U.D.I.5 ELECTRICIDAD CARLOS

El circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es un recorrido por el cual circulan los electrones. Consta de los siguientes elementos: un generador
que proporciona energía, elementos de control y protección, y receptores, todos unidos mediante hilos conductores.

Se denomina corriente eléctrica a la circulación por un circuito, de forma continua, de electrones o carga eléctrica.

3

7

Magnitudes eléctricas.
Intensidad de corriente eléctrica.

Para medir la intensidad de corriente eléctrica se emplea el amperímetro. Este instrumento de medida debe
conectarse en serie, de modo que todos los electrones tengan que pasar por él.

Muy a menudo se utilizan
dos

submúltiplos

del

amperio,

el

miliamperio

(mA) y el microamperio (µA).

10

Magnitudes eléctricas.
Energía eléctrica.

Hemos visto que la tensión eléctrica es la energía que proporciona el generador a los electrones para mantenerlos
en movimiento. Dicha energía es consumida por los receptores.

La energía (E) que consume un aparato eléctrico cualquiera en un tiempo determinado t, por el que circula una
intensidad I y cuyo voltaje de funcionamiento es V, viene dada por la siguiente expresión:

𝑬 = 𝑽 𝒙 𝑰 𝒙 𝒕

La energía, en el SI, se mide en julios (J).

14

1º) Calcula la potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220 voltios y por el que pasa una
intensidad de corriente de 2 amperios. Calcula la energía eléctrica consumida por la bombilla si ha estado
encendida durante 1 hora.

2º) Calcula la potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220 voltios y que tiene una resistencia
eléctrica de 10 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por la bombilla si ha estado encendida durante 2
horas.

3º) Calcula la potencia eléctrica de un motor por el que pasa un intensidad de 4 A y que tiene una resistencia de
100 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por el motor si ha estado funcionando durante media hora.

4º) Calcula la potencia eléctrica de un calefactor eléctrico alimentado a un voltaje de 120 voltios y que tiene una
resistencia de 50 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por el motor si ha estado funcionando durante 15
minutos.

5º) Calcula la potencia eléctrica de un motor eléctrico por el que pasa una intensidad de corriente de 3 A y que
tiene una resistencia de 200 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por el motor si ha estado funcionando
durante 10 minutos.

19

Tipos de corriente.

• Corriente alterna.

Siempre que conectamos una lámpara a un

enchufe, ocurro lo mismo: se enciende la bombilla. Pero
en este caso, los electrones trabajan de manera muy
diferente: cambian 50 veces por segundo, como si el polo
positivo y el negativo se movieran constantemente en el
interior del enchufe. Además, no circulan siempre con
igual intensidad.
Si fuéramos capaces de medir los voltios que hay en un
enchufe, tendríamos una gráfica como la siguiente:
•La tensión comienza siendo 0V y sube hasta alcanzar
los 325 V.

•A continuación, desciende hasta situarse de nuevo en
0 V.

•Después comienza a ser negativa y disminuye hasta -
325 V.

•Por último, aumenta hasta alcanzar otra vez 0 V.

1

2

Tipos de materiales según conductividad.

• Aislantes: no conducen la electricidad. Algunos materiales aislantes son

los polímeros como los que forman los guantes de látex.

• Semiconductores: conducen la electricidad bajo condiciones específicas

(como una determinada temperatura). Un ejemplo serían las películas de
compuestos orgánicos que se encuentran en los LED.

• Conductores: conducen la electricidad. Los mejores conductores son la

mayoría de los metales, o las disoluciones iónicas.

• Superconductores: ciertos metales, cuando su temperatura es muy baja

(cerca de los 0 K), conducen la electricidad mejor que a mayores
temperaturas.

Vídeo: ¿Por qué unas sustancias conducen bien la electricidad y otras no?

https://todosloshechos.es/por-que-unas-sustancias-son-buenas-conductoras-de-la-electricidad

El circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es un recorrido por el cual circulan los electrones. Consta de los siguientes elementos: un generador
que proporciona energía, elementos de control y protección, y receptores, todos unidos mediante hilos conductores.

