Circuitos con resistencias y condensadores: aplicaciones, componentes y funciones
Circuitos RC
Una definición de RC o circuito RC es un circuito eléctrico formado por una resistencia conectada a un condensador. Imagina una resistencia conectada a un condensador y a una batería en un bucle para formar un circuito en serie para saber qué es un circuito RC. Recuerda que los elementos eléctricos se conectan como una cadena en un circuito en serie, mientras que en un circuito en paralelo, los elementos eléctricos se conectan como puentes. En un circuito en serie, la corriente eléctrica entra en el primer elemento y luego sale para entrar en el segundo, por lo que en este caso, un elemento defectuoso provoca un circuito abierto. Sin embargo, en un circuito en paralelo, la corriente eléctrica alimenta a cada elemento por separado, por lo que cualquier elemento eléctrico defectuoso no afecta a los demás.
El condensador en el circuito RC se carga y descarga alternativamente, lo que le da al circuito una aplicación importante en muchos campos, como los semáforos y las luces direccionales de un automóvil.
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¿Qué es una resistencia?
Un resistor es un dispositivo eléctrico que resiste pasivamente el flujo de corriente eléctrica. Cuando se fabrica, los resistores vienen en muchas formas y están codificados por rayas de colores que, cuando se interpretan, dan la resistencia. En los circuitos electrónicos, los resistores varían en longitud y diámetro, aunque todos tienen dos extremos cableados. Los resistores se utilizan para controlar el flujo de electricidad en un circuito eléctrico al ralentizar el movimiento de las cargas.
Todas las resistencias obedecen la ley de Ohm, donde la resistencia es igual a la relación entre el voltaje y la corriente. Si un dispositivo eléctrico obedece la ley de Ohm, debe tener una resistencia interna. Cualquier resistencia tiene una potencia máxima que le permite disipar energía sin dañarse. Por lo tanto, cuando una resistencia se conecta a un condensador, la velocidad de decaimiento cambia. Mientras el condensador se está descargando, la corriente eléctrica se enfrenta a una resistencia en el circuito que la ralentiza, lo que lleva a una menor velocidad de descarga del condensador. Una resistencia más grande aumentará la ralentización, lo que significa un mayor tiempo de descarga o una menor velocidad de decaimiento. Por lo tanto, si no se favorece la descarga de un condensador, se le conecta una resistencia grande en serie, mientras que si el objetivo es descargar un condensador lo más rápido posible, se le conecta una resistencia muy pequeña.
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Aplicaciones de circuitos RC: combinación de resistencias y condensadores
La combinación de resistencias y condensadores crea una propiedad especial para el circuito eléctrico RC, que permite que la corriente cambie con el tiempo. Una resistencia y un condensador se conectan en serie con una fuente de alimentación o una batería para construir un circuito RC. Las aplicaciones de los circuitos RC son muchas e incluyen:
- Luz intermitente para bicicleta
- Marcapasos
- Luces direccionales o intermitentes del coche
- Semáforo
- Micrófonos
- Limpiaparabrisas
Desintegración en un circuito RC
La carga del capacitor en un circuito RC se da por la fórmula: {eq}q=Q_0*e^{-t/R*C} {/eq} donde {eq}Q_0 {/eq} es la carga inicial del capacitor. La corriente en el circuito RC, como el cambio en la carga a lo largo del tiempo, se da por la fórmula: {eq}i=\frac{\mathrm{d} q}{\mathrm{d} t}=-(\frac { Q_0}{R*C})e^{-t/R*C}=I_{0}*e*^{-t/R*C} {/eq} donde t es el tiempo desde que se cerró el interruptor y {eq}I_{0} {/eq} es la corriente inicial.
La ecuación actual muestra una disminución exponencial de la corriente a lo largo del tiempo con una tasa de {eq}R*C {/eq}.
El producto de R*C se llama constante de tiempo {eq}\tau=R*C {/eq} y también se llama tiempo de relajación, que refleja la caída o disminución de la corriente eléctrica.
Durante la descarga, la corriente i y la carga q de ambos capacitores disminuyen exponencialmente y se acercan asintóticamente a cero con el tiempo.
Por ejemplo, si tomamos {eq}t=10*\tau=10*R*C {/eq}, obtenemos una corriente del condensador {eq}\frac {i}{I_0}=e^-10=0,000045 {/eq}. Por lo tanto, después de 10 veces la constante de tiempo, la corriente del condensador alcanza el 0,000045 de su valor inicial. Cuanto mayor sea el tiempo, más se acercará la corriente a cero, pero nunca lo tocará. La carga del condensador sigue un patrón similar. Por lo tanto, cuando la constante de tiempo {eq}\tau {/eq} es pequeña, el condensador se carga rápidamente. Sin embargo, la carga tarda más tiempo una vez que aumenta la constante de tiempo. Además, cuando la resistencia R es pequeña, la carga es rápida porque la corriente fluye rápido con mucha resistencia.
Resumen de la lección
Un circuito RC es un circuito eléctrico con una resistencia (R) y un condensador (C) conectados en serie con una fuente de energía. El condensador y la resistencia son dos dispositivos eléctricos diferentes. Mientras que una resistencia ralentiza pasivamente los movimientos de la carga mediante su resistencia, un condensador cargado almacena energía eléctrica potencial que puede liberarse.
Los condensadores vienen en todos los tamaños y pueden deshacerse de su carga más rápido que una batería a través de una resistencia. Además, cuanto más grande sea el condensador, mayor será su tiempo de decaimiento exponencial. Algunas aplicaciones de circuitos RC incluyen:
- Semáforo
- Luces direccionales del coche
- Micrófonos
- Limpiaparabrisas
- Marcapasos
En un circuito RC, el tiempo de desintegración se calcula multiplicando la resistencia R por la capacitancia C. Los circuitos RC son únicos porque la corriente eléctrica en ellos varía con el tiempo, lo que los hace muy útiles en muchas áreas.
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