Cada vez que enfrentamos un trabajo de iluminación , especialmente audiovisual, debemos resolver frecuentemente problemas, diagramas o circuitos de conexión eléctrica. El propósito de este documento es facilitar el trabajo entregando el contenido más recurrente, fórmulas para solucionarlo y ejercicios prácticos para entrenar en esta disciplina auxiliar al trabajo del iluminador.



APUNTE: CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE ELECTRICIDAD
TECNICO AUDIOVISUAL DuocUC
PROF. CLAUDIO PALACIOS



CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE ELECTRICIDAD


El Circuito

El Flujo de la Corriente. De la conexión de la linterna de bolsillo se desprende que en la pila se produce la tensión necesaria para empujar los electrones a través del conductor y la ampolleta. La caja de metal de la lámpara de bolsillo es el conductor. La corriente empieza a fluir en el momento de pulsar la llave de botón. El flujo de la corriente se nota al encender la ampolleta.

El Generador de Tensión. Puesto que el flujo de corriente tiene su origen en la tensión engendrada por la pila, esta última se llama también generador de tensión. Una corriente tan solo puede circular cuando existe como causa la tensión.

El consumidor de tensión. ( consumidor o resistencia útil ). Conectando al ampolleta en forma permanente, su brillo se vuelve cada vez más tenue, puesto que consume continuamente la tensión producida para transformarla en luz. En la ampolleta tiene lugar un consumo de tensión y por eso se le llama un consumidor de tensión. También todos los demás aparatos accionados por la corriente eléctrica como las lámparas de incandescencia, timbres, planchas, motores, etc., se llaman consumidores de tensión.

El circuito eléctrico. Identificados el generador y el consumidor de tensión, hay que cerrar el interruptor para que los electrones puedan fluir. Solo ahora circula su flujo desde el productor de tensión por el conductor al consumidor de tensión, retornando por el conductor al generador de tensión. Puesto que en esta conexión los electrones circulan constantemente, se habla de un circuito. Todo circuito eléctrico se compone por tanto de:
1) Un generador de tensión
2) Un consumidor de tensión
3) Un conductor.












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Contacto superior generador de tensión polo positivo batería 3 voltios consumidor de tensión contacto armazón llave de inferior como botón polo negativo conductor conductor generador batería de 3 voltios ampolleta de tensión consumidor de tensión llave de botón

El Conductor. El conductor consiste en un circuito de ida y de retorno entre el generador de tensión y el consumidor de tensión, pudiéndose utilizar también la tierra o el agua como circuito de retorno.

El Interruptor. Para que en el circuito no circule constantemente la corriente, se monta en el conductor un dispositivo para interrumpir su camino, llamado interruptor. Al abrir el interruptor se apaga la ampolleta, que es señal de que ya no fluye corriente.

El consumidor de tensión y el conductor oponen una resistencia al flujo de los electrones.

Tensión - Intensidad - Resistencia. En todo circuito eléctrico existe la tensión, la intensidad y la resistencia. Para poder calcular en cada circuito las relaciones producidas, se han establecido unidades eléctricas de medida para estas tres magnitudes



Las Unidades de Medida Eléctricas

La Unidad de Intensidad de la Corriente. Medida en Amperios, surgió de la pregunta ¿ Cuantos electrones pueden fluir en un segundo ?. La magnitud de esta corriente eléctrica se determino químicamente, bajo la siguiente ley.:

Ley: La Unidad de Intensidad de la corriente es aquella corriente que precipita, en un segundo, desde una solución de nitrato argéntico, la cantidad de 1,118 miligramos de plata. Esta Unidad de llama Amperio.
Unidades de medida. De la unidad de 1 amperio se deducen:

1 Kiloamperio = 1.000 amperios
1 miliamperio = 1 / 1.000 amperio ( 0,001 amperio )
1 microamperio = 1/ 1.000.000 amperio. ( 0,000.001 amperio ).


La Unidad de Medida Internacional de Resistencia. Medida en Ohmio. Puesto que el mercurio tiene una estructura interior siempre constante, guardando sus átomos siempre la misma distancia entre sí, opone a los electrones en todo momento la misma resistencia. Debido a esta propiedad, se eligió el mercurio para fijar la unidad de resistencia, estableciéndose la siguiente ley.