Se denomina corriente eléctrica a la circulación por un circuito, de forma continua, de electrones o carga eléctrica.

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Elementos de un circuito eléctrico.

•Generadores: proporcionan la energía necesaria para que los electrones se muevan. Ej: Pilas y baterías.

•Receptores: son dispositivos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía que nos resulte útil.
Ej: bombillas, motores, resistencias, timbres, etc.

•Elementos de control: se utilizan para dirigir e interrumpir la corriente eléctrica. Ej: interruptores, pulsadores y
conmutadores.

4

5

Magnitudes eléctricas.
Voltaje o diferencia de potencial.

En el circuito que se muestra a continuación, al ser lanzados los electrones fuera de la pila, transportan con ellos
cierta cantidad de energía que consumen al pasar por la bombilla. Esta energía se ha convertido en luz y en calor.

La cantidad de energía que una pila o batería
(generador) es capaz de suministrar a cada
electrón viene dada por su voltaje (V) o tensión
o diferencia de potencial y se mide en voltios
(V).
Para medir el voltaje se utiliza un aparato
denominado voltímetro. Los cables que salen
del voltímetro (sondas) se conectan en paralelo
a los extremos del componente cuya tensión
deseamos salir.

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Magnitudes eléctricas.
Intensidad de corriente eléctrica.

En cualquier circuito eléctrico se desplazan millones de electrones. Para comprender su funcionamiento, es
importante saber cuántos electrones salen de la pila y cómo se reparten entre los elementos del circuito antes
de regresar a ella.
La intensidad de corriente eléctrica (I) es la carga o el número de electrones que atraviesan cada segundo la
sección de un conductor. Puede expresarse matemáticamente como

𝐼 = 𝑄

𝑡

En el Sistema Internacional (SI), la intensidad de la corriente eléctrica se mide en amperios (A).
Según la definición anterior, por un cable circula 1 amperio cuando lo atraviesa 1 culombio cada segundo:

1 𝐴 = 1𝐶

1𝑆

DATO IMPORTANTE: 1 culombio (1 C) equivale a 6,24x1018 e- (electrones)

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Magnitudes eléctricas.
Intensidad de corriente eléctrica.

Para medir la intensidad de corriente eléctrica se emplea el amperímetro. Este instrumento de medida debe
conectarse en serie, de modo que todos los electrones tengan que pasar por él.

Muy a menudo se utilizan
dos

submúltiplos

del

amperio,

el

miliamperio

(mA) y el microamperio (µA).

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Magnitudes eléctricas.
Resistencia eléctrica. Ley de Ohm.

Para un circuito dado, si se incrementa la intensidad de corriente, el voltaje también aumenta de manera
proporcional. Del mismo modo, si se disminuye la intensidad de corriente, el voltaje también disminuye
proporcionalmente. Esta relación V/I permanece constante.
Esta relación constante, que depende del material que utilicemos, es la resistencia.
La resistencia (R) que un material opone al paso de la electricidad es el cociente entre la tensión aplicada en sus
extremos y la intensidad de corriente que lo atraviesa. Este enunciado se conoce como la ley de Ohm.

𝑅 = 𝑉

𝐼

La unidad de resistencia eléctrica es el ohmio (Ω). Por tanto:

1Ω = 1𝑉

1𝐴

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En los circuitos eléctricos, la energía de la electricidad se emplea para ser transformada en otros
tipos de energía… ¿En qué tipos de energía se está transformando la electricidad en las
siguientes imágenes?

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Magnitudes eléctricas.
Energía eléctrica.

Hemos visto que la tensión eléctrica es la energía que proporciona el generador a los electrones para mantenerlos
en movimiento. Dicha energía es consumida por los receptores.

La energía (E) que consume un aparato eléctrico cualquiera en un tiempo determinado t, por el que circula una
intensidad I y cuyo voltaje de funcionamiento es V, viene dada por la siguiente expresión:

𝑬 = 𝑽 𝒙 𝑰 𝒙 𝒕

La energía, en el SI, se mide en julios (J).

