Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí. Por él circula una corriente eléctrica que produce diversos efectos.

Elementos de un Circuito Eléctrico

• Generadores: Generan electricidad y proporcionan la tensión necesaria para impulsar a los electrones a través del circuito (pila, batería y enchufe).
• Receptores: Transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía (motor, bombilla y timbre).
• Conductores: Sirven para unir todos los elementos de un circuito (cable). Pueden ser de cobre o de aluminio.
• Elementos de protección: Protegen de los efectos de la electricidad tanto a las personas como a las instalaciones (fusible y diferencial).
• Elementos de control: Regulan el modo de funcionamiento del circuito. Pueden encenderlo y apagarlo (interruptor, conmutador, pulsador).

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

La intensidad de corriente eléctrica (I) es la cantidad de carga eléctrica (Q) que atraviesa una sección de un conductor en la unidad de tiempo (t).

El voltaje (V), también llamado caída de tensión o diferencia de potencial (ddp) entre dos puntos de un circuito, es la energía (E) necesaria para mover una carga (Q) entre esos dos puntos.

La resistencia eléctrica (R) de un material mide su grado de oposición al paso de la corriente eléctrica. En los conductores, la resistencia depende de la resistividad del material (ρ), de la longitud del hilo (L) y de su sección (S).

Circuitos en Serie

En un circuito en serie, las magnitudes eléctricas se comportan de la siguiente manera:

• La intensidad de corriente: I = I1 = I2 = I3.
• El voltaje total: V = V1 + V2 + V3.
• La resistencia total equivalente (Req): Req = R1 + R2 + R3.

Potencia y Energía Eléctrica

La potencia eléctrica (P) suministrada por un generador o consumida por un receptor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre sus extremos y a la corriente eléctrica que los recorre. Su fórmula es: P = V · I.

La energía eléctrica (E) que suministran los generadores al circuito y que consume el resto de los receptores en un tiempo (t) es: E = P · t = V · I · t.

Generación, Distribución y Transporte de la Energía Eléctrica

1. Generación: Todas las centrales hacen girar electroimanes dentro de las bobinas en el alternador; la única diferencia estriba en la fuente de energía utilizada.
2. Transformación: En los transformadores se eleva mucho la tensión para bajar la intensidad y reducir así las pérdidas por el efecto Joule.
3. Transporte: Mediante las líneas de alta tensión se transporta la electricidad a pueblos, fábricas y ciudades.
4. Distribución: En las subestaciones de transformación se reduce el voltaje a 230 V y se distribuye a los hogares e industrias.

Impactos Ambientales de la Generación Eléctrica

• Térmicas: Contaminación del aire (óxidos de azufre y de nitrógeno) y también emisión de CO2 (contribuye al calentamiento global).
• Nucleares: Residuos radiactivos (algunos con una vida útil de miles de años).
• Hidroeléctricas: Anegación de valles y alteración de caudales en ríos.
• Eólicas: Impacto paisajístico y la muerte de aves migratorias.

Electrónica

La electrónica es una parte de la física aplicada y de la ingeniería. Estudia el diseño de circuitos para generar, procesar, transmitir, recibir o almacenar señales eléctricas que representan información.

Componentes Electrónicos

Componentes Pasivos

Son los resistores, los condensadores y las bobinas.

Tipos de Resistores

• Fijos: Su valor óhmico es siempre el mismo. Según sea el material y el procedimiento empleado en su fabricación, pueden ser aglomerados, de película de carbón, de película metálica, cerámicos o bobinados.
• Variables: Su valor óhmico puede cambiar accionando un elemento desplazable, llamado cursor. Constan de tres terminales: dos fijos situados en los extremos del componente y otro desplazable de forma lineal o giratoria, llamado cursor. Según el uso, se denominan reóstatos o potenciómetros. Según sea el material y el procedimiento empleado en su fabricación, pueden ser de película de carbón y bobinados.
• Dependientes: Su valor óhmico depende de magnitudes físicas como la intensidad luminosa (LDR), la temperatura (termistores) o el voltaje que reciben (VDR).