Ley. La unidad de resistencia eléctrica es la resistencia eléctrica de una columna de mercurio de 1mm cuadrado de ancho y 106,3 cm de largo, a la temperatura de 0º Celsio. Esta unidad se llamo Ohmio.
Magnitudes de medida. De la unidad de y ohmio se deducen:

1 Kiloohmio = 1.000 ohmios
1 Megaohmio = 1.000.000 ohmios


La Unidad de Medida Internacional de Tensión. De las dos unidades para la intensidad y para la resistencia vamos a deducir ahora la tercera unidad para la tensión. Si por la
unidad de resistencia de 1 ohmio ha de circular la unidad de intensidad de la corriente de 1 amperio, se necesitará una tensión eléctrica determinada. Esta tensión se ha fijado como unidad, establecida en la siguiente ley:

Ley. La unidad de tensión es aquella tensión necesaria para que fluya una corriente de 1 amperio a través de una resistencia de 1 ohmio. Esta unidad se llama 1 Volt.





Unidades de medida. Del voltio se deducen:

El Microvoltio = 1/1.000.000 volt
El Milivoltio = 1/1.000 volt
El Kilovoltio = 1.000 voltios
El Megavoltio = 1.000.000 voltios.


La Ley de Ohm

La determinación de la intensidad de la corriente. En cada circuito es importante calcular previamente la intensidad de la corriente que circula por la resistencia que se va a montar. Si una resistencia se carga con una intensidad demasiado elevada, quedara destruida por el calor.

Las tres unidades de medida determinadas nos facilitan ahora la investigación de un circuito equilibrado respecto a la relación que liga los tres conceptos fundamentales: Intensidad, Tensión, Resistencia. A este fin sirve el siguiente ejemplo dispuesto como un experimento:

Experimento A: En una resistencia fija de 10 ohmios se mide la tensión U y la intensidad I. Los valores que se leen en los aparatos de medida registran en la tabla:

casos Tensión U Intensidad I Resistencia

1 2 V. 0.2 A 10
2 4 V. 0.4 A 10
3 6 V. 0.6 A 10
4 8 V. 0.8 A 10
5 10 V. 1.0 A 10
6 12 V. 1.2 A 10


Comparando los valores de la tensión y la resistencia se puede deducir:
La Intensidad de la corriente dentro de un circuito será tanto mayor cuanto mayor sea la tensión U, si la resistencia R es la misma.

Experimento B: La resistencia R se va cambiando sucesivamente por otra mayor fijando la tensión en 10 voltios.

Caso resistencia intensidad tensión

1 10 1.0 A 10 V.
2 20 0.5 A. 10 V.
3 50 0.2 A. 10 V.


De la comparación entre los valores de la resistencia y de la intensidad se desprende que:
La intensidad I dentro de un circuito es tanto mayor, cuanto menor sea la resistencia R. Siendo la tensión U la misma.

Resumiendo ambos resultados de ensayo podemos decir :

Ley. La Intensidad I será tanto mayor cuanto mayor sea la Tensión U y cuanto menor sea la Resistencia R.

Expresado en letras: I = U Amperios = Voltios
R Ohmios




Calculo de circuito. Con esta ley, que encontró georg Simon Ohm en 1827, la relación entre las tres magnitudes de tensión, intensidad y resistencia están completamente determinadas en todo circuito eléctrico. Conociendo dos de las magnitudes se puede calcular la tercera. Los valores siempre hay que ponerlos en unidades de Voltios, Amperes y Ohmios.


Ejemplo 1: Una resistencia de 5 ohmios esta conectada a una tensión de 10 voltios. ¿ Que intensidad tiene la corriente que circula por ella?

Se nos dan: U = 10V R = 5 Ohmios

Se busca: I

Solución I = U = 10 = 2 A
R 5

Resultado = la corriente tiene una intensidad de 2 A.


Ejemplo 2: A través de una resistencia de 20 ohmios debe circular una corriente de 200 mA
¿ cual es la tensión necesaria ?

Se nos dan: R = 20 Ohmios I = 200 mA = 0.2 A

Se busca: U

Solución: I = U hay que calcular U U = I R = 0.2 20 = 4 V
R

Resultado: La tensión necesaria es de 4 V.