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Magnitudes eléctricas.
Potencia eléctrica.

La capacidad que tiene un receptor eléctrico cualquiera para transformar energía en un tiempo determinado es la
potencia eléctrica. Esta se mide en vatios (W), aunque es frecuente usar el kilovatio (kW), que equivale a 1000 W.

La potencia (P) consumida por un aparato eléctrico por el que circula una intensidad, I, y cuyo voltaje de
funcionamiento es V, viene dada por la expresión:

𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼

La energía eléctrica consumida se puede expresar en función de la potencia mediante una nueva unidad, el kilovatio
por hora (kW∙h).
La relación entre esta unidad y el julio es:

1 𝑘𝑊 ∙ ℎ = 3600000 𝐽 = 3600 𝑘𝐽

Si se conoce la potencia de un receptor, es fácil calcular la energía eléctrica que consume en kW∙h; para ello se
multiplica la potencia en kilovatios por el tiempo de funcionamiento en horas:

𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡

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La capacidad de la batería de un coche eléctrico es de 18,8 kW∙h. ¿Cuánto tardará en
cargarse si la conectamos a un enchufe de 230 V que proporciona 16 A?

13

Una lámpara conectada a una tensión de 230 V consume una potencia de 100 W.
a) Calcula la intensidad que circula por el circuito y la resistencia del filamento en

funcionamiento.

b) ¿Cuál será la energía que consumirá una lámpara de 60 W al cabo de 24 horas?

Expresa el resultado en kW∙h y en J.

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1º) Calcula la potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220 voltios y por el que pasa una
intensidad de corriente de 2 amperios. Calcula la energía eléctrica consumida por la bombilla si ha estado
encendida durante 1 hora.

2º) Calcula la potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220 voltios y que tiene una resistencia
eléctrica de 10 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por la bombilla si ha estado encendida durante 2
horas.

3º) Calcula la potencia eléctrica de un motor por el que pasa un intensidad de 4 A y que tiene una resistencia de
100 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por el motor si ha estado funcionando durante media hora.

4º) Calcula la potencia eléctrica de un calefactor eléctrico alimentado a un voltaje de 120 voltios y que tiene una
resistencia de 50 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por el motor si ha estado funcionando durante 15
minutos.

5º) Calcula la potencia eléctrica de un motor eléctrico por el que pasa una intensidad de corriente de 3 A y que
tiene una resistencia de 200 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por el motor si ha estado funcionando
durante 10 minutos.

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Tipos de circuitos.

¿Te has preguntado alguna vez por qué, cuando una lámpara se funde, las demás siguen encendidas?

• Circuito en serie

Dos o más elementos están en serie si la salida de uno es la entrada del siguiente.

En esta disposición, la corriente que circula por todos los elementos es idéntica, y el
voltaje total es la suma de las tensiones en los extremos de cada elemento.

𝑉 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + ⋯

Para calcular la resistencia total o equivalente del circuito, basta con sumar las
resistencias de cada receptor:

𝑅 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 + ⋯

Por ejemplo, los generadores se suelen conectar en serie. Por ello, las tensiones de los
diferentes generadores se suman.

16

Tipos de circuitos.

• Circuito en paralelo.

En este caso, los diferentes componentes del circuito se colocan de tal forma que se tenga la misma entrada y la misma
salida; así, los cables de un lado y de otro se unen. En esta disposición, la diferencia de potencial (voltaje) de cada
elemento es la misma, pero la intensidad que circula por cada rama es diferente. La resistencia equivalente de este
circuito es:

1
𝑅 = 1

𝑅1

+ 1

𝑅2

+ 1

𝑅3

+ ⋯

Un dato curioso, como consecuencia de la unión en paralelo de dos generadores iguales, es que el voltaje que suministran
no se verá incrementado, pero la corriente consumida se dividirá entre ellos, por lo que durarán bastante más.

17

Tipos de circuitos.

• Circuito mixto.

