Circuitos R-C
En el simple acto de cargar o descargar un capacitor se encuentra una situación en la
que las corrientes, los voltajes y las potencias sí cambian con el tiempo.
Muchos dispositivos importantes incorporan circuitos en los que un capacitor se
carga y descarga alternativamente.
Carga de un Capacitor
Se comienza con el capacitor descargado; después, en cierto momento inicial, t=0, se cierra el interruptor, lo que completa el circuito y permite que la corriente alrededor de la espira comience a cargar el capacitor. Para todos los efectos prácticos, la corriente comienza en el mismo instante en todas las partes conductoras del circuito, y en todo momento la corriente es la misma en todas ellas.
Como el capacitor al principio está descargado, la diferencia de potencial vbc a través suyo es igual a cero en t=0. En ese momento, según la regla de Kirchhoff de las espiras, el voltaje Vab a través del resistor R es igual a la fem de la batería E. La corriente inicial (t=0) a través del resistor, que llamaremos Ii, está
dada por la ley de Ohm:
Ii = Vab/R = E/R.
Descarga de un Capacitor
Suponga que después de que el capacitor ha adquirido unacarga Qo, se retira la batería del circuito R-C y se conectan los puntos a y c a un interruptor abierto. Después se cierra el interruptor y en el mismo instante se reajusta el cronómetro a t=0; en ese momento, q=Qo. Luego, el capacitor se descarga a través del resistor y su carga disminuye finalmente a cero.
Sobrecarga
La corriente máxima disponible desde un circuito individual está limitada por la resistencia de los alambres. Los fusibles y los interruptores de circuito, también llamados disyuntores o breakers, brindan protección contra sobrecargas y calentamiento excesivo. Un fusible contiene un enlace de aleación de plomo y estaño que se funde a temperatura muy baja; el enlace se funde y rompe el circuito cuando se rebasa su corriente nominal. Un interruptor de circuito es un dispositivo electromecánico que realiza la misma función por medio de una tira electromagnética o bimetálica para “disparar” el interruptor e interrumpir el circuito cuando la corriente excede un valor específico.
Los interruptores de circuito tienen la ventaja de que se pueden reconectar después de haberse disparado, mientras que un fusible fundido debe sustituirse. Sin embargo, a veces es más confiable la operación de los fusibles que la de los interruptores de circuito.
Si el sistema tiene fusibles y se conectan a una misma toma demasiados aparatos que toman mucha corriente, el fusible se quemará. Nunca sustituya un fusible por otro de mayor capacidad, pues se arriesga a que los cables se calienten en exceso y provoquen un incendio. La única solución segura es distribuir los equipos en varios circuitos.
Cortocircuito
El contacto entre los lados con corriente y neutral de la línea provoca un cortocircuito.
Esa situación, que puede originarse por un aislamiento defectuoso o por algún tipo de desperfecto mecánico, ofrece una trayectoria de muy baja resistencia a la corriente y permite que fluya una corriente muy grande que rápidamente fundiría los alambres y quemaría su aislamiento si un fusible o un interruptor de circuito no interrumpiera la corriente.
Una situación igualmente peligrosa es un cable roto que interrumpa la trayectoria de la corriente, lo que crearía un circuito abierto. Esto es peligroso ya que en el punto de contacto intermitente se producen chispas.
En las prácticas aceptadas de cableado, un fusible o interruptor sólo se coloca en el lado con corriente de la línea, nunca en el neutral, pues de otro modo si ocurriera un cortocircuito debido a un mal aislamiento u otro desperfecto, el fusible del lado de tierra podría quemarse. El lado con corriente seguiría en operación y representaría un peligro de descarga eléctrica si se toca el conductor vivo y un objeto conectado a tierra, como un tubo de agua. Por razones similares, el interruptor de pared de un elemento de iluminación siempre está en el lado cargado de la línea, nunca en el neutro.
Se tiene protección adicional contra los accidentes provocados por descargas, si se emplea un tercer conductor llamado alambre de conexión a tierra, que se incluye en todos los sistemas de cableado actuales. Este conductor corresponde a la punta larga y redonda o con forma de U de la clavija de tres puntas de un aparato o de una herramienta eléctrica. Se conecta al lado neutro de la línea en el tablero de servicio. Normalmente, el alambre de conexión a tierra no conduce corriente, sino que conecta a tierra la carcasa o el bastidor metálico del dispositivo. Si un conductor del lado con corriente de la línea hace contacto de manera accidental con el bastidor o la carcasa, el conductor de conexión a tierra provee una trayectoria para la corriente y el fusible se quema.