «mal conductor» – alta resistencia. Baja resistencia, por ejemplo, 1Ω o menos implica que el circuito es un buen conductor hecho de materiales como cobre, aluminio o carbono, mientras que una alta resistencia, 1MΩ o más implica que el circuito es un mal conductor hecho de materiales aislantes como vidrio, porcelana o plástico.
Un «semiconductor», por otro lado, como el silicio o el germanio, es un material cuya resistencia está a medio camino entre la de un buen conductor y la de un buen aislante. De ahí el nombre de «semiconductor». Los semiconductores se utilizan para fabricar diodos y transistores, etc.
La resistencia puede ser lineal o no lineal, pero nunca negativa. La resistencia lineal obedece a la Ley de Ohm, ya que el voltaje a través de la resistencia es linealmente proporcional a la corriente que la atraviesa. Resistencia no lineal, no obedece la Ley de Ohm, pero tiene una caída de voltaje a través de ella que es proporcional a alguna potencia de la corriente.
La resistencia es pura y no se ve afectada por la frecuencia, con la impedancia de CA de una resistencia igual a su resistencia de CC y, como resultado, no puede ser negativa. Recuerde que la resistencia es siempre positiva, y nunca negativa.
Una resistencia se clasifica como un elemento de circuito pasivo y, como tal, no puede suministrar energía ni almacenar energía. En su lugar, las resistencias absorben energía que aparece como calor y luz. La potencia en una resistencia es siempre positiva, independientemente de la polaridad del voltaje y la dirección de la corriente.
Para valores muy bajos de resistencia, por ejemplo mili-ohmios, ( mΩ ) a veces es mucho más fácil usar el recíproco de resistencia ( 1/R ) en lugar de la resistencia ( R ) en sí. El recíproco de resistencia se llama Conductancia, símbolo (G) y representa la capacidad de un conductor o dispositivo para conducir electricidad.
En otras palabras, la facilidad con la que fluye la corriente. Los valores altos de conductancia implican un buen conductor como el cobre, mientras que los valores bajos de conductancia implican un mal conductor como la madera. La unidad de medida estándar dada para la conductancia es el símbolo (S) de Sembradores.
La unidad utilizada para la conductancia es mho (ohm deletreado hacia atrás), que está simbolizada por un signo de Ohm invertido ℧. La potencia también se puede expresar usando conductancia como: p = i2/G = v2G.
La relación entre Voltaje, ( v ) y Corriente, ( i ) en un circuito de Resistencia constante, (R ) produciría una relación de línea recta i-v con pendiente igual al valor de la resistencia como se muestra.
Resumen de tensión, Corriente y Resistencia
Esperemos que ya tenga alguna idea de cómo el Voltaje eléctrico, la Corriente y la Resistencia están estrechamente relacionados entre sí. La relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia forma la base de la ley de Ohm. En un circuito lineal de resistencia fija, si aumentamos el voltaje, la corriente sube, y de manera similar, si disminuimos el voltaje, la corriente baja. Esto significa que si el voltaje es alto, la corriente es alta, y si el voltaje es bajo, la corriente es baja.
Del mismo modo, si aumentamos la resistencia, la corriente baja para un voltaje dado y si disminuimos la resistencia, la corriente sube. Lo que significa que si la resistencia es alta corriente es baja y si la resistencia es baja corriente es alta.
Entonces podemos ver que el flujo de corriente alrededor de un circuito es directamente proporcional ( ∝ ) al voltaje, ( V causa I ) pero inversamente proporcional ( 1/∝ ) a la resistencia como, ( R causa I↓ ).
A continuación se presenta un resumen básico de las tres unidades.
- La diferencia de voltaje o potencial es la medida de la energía potencial entre dos puntos en un circuito y se conoce comúnmente como su «caída de voltios».
- Cuando una fuente de voltaje está conectada a un circuito de bucle cerrado, el voltaje producirá una corriente que fluye alrededor del circuito.
- En las fuentes de tensión CONTINUA, los símbolos + ve (positivo) y-ve (negativo) se utilizan para denotar la polaridad de la alimentación de tensión.
- El voltaje se mide en voltios y tiene el símbolo V para voltaje o E para energía eléctrica.
- El flujo de corriente es una combinación de flujo de electrones y flujo de agujero a través de un circuito.
- La corriente es el flujo continuo y uniforme de carga alrededor del circuito y se mide en Amperios o Amperios y tiene el símbolo I.
- La corriente es Directamente Proporcional a la Tensión ( I V V )
- El valor efectivo (rms) de una corriente alterna tiene la misma pérdida de potencia media equivalente a una corriente continua que fluye a través de un elemento resistivo.
- La resistencia es la oposición a la corriente que fluye alrededor de un circuito.
- Los valores bajos de resistencia implican un conductor y los valores altos de resistencia implican un aislante.
- La corriente es Inversamente Proporcional a la Resistencia (I 1/ R R )
- La resistencia se mide en Ohmios y tiene el símbolo griego Ω o la letra R.
| Quantity | Symbol | Unit of Measure | Abbreviation |
| Voltage | V or E | Volt | V |
| Current | I | Ampere | A |
| Resistance | R | Ohms | Ω |
In the next tutorial about DC Circuits we will look at Ohms Law which is a mathematical ecuación que explica la relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia dentro de los circuitos eléctricos y es la base de la electrónica y la ingeniería eléctrica. La Ley de Ohm se define como: V = I*R.