Cuando decimos que en un mismo circuito existen elementos en serie y en paralelo, decimos que la disposición es
mixta.

En este tipo de circuitos, lo que permanece invariable es la corriente que circula por los elementos que están en
serie y la tensión de los elementos que están en paralelo.

Estos circuitos pueden presentar tanto generadores como receptores en disposición mixta.

Para resolver estos circuitos, primero se calcula la resistencia equivalente y, a partir de esta, la intensidad que sale de
la pila. Con el valor de esa intensidad, se calculan los distintos voltajes.

18

Tipos de corriente.

• Corriente continua.

Entre los bornes o extremos de una pila o batería, existe una tensión constante que no varía
con el tiempo. Si cada segundo midiéramos con un voltímetro los voltios que hay en la batería
de un coche, el resultado siempre sería 12 V. si conectamos una bombilla a una batería, los
electrones circulan siempre en el mismo sentido, y con idéntica intensidad. Es lo que se conoce
como corriente continua.

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Tipos de corriente.

• Corriente alterna.

Siempre que conectamos una lámpara a un

enchufe, ocurro lo mismo: se enciende la bombilla. Pero
en este caso, los electrones trabajan de manera muy
diferente: cambian 50 veces por segundo, como si el polo
positivo y el negativo se movieran constantemente en el
interior del enchufe. Además, no circulan siempre con
igual intensidad.
Si fuéramos capaces de medir los voltios que hay en un
enchufe, tendríamos una gráfica como la siguiente:
•La tensión comienza siendo 0V y sube hasta alcanzar
los 325 V.

•A continuación, desciende hasta situarse de nuevo en
0 V.

•Después comienza a ser negativa y disminuye hasta -
325 V.

•Por último, aumenta hasta alcanzar otra vez 0 V.

20

Tipos de corriente.

• Corriente alterna.

Lo sorprendente de este proceso que ocurre en la corriente alterna, es que ocurre 50 veces

cada segundo y se repite continuamente, esté o no conectado al aparato eléctrico.
La variación de cualquier parámetro eléctrico, en este caso la tensión, con respecto al tiempo se
denomina señal eléctrica.
La tensión o el voltaje que llega a nuestras casas, y que aparece representada en la gráfica anterior,
recibe el nombre de señal alterna (porque adquiere valores positivos y negativos) y senoidal (debido a la
forma de la señal). Esta tensión alterna se obtiene mediante generadores, en grandes centrales de
producción de energía eléctrica, ya sean convencionales (térmicas, nucleares…) o no convencionales
(solares, eólicas…).

Vídeo. Diferencias entre corriente continua (DC) y corriente alterna (AC):

https://www.youtube.com/watch?v=BPaIiaoYkNY

21

Valor eficaz de la corriente alterna.

Los electrodomésticos que tienes en casa funcionan a 230 V. Sin embargo, si observas la señal sinusoidal de la página
anterior, podrás comprobar que este número no aparece en ningún sitio. ¿De dónde procede entonces?

Imagina que conectas dos radiadores eléctricos, uno a un enchufe y otro a una batería. Si desde 0 V aumentásemos
poco a poco la tensión de la batería, el calor generado sería cada vez mayor. Al alcanzar la tensión de la batería los 230
V, la energía eléctrica producida por las dos señales (la del enchufe y la de la batería) es la misma.

El valor eficaz de una señal eléctrica alterna es el valor que debería tener una señal continua para que ambas
produjeran el mismo efecto energético. En el caso de una señal alterna sinusoidal, ese valor eficaz será:

𝑽𝒆𝒇 =

𝑽𝒎á𝒙

𝟐

22

Efectos de la corriente eléctrica.

La circulación de electrones en materiales conductores ocasiona efectos interesantes que tienen múltiples
aplicaciones. A modo de ejemplo, en un secador de pelo la convertimos en calor y movimiento. ¿Se te ocurren otros
ejemplos?

Efectos de
la corriente

eléctrica

Calor

Luz

Efectos

electromagnéticos

Sonido

23

Efectos de la corriente eléctrica.

