Física II: CORRIENTE ELÉCTRICA CONTINUA

LA POTENCIA ELÉCTRICA

Antes de continuar con los circuitos en CC hemos de adentrarnos en el conocimiento de una nueva magnitud: la potencia eléctrica. La potencia eléctrica viene a ser la medición de la capacidad para desarrollar un trabajo por parte, por ejemplo, de la tensión. El trabajo producido por dicha tensión al ser aplicada en una resistencia dada puede traducirse en calor (como es el caso de un calefactor), en energía luminosa, como sucede en las lámparas y otros elementos similares.

La potencia eléctrica (P) se mide en vatios y se puede expresar en términos eléctricos que nos son mucho más conocidos. Por ejemplo, la fórmula que nos expresa la potencia consumida (en vatios) al fluir una intensidad (en ohmios) a través de un circuito alimentado por una tensión dada (en voltios) es la siguiente:

P = V x I ; (donde P es el símbolo de la potencia)

La ley de Ohm liga de alguna manera los conceptos de tensión, intensidad y resistencia. La potencia es una magnitud eléctrica más y puede, por tanto, ser expresada en función de cualquiera de las otras magnitudes mencionadas.

CORRIENTE ELÉCTRICA CONTINUA

La corriente continua (CC), es el resultado del flujo de electrones (carga negativa) por un conductor (alambre o cable de cobre casi siempre), que va del terminal negativo al terminal positivo de una batería.

Circula en una sola dirección, pasando por una carga. Un foco / bombillo en este caso.

La corriente continua no cambia su magnitud ni su dirección con el tiempo.

No es equivocación, la corriente eléctrica sale del terminal negativo y termina en el positivo.

Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido contenido en la tubería de una instalación hidráulica. Si la función de una bomba hidráulica es poner en movimiento el líquido contenido en una tubería, la función de la tensión o voltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito eléctrico. Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los metales y reciben el nombre de “conductores”.

Lo que sucede es, que es un flujo de electrones que tienen carga negativa. La cantidad de carga de electrón es muy pequeña. Una unidad de carga muy utilizada es el Coulomb (mucho más grande que la carga de un electrón).

1 Coulomb = la carga de 6 280 000 000 000 000 000 electrones ó en notación científica: 6.28 x 1018 electrones

Para ser consecuentes con nuestro gráfico y con la convención existente, se toma a la corriente como positiva y ésta circula desde el terminal positivo al terminal negativo.

Lo que sucede es que un electrón al avanzar por el conductor va dejando un espacio [hueco] positivo que a su vez es ocupado por otro electrón que deja otro espacio [hueco] y así sucesivamente. Esto genera una serie de huecos que viajan en sentido opuesto al viaje de los electrones y que se puede entender como el sentido de la corriente positiva que se conoce.

La corriente es la cantidad de carga que atraviesa la lámpara en un segundo, entonces:

Corriente = Carga en coulombs / tiempo ó I = Q / T

Si la carga que pasa por la lámpara es de 1 coulomb en un segundo, la corriente es de 1 amperio.

Ejemplo: Si por la foco / bombillo pasa una carga de 14 coulombs en un segundo, entonces la corriente será:

I = Q / T = 14 coulombs/1 seg = 14 amperios

La corriente eléctrica se mide en (A) Amperios y para circuitos electrónicos generalmente se mide en mA (miliAmperios) ó (uA) microAmperios. Ver las siguientes conversiones.

1 mA (miliamperio) = 0.001 A (Amperios)

1 uA (microAmperio) = 0.000001 A (Amperios)

EJERCICIOS RESUELTOS EXPLICADOS

Ejercicio 1.

Sea el circuito de corriente continua de la figura, calcular:

a) La intensidad total del circuito I_T que sale de la fuente de tensión.

b) La intensidad I₁ que fluye a través de la resistencia de 2 ohmios.

c) La intensidad I₂ que fluye a través de la resistencia de 8 ohmios.

d) Calcula la potencia que suministra la fuente de tensión. Muestra el resultado de dos formas diferentes a través aplicando 2 fórmulas de cálculo de la potencia.

