Circuito eléctrico cerrado: qué es, características, cómo funciona, ejemplos

¿Qué es un circuito eléctrico cerrado?

Un circuito eléctrico cerrado es aquel en el que la corriente tiene una vía continua por la que fluir. Esta es una condición necesaria para que se produzca un flujo de corriente, ya que un alambre roto o cortado impide que los electrones circulen por todos los elementos del circuito.

En un circuito simple como el que se enciende una bombilla mediante una pila, la corriente circula por la bombilla solo cuando el circuito está cerrado, de lo contrario la corriente no circularía y simplemente no se enciende la luz.

Para controlar el flujo de corriente a través del circuito se utiliza un interruptor, con el cual se interrumpe o desvía la corriente a voluntad. Los hay de varios tipos, el más simple consiste en dos contactos metálicos, unidos o separados a conveniencia a través de un elemento móvil. Cuando los contactos están separados, se interrumpe la corriente y cuando están unidos, la corriente fluye.

Cada vez que se encienden las luces en casa, en el coche o se enciende un aparato que funcione con electricidad, se cierran numerosos circuitos para que la corriente fluya y haga el trabajo correspondiente para conseguir el efecto deseado.

Características de un circuito cerrado

-El funcionamiento del circuito depende de una fuente de energía, conocida como fem (fuerza electromotriz), que puede ser directa o alterna.

-El circuito cerrado debe brindar a los electrones un camino completo, sin interrupciones, para que puedan circular a través de cada uno de los elementos del circuito.

-Los alambres que conectan los distintos elementos del circuito son idealizados, por lo tanto, carecen de resistencia.

-En un circuito de corriente directa, el sentido de esta es saliente al polo positivo de la batería.

-Los valores de la corriente y la tensión en cada uno de los elementos del circuito se especifican a través de la ley de Ohm, cuando el circuito es resistivo, en conjunto con las leyes de Kirchoff, cuando se trata de redes más complejas.

Tipos de elementos de un circuito

Pueden ser de dos tipos:

1. Activos
2. Pasivos

Los elementos activos aportan la energía, haciendo el trabajo necesario para que la carga eléctrica se ponga en movimiento. Son los generadores, que a su vez pueden ser de dos tipos: fuentes de voltaje o fuentes de corriente.

Luego están los elementos pasivos, a través de los cuales circula la corriente eléctrica. Estos elementos consumen corriente y a cambio producen un efecto, como por ejemplo una bombilla con un filamento que se enciende.

También hay elementos pasivos que almacenan energía eléctrica, como los capacitores o condensadores.

Componentes de un circuito cerrado

En general, un circuito eléctrico consta de los siguientes componentes:

Generador

Se encarga de producir y mantener la corriente eléctrica por el circuito, pudiendo ser directo al alterno.

El generador directo es una simple pila o batería, mientras que los alternos reciben el nombre de alternadores.

Conductores

Son alambres de metal de muy baja resistencia, usualmente hechos de cobre recubierto de plástico aislante. A través de ellos se mueve la corriente eléctrica, pasando de un elemento a otro en el circuito.

Receptores

Se encargan de transformar la energía eléctrica que les llega desde la fuente en otra clase de energía, por ejemplo, luz, calor o movimiento. Ejemplos de receptores son las resistencias, bombillas, filamentos, capacitores, diodos, bobinas y más.

Elementos de control

Como su nombre indica permiten interrumpir o redirigir el flujo de corriente por el circuito. Son los interruptores o conmutadores.

Elementos de protección

A los circuitos se les puede añadir protectores que interrumpen el paso de la corriente cuando esta alcanza una determinada intensidad, por ejemplo, los fusibles. De esta manera el circuito queda abierto, protegiendo así al dispositivo y a los usuarios.

Esquemas y símbolos

Para facilitar el análisis de los circuitos eléctricos se utilizan esquemas y símbolos, estos ofrecen una representación simplificada de cada uno de los componentes del circuito.

Hay muchísimos símbolos, uno para cada tipo de elemento, en la siguiente imagen hay una pequeña muestra con los más utilizados:

Mediante los símbolos se puede esquematizar cualquier circuito, aún los más complejos. En el circuito de la figura que aparece al comienzo, las dos bombillas conectadas en serie se representan mediante dos resistencias y el esquema queda así:

¿Cómo funciona un eléctrico cerrado?

El funcionamiento del circuito cerrado depende de los elementos que lo componen, por ejemplo, en el circuito resistivo mostrado arriba, el bombillo se enciende en cuanto se cierra.

En cambio, si una de las resistencias se sustituye por un capacitor descargado, el circuito se convierte en un RC y el capacitor se cargará a la tensión de la fuente.

Cuando esté completamente cargado, quedará como un circuito abierto. Desconectando el interruptor y la fuente, y cerrando de nuevo el circuito, el condensador produce temporalmente una corriente, ya que había almacenado carga previamente.

En cualquier caso, la corriente siempre se toma saliendo del borne positivo, como se explicó previamente (ver figura arriba).

La fuente se encarga de elevar el potencial de cada carga q que se encuentre en ese punto, por lo que su energía potencial aumenta en una cantidad dada por qε, donde ε es el voltaje suministrado por la batería.

Seguidamente la carga q recorre los alambres de conexión, que son ideales, es decir, sin resistencia, hasta llegar a un elemento de circuito. Si se trata de una resistencia, como en el circuito de la figura, la carga sufre una caída de potencial igual a I∙R₁, donde I es la intensidad de la corriente.

Luego pasa por otra caída de potencial al pasar por la segunda resistencia, esta vez de I∙R₂ hasta llegar al borne negativo y de allí al positivo nuevamente, de esta forma, la carga ha hecho un recorrido completo alrededor del circuito.

Como la energía se conserva, se cumple que:

ε − I∙R₁ − I∙R₂ = 0

Ejemplo resuelto

En el circuito de la figura de arriba, los valores de cada elemento son:

R₁ = 430 Ω; R₂ = 128 Ω; ε = 9 V

• a) ¿Cuál es la intensidad de corriente a través del circuito?
• b) ¿Qué corriente pasa por cada resistencia?
• c) Encontrar la caída de tensión en cada resistencia.

Respuesta a

La corriente total es la que sale de la batería. Para encontrarla es necesario reducir el circuito a una sola resistencia. Como R₁ y R₂ están conectadas en serie, la resistencia equivalente R_eq es su suma:

R_eq = R₁ + R₂ = 430 Ω + 128 Ω = 558 Ω

De la ley de Ohm:

ε = I∙ R_eq → I = 9 V / 558 Ω = 0.01613 A

Respuesta b

Dado que las resistencias están en serie, la corriente es la misma para ambas e igual a 0.01613 A.

Respuesta c

Aplicando nuevamente la ley de Ohm:

V₁ = I∙ R₁ = 0.01613 A∙430 Ω = 6.935 V

Luego V₁ = 9V− 6.935 V = 2.065 V