Condensadores

Un condensador es un componente electrónico pasivo, capaz de almacenar carga eléctrica para cederla posteriormente al circuito.

Tipos de Condensadores

• Fijos: Su capacidad no varía. Son los más utilizados y se clasifican en función del tipo de dieléctrico instalado entre sus placas.

  Características:

  • Sin polaridad: Sus terminales pueden conectarse al circuito indistintamente.
  • Soportan tensiones reducidas y disponen de escasa capacidad.
  • Según su material de construcción, pueden ser cerámicos, de plástico, de papel, mica, etc.
• Variables: Se puede modificar el valor de su capacidad dentro de unos márgenes. Para ello, se puede actuar sobre la superficie de enfrentamiento de las placas o bien sobre la distancia que las separa.

Componentes Activos

Son los diodos, los transistores y los circuitos integrados.

Materiales Semiconductores

Los materiales semiconductores pueden ser intrínsecos y extrínsecos.

Semiconductores Intrínsecos

Son básicamente el germanio y el silicio. Tienen estructura de aislantes: sus átomos están unidos mediante cuatro enlaces covalentes a otros átomos idénticos. A temperaturas bajas no conducen la corriente eléctrica porque carecen de electrones libres, pero a temperatura ambiente algunos electrones del germanio y el silicio adquieren la energía suficiente como para liberarse de sus enlaces y el material se vuelve algo conductor.

Semiconductores Extrínsecos

El dopado es la técnica de añadir impurezas a los semiconductores para convertirlos en cristales de tipo N o de tipo P. Por ejemplo, para dopar el germanio, basta un átomo de As por cada millón de átomos de Ge. Así, los cristales dopados continúan siendo de gran pureza. Después de dopados, el germanio y el silicio se denominan semiconductores extrínsecos.

Tipo P:

Es un cristal de silicio o germanio, dopado con otro elemento que tenga tres electrones en su capa de valencia (boro, aluminio, galio, indio y talio). Al entrar estos átomos en la red cristalina del semiconductor, formarán tres enlaces y faltará un electrón para formar el cuarto. Por tanto, se producirá un hueco. Los portadores mayoritarios de carga eléctrica son los huecos.

Tipo N:

Es un cristal de silicio o germanio, dopado con otro elemento que tenga cinco electrones en su capa de valencia (fósforo, antimonio y bismuto). Al entrar estos átomos en la red cristalina del semiconductor, formarán cuatro enlaces y sobrará un electrón, que se moverá libremente por el cristal. Los portadores mayoritarios de carga son los electrones.

Diodo

Un diodo es un componente electrónico, formado por la unión de un material semiconductor tipo P (ánodo) y otro tipo N (cátodo).

Tipos de Diodos

• Diodo rectificador: Deja pasar la corriente eléctrica en un solo sentido. Se emplea en circuitos rectificadores, que convierten la corriente alterna en corriente continua.
• LED (Diodo Emisor de Luz): Emite luz cuando está polarizado directamente (la patilla corta es el cátodo del componente). Se emplean como elementos de iluminación.
• Diodo Zener: Está diseñado para trabajar en polarización inversa (tensiones inversas aplicadas). Se utiliza en circuitos estabilizadores de tensión.

Transistores

Un transistor bipolar es un componente activo, formado por tres cristales semiconductores colocados, formando dos uniones PN opuestas. El cristal central es mucho más delgado que los otros.

Modos de Funcionamiento de un Transistor

1. Corte: Si no existe corriente de base, el transistor funciona como un interruptor abierto entre emisor y colector, y no hay paso de corriente entre ambos terminales.
2. Saturación: Si hay suficiente corriente de base, el transistor se comporta como un interruptor cerrado entre el emisor y el colector. La corriente de colector es máxima.
3. Funcionamiento Lineal: La corriente de colector es proporcional a la reducida corriente de control que circula por la base.