Operación de circuitos simples: partes y funciones

Circuito DC

Tu escuela secundaria tiene un gran partido de fútbol esta noche, ¡y el equipo contrario cortó los cables de la cabina de prensa! Los jugadores del otro lado deben saber que les espera una gran pérdida, ¡así que no quieren que aparezca la prensa! Va a hacer calor sin aire acondicionado y no hay luz para ver. Solo faltan unas horas para el juego y no hay tiempo para repararlo.

El director de la escuela ha desafiado a su clase de física a hacer un circuito a batería para operar una luz y un ventilador de alta velocidad. ¿Puedes convencer a la prensa de que se presente? Intentemos.

Un circuito de CC es uno alimentado por una corriente que fluye solo en una dirección (de ahí la abreviatura «CC» de «corriente continua»), y es proporcionado por una batería. Sabes que necesitas un ventilador, que es un tipo de transductor que convierte la energía eléctrica en movimiento. Las transferencias de energía nunca son 100% eficientes. En nuestro caso, la energía eléctrica no será igual a la energía mecánica del ventilador. El motor del ventilador se calentará y posiblemente emitirá energía sonora. Todo lo que tenga partes móviles que esté funcionando creará algún sonido, lo cual es normal. Esto explica a dónde va la energía perdida. La energía térmica se disipa en los alrededores y la energía del sonido perturba las moléculas de aire creando ondas sonoras.

Cómo se ve realmente un circuito

Queremos poder ajustar qué tan rápido gira el ventilador, y para ello podemos usar un potenciómetro. Un potenciómetro ajusta el voltaje de la batería que alimenta el ventilador. Una resistencia variable es muy similar a un potenciómetro. Tomemos un descanso de nuestra discusión de circuito y comparemos los dos.

Tanto un potenciómetro como una resistencia variable tienen el mismo propósito; controlan el voltaje en un circuito. El voltaje es energía por unidad de carga, por lo que estos dispositivos afectan el flujo de energía. Tienen una perilla o dial que se puede girar, lo que cambia la resistencia. La perilla está unida a un limpiaparabrisas que se mueve sobre una pieza de material resistivo. La resistencia es la propiedad de un material para resistir el flujo de corriente eléctrica, y la ley de Ohm relaciona el voltaje y la corriente con la ecuación V = IR.

Potenciómetro

La forma en que se conectan los potenciómetros y las resistencias variables es básicamente la única diferencia entre ellos. Un potenciómetro tiene tres cables conectados y una resistencia variable tiene dos cables conectados.

Su maestro ha recomendado que se coloque un diodo en el circuito. Un diodo es un dispositivo que permite que la corriente eléctrica fluya en una sola dirección. Digamos, por ejemplo, que uno de sus compañeros no presta toda la atención en clase y existe la posibilidad de que tenga que ayudar a conectar la batería de nuestro circuito en el partido de esta noche. Si conecta la batería al revés, el ventilador podría dañarse. Conectar un diodo en el circuito evitará que la corriente fluya hacia el ventilador si la batería está conectada incorrectamente.

Hay un último componente de nuestro circuito que discutir. Necesitamos una luz para que la prensa pueda ver. Una luz o bombilla es un ejemplo de un dispositivo no óhmico , lo que significa que no sigue la ley de Ohm. En una resistencia que obedece a la ley de Ohm, se produce una línea recta cuando se traza el voltaje contra la corriente. El aumento de temperatura hace que el voltaje aumente de manera no lineal. El calor afecta la resistencia, y dado que una bombilla tiene un filamento que se calienta hasta el punto de brillar, su resistencia no es constante.

Repasemos un esquema de nuestro circuito explicando cómo funciona. Observe que la bombilla está conectada en paralelo con el resto del circuito. Esta es una forma de conectar componentes en un circuito simple. La otra forma es conectar los componentes en serie, lo que se ejemplifica en el cableado del diodo, el potenciómetro y el ventilador. Ambas ramas del circuito (luz y ventilador) están cableadas en serie con sus interruptores.

Diagrama de nuestro circuito

Queremos que la luz y el ventilador sean independientes entre sí, por lo que conectamos la bombilla en paralelo. Cuando la bombilla conectada al interruptor está cerrada, la corriente sale del terminal positivo de la batería (línea larga del símbolo de la batería) y enciende la bombilla. Ahora podemos ver lo que sucede en la oscuridad de la noche en el partido de fútbol. A continuación, giramos el interruptor en línea con el ventilador, giramos la perilla del potenciómetro y las aspas comienzan a girar. Todos esos elementos están en serie, que es la otra forma de conectar componentes en un circuito. ¡Funciona! La corriente regresa a la batería donde el proceso se repite hasta que el juego termina y los interruptores se apagan.

Resumen de la lección

Un circuito de CC es uno en el que una batería empuja la corriente en un sentido a través del circuito. Los circuitos pueden tener una multitud de componentes, como transductores, resistencias, resistencias variables, potenciómetros y diodos, por nombrar algunos.

• Los transductores son dispositivos que transforman la energía eléctrica en otras formas de energía como el sonido o la energía mecánica. Las transferencias de energía nunca son 100% eficientes porque siempre se pierde algo de energía a través del calor.
• Las resistencias son dispositivos que resisten el flujo de corriente eléctrica. Algunas resistencias no son óhmicas , lo que significa que no siguen la relación lineal de voltaje trazada contra la corriente. Una lámpara es un ejemplo de una resistencia no óhmica porque su elemento se calienta aumentando su resistencia.
• Los potenciómetros pueden cambiar el voltaje en un circuito mediante la rotación de una perilla que mueve un limpiaparabrisas a través de un material resistivo. Esto cambia el flujo de energía a través de un circuito porque el voltaje es energía por unidad de carga. Las resistencias variables son básicamente las mismas que los potenciómetros, con la excepción de cómo están conectadas en el circuito.
• Los diodos permiten que la corriente fluya en un solo sentido, actuando como un tipo de característica de seguridad en el circuito.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador