Circuitos de corriente directa

Corriente en semiconductores y superconductores

Los superconductores son aquellos materiales en lo que su resistencia disminuye hasta cero cuando llegan a cierta temperatura (baja), conocida como temperatura crítica. Por lo que una de sus características es que cuando se establece una corriente, esta persiste sin necesidad de una diferencia de potencial aplicada.

Para los semiconductores, al aumentar la temperatura, aumenta la densidad de portadores de carga.

Corriente en electrolitos

Sabemos que para materiales conductores la dirección de la corriente es la opuesta a la dirección del flujo de los electrones, sin embargo, para los electrolitos la corriente estará en la dirección del movimiento de los protones ya que son considerados aceleradores de protones con carga positiva.

Leyes de Kirchhoff

Figura 1. Convenciones para realizar las sumatorias.

1. La ley de nodos:

En cualquier unión, la suma de las corrientes debe ser igual a cero:

$\sum _{nodo}I=0$

Esta ley expresa que en los nodos del circuito no se acumula generación de carga, lo cual está acorde al principio de conservación de la carga.

2. La ley de mallas:

La suma de las diferencias de potencial a través de todos los elementos alrededor de cualquier espira de circuito debe ser cero:

$\sum _{mallacerrada}\Delta V=0$

Esta ley es consecuencia de la propiedad conservativa de la fuerza electrostática.

3. Para realizar las sumatorias en la segunda ley se deben tener en cuentas las siguientes convenciones.

En la figura 1 se presentan las convenciones de los signos que se tendrán en cuenta en el momento de aplicar las leyes de Kirchhoff.

Es importante tener en cuenta que para realizar la sumatoria de corrientes en la ley de nodos se debe elegir una dirección global para la corriente, es decir, corrientes que salen del nodo, todas positivas, o corrientes que entran al nodo, todas negativas. Esto debe tenerse en cuenta para la correcta interpretación de la dirección de la corriente al momento de realizar los cálculos. Para aplicar la ley de mallas, debe elegirse una dirección de la corriente para las mallas en estudio, el cual es horario o antihorario.

Puente de Wheatstone

Figura 2. Puente de Wheatstone.

Es un instrumento de gran precisión que puede operar en corriente continua o alterna y permite la medida tanto de resistencias como de bobinas o condensadores.

Mediante la implementación de las leyes de Kirchhoff se resuelve el circuito puente de Wheatstone mostrado en la figura 2:

1. Siguiendo la primera ley de Kirchhoff en los nodos o puntos donde hay uniones tenemos:

• En el nodo a: $I=I_{1}+I_{3}$
• En el nodo b: $I=I_{4}+I_{2}$
• En el nodo c: $I_{4}=I_{3}+I_{5}$
• En el nodo d: $I_{1}=I_{5}+I_{2}$

2. De la segunda ley de Kirchhoff en cada malla tenemos:

• En $V-I_{1}R_{1}-I_{2}R_{2}=0$
• En $V-I_{3}R_{3}-I_{4}R_{4}=0$
• En $-I_{3}R_{3}+I_{5}R_{5}+I_{1}R_{1}=0$
• En $-I_{5}R_{5}-I_{4}R_{4}+I_{2}R_{2}=0$
• En $-I_{3}R_{3}-I_{4}R_{4}+I_{2}R_{2}+I_{1}R_{1}=0$

Con las ecuaciones ya planteadas puede resolverse el circuito.

Medidor de corriente, voltaje y resistencia eléctrica

Multímetro

• Amperímetro: es un instrumento que mide la intensidad de corriente que circula en un circuito cerrado. Debe conectarse en serie al circuito para hacer que la corriente eléctrica pase por él.

• Voltímetro: es un instrumento que permite realizar la medición de la diferencia de potencial, es decir, el voltaje que existe entre dos puntos pertenecientes a un circuito eléctrico.

• Óhmetro: es un instrumento que se utiliza para medir la resistencia de los circuitos o de los componentes eléctricos.

Existen unos instrumentos llamados multímetros que al configurarlos pueden medir la corriente, el voltaje o la resistencia eléctrica.

Confirmo lo aprendido

• Evaluación de la lección 2: Circuitos de corriente directa

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Proyecto: Física 2 para ingenieros

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