• Calor.

El movimiento de los electrones en el interior de un cable eléctrico es lento y desordenado, lo

que provoca continuos choques y un aumento de la temperatura del propio cable.

La energía, en forma de calor, generada por la corriente eléctrica se conoce con el nombre de

efecto Joule. Se puede calcular mediante la fórmula:

𝐸 = 𝐼2∙ 𝑅 ∙ 𝑡

Los radiadores o calefactores eléctricos transforman en calor la mayor parte de la energía

eléctrica que consumen.

24

Efectos de la corriente eléctrica.

• Luz.

Se puede obtener de diferentes maneras:

•Bombillas incandescentes: el calentamiento de un hilo metálico debido al paso de la corriente eléctrica
produce un efecto aprovechable: la emisión de luz. Este fenómenos se llama incandescencia.

•Tubo fluorescente: el interior de los tubos fluorescentes contienen un filamento metálico de tungsteno,
un gas inerte (como argón), y una pequeña cantidad de mercurio. Los choques de las partículas que
forman la corriente eléctrica con los átomos de mercurio provocan la emisión de luz ultravioleta (no
visible), que es transformada en luz visible por el fósforo de la cara interior del tubo.

El principal inconveniente es que utilizan elementos contaminantes, como el fósforo y, sobre todo, el

mercurio.

•Led: un diodo emisor de luz (Led, del inglés Light Emitting Diode) está formado por varias capas de
material semiconductor: una capa n, con exceso de electrones, y una capa p, con un número insuficiente
de electrones (se generan huecos). La aplicación de un voltaje supone el tránsito de electrones de la capa
n a la capa p, emitiéndose luz.

25

Bombilla incandescente
Tubo fluorescente

LED

26

• Efectos electromagnéticos.

Cuando una carga eléctrica está en movimiento crea un campo eléctrico y un campo magnético a su

alrededor. Este campo magnético realiza una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que esté situada dentro
de su radio de acción. Esta fuerza que ejerce un campo magnético será la fuerza electromagnética.

El científico Michael Faraday descubrió el efecto contrario: comprobó que podía generarse electricidad

mediante un imán y un conductor eléctrico. Esto es lo que ocurre en el caso de las dinamos y los alternadores.

Efectos de la corriente eléctrica.

Vídeo: la magia de la corriente
https://www.cienciacanaria.es/secciones/a-

fondo/578-la-magia-de-la-corriente

27

Efectos de la corriente eléctrica.

• Sonido.

Podemos transformar la corriente eléctrica en sonido mediante dispositivos electromecánicos llamados

timbres o zumbadores. Algunos de ellos se basan en el efecto piezoeléctrico, esto es, la capacidad que tienen
ciertos materiales de deformarse cuando se les aplica tensión eléctrica.

Vídeo: experimento con el efecto piezoeléctrico

https://www.youtube.com/watch?v=Ww8obw4wsMI

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Tipos de corriente.

• Corriente alterna.

Lo sorprendente de este proceso que ocurre en la corriente alterna, es que ocurre 50 veces

cada segundo y se repite continuamente, esté o no conectado al aparato eléctrico.
La variación de cualquier parámetro eléctrico, en este caso la tensión, con respecto al tiempo se
denomina señal eléctrica.
La tensión o el voltaje que llega a nuestras casas, y que aparece representada en la gráfica anterior,
recibe el nombre de señal alterna (porque adquiere valores positivos y negativos) y senoidal (debido a la
forma de la señal). Esta tensión alterna se obtiene mediante generadores, en grandes centrales de
producción de energía eléctrica, ya sean convencionales (térmicas, nucleares…) o no convencionales
(solares, eólicas…).

Vídeo. Diferencias entre corriente continua (DC) y corriente alterna (AC):

https://www.youtube.com/watch?v=BPaIiaoYkNY

21

Valor eficaz de la corriente alterna.

Los electrodomésticos que tienes en casa funcionan a 230 V. Sin embargo, si observas la señal sinusoidal de la página
anterior, podrás comprobar que este número no aparece en ningún sitio. ¿De dónde procede entonces?