Solución.

a) Para calcular la intensidad total “I_T“ del circuito que sale de la fuente de tensión se halla la resistencia equivalente del circuito.

La intensidad total I_T es de 7,575 A.

b) Para obtener la intensidad I₁ aplicamos la segunda ley de Kirchhoff o de malla.

La intensidad I₁ es de 6,065A.

c) Para obtener la intensidad I₂ se aplica la primera ley de Kirchhoff o de nodo.

La intensidad I2 es de 1,51A.

d) En corriente continua la potencia que suministra la fuente se puede obtener a través de estas dos fórmulas:

Se puede ver que los resultados son similares luego se puede decir que el cálculo está bien ejecutado.

A continuación nos autocorregimos el ejercicio con un software de análisis de circuitos.

Ejercicio 2.

Analiza el circuito y obtén la resistencia equivalente entre los puntos A y B.

Solución:

Si analizamos el circuito de resistencia se puede ver que las resistencias R₁ y R₂ están en serie.

La R_eq1y R₃ están en paralelo.

R_eq2 y R₄ están en serie.

R_eq3 y R₅ están en paralelo.

R_eq4 y R₆ están en paralelo.

R_eq5 y R₇ están en serie.

R_eq6 y R₈ están en paralelo.

Y para finalizar y obtener la resistencia equivalente total del circuito. R_eq7 y R₉ están en serie.

Ejercicio 3.

Dado el circuito de la figura, calcular:

a) Calcular las intensidades I_T, I₁, I₂ e I₃.

b) Calcular la diferencia de potencial entre los puntos A y B.

Solución:

Para calcular la I_T, se halla la R_eq total del circuito. Se observa que R₄ y R₅ están en serie.

R_eq1, R₂ y R₃ están en paralelo.

Para obtener las intensidades I₁, I₂ e I₃, previamente se tiene que resolver el apartado b), a través de:

Se obtiene la diferencia de potencial entre los puntos A y B.

Se calcula el resto de las intensidades del circuito.

A continuación nos autocorregimos el ejercicio con un software de análisis de circuitos.

Ejercicio 4.

Dado el circuito de corriente continua de la figura:

Calcular todas las intensidades del circuito.

Solución:

Para poder resolver este circuito se simplifica de modo que solo queden son malla. De esta forma se puede ver que R₃ y R₄ están en paralelo. La resistencia equivalente R_eq1 queda:

La I₁ tiene un valor de 10A. Se plantea la ecuación de malla para hallar la I₂.

Para calcular las restantes intensidades del circuito, las intensidades que circular a través de R₃ y R₄, se halla la caída de tensión en la resistencia R_eq1.

Conocida I₁ e I₂ se puede hallar la intensidad I₃.

Para calcular las restantes intensidades del circuito, las intensidades que circular a través de R₃ y R₄, se halla la caída de tensión en la resistencia R_eq1.

Se puede ver que 3,15 V es la diferencia de potencial a la que está sometida R₃ y R₄ que está en paralelo con R₃. De esta forma I₄ e I₅ se puede calcular de la siguiente manera.

A continuación nos autocorregimos el ejercicio con un software de análisis de circuitos.

Ejericicio 5.

Dado el circuito de la de la figura. Resuelve mediante el método de mallas.

a) Calcular las intensidades de malla.

b) Calcular el valor y sentido de la intensidad de la fuente de 8 voltios.

Solución:

a) Se proporciona un sentido de giro a las intensidades de malla de forma arbitraria. Se plantean las ecuaciones de malla en función de este sentido de giro dado.

Se observa que la intensidad de malla I₂ es negativa, lo cual nos indica que gira al contrario.

NOTA:

Este ejercicio, aunque puede parecer sencillo, tiene como objeto reflejar la importancia de establecer correctamente el sentido de giro de las intensidades de malla y plantear de forma adecuada las ecuaciones de malla con los signos de forma correcta.