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Definición de corriente continua
Para entender el concepto de circuito de corriente continua, primero debemos comprender qué es exactamente la corriente continua.
En un circuito eléctrico cerrado, la corriente \(I\) sólo fluye si existe una diferencia de potencial \(V\) entre los polos de la fuente de energía. Esta diferencia de potencial se puede conseguir y mantener realizando trabajo por fuerzas externas.
Una forma de conseguirlo es convirtiendo la energía química en energía eléctrica mediante reacciones químicas. Éstas se producen en los electrolitos, que son sustancias químicas que conducen la electricidad debido a la presencia de iones con carga positiva y negativa. Cuando se sumergen electrodos de dos metales diferentes en un electrolito, los iones transfieren cargas eléctricas entre los electrodos, creando una diferencia de potencial entre ellos. En este caso, el trabajo realizado se produce a expensas de la energía química del sistema.
Así escomo funcionan todas las pilas y baterías voltaicas, dando lugar a algo conocido como tensión continua que induce una corriente continua.
La corriente continua( CC) es el flujo de carga eléctrica en una dirección.
Apliquemos ahora este concepto a un circuito sencillo de .
Significado de circuito de CC
En un circuito de CC, la corriente fluye delborne positivo al negativo de la pila. La dirección constante de la corriente se muestra en la Figura 1.
Éste es el flujo de corriente convencional. En realidad, los electrones cargados negativamente son atraídos por el extremo cargado positivamente de la pila, por lo que los electrones viajan en sentido contrario al flujo de corriente definido.
Fig. 1 - El flujo de carga en un circuito de corriente continua es siempre en la misma dirección.
Ésta es una representación muy básica del aspecto que puede tener un circuito de corriente continua. Consta de tres elementos clave necesarios para que un circuito funcione: una fuente de energía (una pila), un consumidor de energía (una resistencia) y caminos conductores (cables).
En un mundo ideal, la fuente de energía y los caminos conductores tendrían una resistencia interna despreciable. Tales elementos se conocen como pilas ideales y cables ideales. Aunque este tipo de elementos no existen, podemos hacer suposiciones razonables en función de las circunstancias.
Si el circuito contiene otros elementos con resistencia, podemos ignorar la resistencia interna de los cables, ya que es comparativamente diminuta. La resistencia interna de una pila ideal puede determinarse midiendo la diferencia de potencial de la fuente de energía a través de los terminales. Esta medida se conoce como fuerza electromotriz.
Fuerzaelectromotriz es la cantidad de energía que suministra una pila por unidad de carga que pasa a través de ella.
Suele denotarse por \(\varepsilon\) o "emf" y se mide en voltios (\(\mathrm{V}\)).
Las cosas se complican a medida que añadimos más consumidores a un circuito de CC. En general, hay dos formas de conectar elementos en los circuitos: en serie y en paralelo. Veamos cada tipo más en profundidad.
Circuito de CC en serie
La primera forma de ensamblar elementos en un circuito es en serie.
Una conexión en serie es aquella en la que los elementos del circuito están conectados de tal manera que cualquier carga que pase por un elemento debe pasar por el otro y no tiene otro camino disponible entre ellos.
En un circuito en serie de CC, la misma corriente \ (I\) fluye por todos los componentes, sin cambiar su dirección.
Fig. 2 - Esquema de un circuito en serie formado por tres resistencias.
En cada uno de los elementos se produce una diferencia de potencial \ (V\) quedifiere en función de su resistencia. La diferencia de potencial total puede expresarse como
\[ V_\texto{serie}=\suma_{i=1}^n V_i=V_1+V_2+ \puntos,\]
donde \(n\) indica el número de consumidores.
Todas las resistencias de la conexión en serie pueden sustituirse por un consumidor equivalente, cuya diferencia de potencial puede hallarse utilizando la resistencia total de todas las resistencias juntas en lugar de individualmente. La ecuación para hallar la resistencia total de una conexión en serie es
\[R_\mathrm{series}=\sum_{i=1}^nR_i=R_1+R_2+ \dots.\]
Como ya hemos dicho, en el caso de una pila no ideal, también debemos tener en cuenta su resistencia interna. Para ello, basta con tratar la fuente de energía como una resistencia adicional conectada en serie a la batería y al circuito. Si por el circuito circula una corriente distinta de cero, podemos calcular la diferencia de potencial entre los bornes de la batería mediante la siguiente ecuación:
\[\Delta V_\mathrm{terminal}=\varepsilon -Ir,\]
donde \(\Delta V_\mathrm{terminal}\) es la diferencia de potencial entre los terminales de la batería, \(\varepsilon\) es la fuerza electromotriz, \(I\) es la corriente, y \(r\) es la resistencia interna de la batería.
Circuito paralelo de CC
El otro tipo de circuito a considerar es el paralelo.
Una conexión en paralelo es aquella en la que las cargas pueden pasar por uno de dos o más caminos.