Imagina que conectas dos radiadores eléctricos, uno a un enchufe y otro a una batería. Si desde 0 V aumentásemos
poco a poco la tensión de la batería, el calor generado sería cada vez mayor. Al alcanzar la tensión de la batería los 230
V, la energía eléctrica producida por las dos señales (la del enchufe y la de la batería) es la misma.

El valor eficaz de una señal eléctrica alterna es el valor que debería tener una señal continua para que ambas
produjeran el mismo efecto energético. En el caso de una señal alterna sinusoidal, ese valor eficaz será:

𝑽𝒆𝒇 =

𝑽𝒎á𝒙

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Efectos de la corriente eléctrica.

La circulación de electrones en materiales conductores ocasiona efectos interesantes que tienen múltiples
aplicaciones. A modo de ejemplo, en un secador de pelo la convertimos en calor y movimiento. ¿Se te ocurren otros
ejemplos?

Efectos de
la corriente

eléctrica

Calor

Luz

Efectos

electromagnéticos

Sonido

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Efectos de la corriente eléctrica.

• Calor.

El movimiento de los electrones en el interior de un cable eléctrico es lento y desordenado, lo

que provoca continuos choques y un aumento de la temperatura del propio cable.

La energía, en forma de calor, generada por la corriente eléctrica se conoce con el nombre de

efecto Joule. Se puede calcular mediante la fórmula:

𝐸 = 𝐼2∙ 𝑅 ∙ 𝑡

Los radiadores o calefactores eléctricos transforman en calor la mayor parte de la energía

eléctrica que consumen.

24

Efectos de la corriente eléctrica.

• Luz.

Se puede obtener de diferentes maneras:

•Bombillas incandescentes: el calentamiento de un hilo metálico debido al paso de la corriente eléctrica
produce un efecto aprovechable: la emisión de luz. Este fenómenos se llama incandescencia.

•Tubo fluorescente: el interior de los tubos fluorescentes contienen un filamento metálico de tungsteno,
un gas inerte (como argón), y una pequeña cantidad de mercurio. Los choques de las partículas que
forman la corriente eléctrica con los átomos de mercurio provocan la emisión de luz ultravioleta (no
visible), que es transformada en luz visible por el fósforo de la cara interior del tubo.

El principal inconveniente es que utilizan elementos contaminantes, como el fósforo y, sobre todo, el

mercurio.

•Led: un diodo emisor de luz (Led, del inglés Light Emitting Diode) está formado por varias capas de
material semiconductor: una capa n, con exceso de electrones, y una capa p, con un número insuficiente
de electrones (se generan huecos). La aplicación de un voltaje supone el tránsito de electrones de la capa
n a la capa p, emitiéndose luz.

25

Bombilla incandescente
Tubo fluorescente

LED

26

• Efectos electromagnéticos.

Cuando una carga eléctrica está en movimiento crea un campo eléctrico y un campo magnético a su

alrededor. Este campo magnético realiza una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que esté situada dentro
de su radio de acción. Esta fuerza que ejerce un campo magnético será la fuerza electromagnética.

El científico Michael Faraday descubrió el efecto contrario: comprobó que podía generarse electricidad

mediante un imán y un conductor eléctrico. Esto es lo que ocurre en el caso de las dinamos y los alternadores.

Efectos de la corriente eléctrica.

Vídeo: la magia de la corriente
https://www.cienciacanaria.es/secciones/a-

fondo/578-la-magia-de-la-corriente

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Efectos de la corriente eléctrica.

• Sonido.

Podemos transformar la corriente eléctrica en sonido mediante dispositivos electromecánicos llamados

timbres o zumbadores. Algunos de ellos se basan en el efecto piezoeléctrico, esto es, la capacidad que tienen
ciertos materiales de deformarse cuando se les aplica tensión eléctrica.

Vídeo: experimento con el efecto piezoeléctrico

https://www.youtube.com/watch?v=Ww8obw4wsMI