Ejemplo 3: Una resistencia absorbe con 100 volts 2 amperios. ¿ Que magnitud tiene la resistencia ?

Se nos da : U = 100 V. I = 2 A.

Se busca: R

Solución: I = U R = U = 100 = 50
R I 2

Resultado = La resistencia es de 50 Ohmios.




La Potencia Eléctrica


Bujías o watios. Antes se escogían las lamparas de incandescencia según la intensidad luminosa indicada en bujías. Había entonces bujías de 10 - 16 - 32 bujías. Esta indicación en bujías significaba la potencia luminosa irradiada por una lámpara en comparación con una bujía patrón llamada, según su inventor, también bujía Hefner ( HK ). Hoy día, en cambio, se escogen las lámparas de incandescencia según la indicación que llevan en Watios.




Experimento. En este experimento vamos a explicar la significación del Watio. Sucesivamente se enroscaran en un portalámparas ampolletas de 40, 60 y 100 watios, midiendo en cada caso la tensión y la corriente y observando comparativamente el efecto lumínico. Recomiéndese colocar entre bombilla y observador una pantalla de papel transparente de seda, para proteger la vista contra el deslumbramiento. Esto facilita estimar con suficiente exactitud las potencias de luz de las distintas lámparas según la luminosidad que producen en la pantalla. los resultados de observación se reúnen en una tabla. En la última columna se coloca el producto de los valores de intensidad y tensión, expresándolo también en watios.


Potencia en watios potencia de la luz tensión de corriente de producto
de la ampolleta la ampolleta la ampolleta U I

40 watios pequeña 220 V 0,2 A. 44 watios
60 watios grande 220 V 0.27 A 59.4 watios
100 watios muy grande 220 V 0.45 A 99 watios


Deducción: La potencia de la luz aumenta con el número de watios de la ampolleta. En la última columna de la tabla se ve que la indicación de watios es igual al producto de la tensión por la intensidad. Para la producción de la potencia de luz se precisa una potencia eléctrica proporcional a la potencia de luz, sin tener en consideración las perdidas. Por consiguiente, el producto U I es la potencia empleada para la producción de la potencia de luz. La potencia eléctrica resulta del producto de la tensión por la intensidad. Si para la potencia eléctrica tomamos la letra P, esta regla, expresada en letras, será la siguiente:

P = U I

Sustituyendo U por voltios e I por amperios, obtendremos P en Watios.

Ley. La unidad de la potencia eléctrica de 1 watio es igual al producto de 1 volt por
1 amperio.
Unidades de medida del watio se deducen:

1 miliwatio = 1 / 1.000 watio
1 Kilowatio = 1.000 watios
1 Megawatio = 1.000.000 watios


Transformación de la fórmula de la potencia. Según la ley de ohm tenemos:

a) U = I R y b) I = U
R

Colocando estas dos ecuaciones sucesivamente en la fórmula de la potencia

P = U I, tendremos:


a) P = I R I o P = I R , puesto que I I = I


b) P = U U o P = U
R R





Cálculo de la potencia. Conociendo dos de los tres valores de la ley de ohm, se calculará la potencia según los siguientes ejemplos.


Ejemplo 1: ¿Que potencia eléctrica tiene un farol conectado a 220 v que absorbe 4.54 amperios?

Se nos dan : U = 220 V I = 4.54 A

Se busca : P

Solución: P = U I = 220 4.54 = 1.000 watios

Resultado: El farol tiene una potencia de 1.000 watios


Ejemplo 2 : Un farol de fresnel tiene una potencia eléctrica de 2 Kw y se conecta a 220 voltios. ¿ Cual es el consumo de corriente del farol.?

Se nos dan : P = 2 Kw = 2.000 watios U = 220 v

Se busca : I

Solución: De la formula fundamental hay que despejar I

P = U I I = P = 2.000 = 9.09 A
U 220

Resultado: La corriente absorbida es de 9.09 amperios.


Ejemplo 3: La placa del constructor de un monitor indica para una potencia de 400 watios una intensidad de 3.64 amperios. ¿ A que tensión debe conectarse el monitor ?.

Se nos dan: P = 400 W I = 3.64 A.

Se busca: U

Solución: De la formula fundamental se despeja U.

P =U I U = P = 400 = 110 V
I 3.64

Resultado: El monitor se puede conectar a 110 volt.