La corriente eléctrica \(I\), que fluye desde el polo positivo de la fuente, se divide entre todos los elementos y luego se fusiona de nuevo en el polo negativo de la pila. Incluso con todos los caminos adicionales, la dirección del flujo de cargas permanece constante.
Fig. 3 - Esquema de un circuito paralelo formado por tres resistencias.
En un circuito paralelo, la diferencia de potencial \(V\) es la mismaa través de cada camino, proporcionada por la fuerza electromotriz de la fuente de energía.La corriente total, por otra parte, es la suma de la corriente a través de los componentes individuales:
\[ I_texto{paralelo}=\suma_{i=1}^n I_i=I_1+I_2+{puntos,\}]
donde \(n\) indica, una vez más, el número de consumidores.
Por último, el recíproco de la resistencia total es la suma de los recíprocos de todas las resistencias de los consumidores:
\[\frac{1}{R_\mathrm{parallel}}=\sum_{i=1}^n\frac{1}{R_i} =\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots.\]
Reglas de los circuitos de CC
Todas las reglas de circuito relevantes para este tema están recopiladas en la siguiente tabla.
Tabla 1 - Reglas de los circuitos de CC.
| Nombre | Ecuación | Variables |
| Ley de Ohm | \(I=\frac{\Delta V}{R}\) | \(I\) - corriente\(V\) - potencial eléctrico\(R\) - resistencia |
| Potencia en un circuito eléctrico | \(P=I\Delta V= I^2R=\frac{\Delta V^2}{R}\) | \(P\) - potencia\(I\) - corriente\(V\) - potencial eléctrico\(R\) - resistencia |
| Resistencia en un circuito paralelo | \(\frac{1}{R_\mathrm{parallel}}= \sum_{i=1}^n\frac{1}{R_i}\) | \(R\) - resistencia |
| Resistencia en un circuito en serie | \(R_\mathrm{series}=\sum_{i=1}^nR_i\) | \(R\) - resistencia |
| Diferencia de potencial entre los terminales de la batería | \(\Delta V_\mathrm{terminal}=\varepsilon -Ir\) | \(I\) - corriente\(V\) - potencial eléctrico\(\varepsilon\) - emf\(r\) - resistencia interna |
| Cambios de energía en un circuito eléctrico | \(\Delta U_\mathrm{elec}=q\Delta V\) | \(U\) - energía potencial\(q\) - carga puntual\(V\) - potencial eléctrico |
| Regla del bucle de Kirchhoff | \(\suma \Delta V = 0\) | \(V\) - potencial eléctrico |
| Regla de la unión de Kirchhoff | \(Suma I_mathrm{in}= Suma I_mathrm{out}) | \(I\) - corriente |
Circuitos de CA frente a CC
Otra forma en la que puede fluir la corriente se conoce como corriente alterna.
La corriente alterna(CA ) es el flujo de carga eléctrica que cambia periódicamente de dirección.
En el circuito de CA que se muestra a continuación, en lugar de una batería, hay una fuente de alimentación de CA. Ésta crea ondas alternas de corriente que se mueven hacia delante y hacia atrás, en lugar de tener una dirección constante como en el caso del circuito de corriente continua.
Fig. 4 - La corriente alterna cambia periódicamente de dirección.
Considerando que es un suceso periódico, la corriente alterna puede describirse mediante la frecuencia, medida en hercios (\(\mathrm{Hz}\)). Cuantifica el número de veces que el flujo de cargas cambia de dirección por segundo.
Los circuitos de corriente alterna se utilizan habitualmente para producir y transportar electricidad, así como para alimentar motores eléctricos. La red eléctrica nos suministra corriente alterna, que luego se convierte en continua a través de adaptadores, al cargar baterías, por ejemplo.
Circuito de corriente continua - Puntos clave
- La corriente continua (CC) es el flujo de carga eléctrica en una dirección.
- Las pilasideales y los cables ideales tienen una resistencia interna despreciable .
- Se puede suponer que los cables son ideales si otros elementos del circuito tienen resistencia.
- La fuerza electromotriz es la cantidad de energía que una pila suministra a cada carga que pasa por ella.
- Una conexiónen serie es aquella en la que los elementos del circuito están conectados de tal manera que cualquier carga que pase por un elemento debe pasar por el otro y no tiene otro camino disponible entre ellos.
- Una batería no ideal puede tratarse como una resistencia conectada en serie dentro del circuito.
- Una conexiónen paralelo es aquella en la que las cargas pueden pasar por uno de dos o más caminos.
- La corriente alterna (CA) es el flujo de carga eléctrica que cambia periódicamente de dirección.
Referencias
- Fig. 1 - Diagrama de un circuito de CC, StudySmarter Originals.
- Fig. 2 - Diagrama de un circuito en serie, StudySmarter Originals.
- Fig. 3 - Diagrama de un circuito en paralelo, StudySmarter Originals.
- Fig. 4 - Diagrama de un circuito de CA, StudySmarter Originals.
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