Fundamentos de Circuitos Eléctricos
Material didáctico para el estudio de los principios fundamentales de la electricidad y los circuitos eléctricos.
Por: Andrés Cela
Capítulo 1
Fundamentos de Electricidad
En este capítulo se abordan los conceptos esenciales que conforman la base teórica y práctica del estudio de los circuitos eléctricos. Desde las magnitudes fundamentales hasta los instrumentos de medida, este bloque proporciona al estudiante las herramientas necesarias para comprender y analizar cualquier circuito eléctrico.
01
Definiciones de magnitudes eléctricas
Carga, corriente, tensión y potencia.
02
Elementos eléctricos
Clasificación y características de los componentes.
03
Resistencia y galgas
Variación de la resistencia y sus aplicaciones.
04
Fuentes de energía eléctrica
Tipos y modelos de fuentes ideales y reales.
05
Introducción a las mediciones
Instrumentos y técnicas básicas de medida eléctrica.
Fundamentos de Circuitos Eléctricos — Por: Andrés Cela
Sección 1.3
Resistencia y Galgas Extensiométricas
La resistencia eléctrica es una de las magnitudes más fundamentales en el análisis de circuitos. Su valor no es siempre constante: puede variar en función de factores externos como la temperatura, la presión o la deformación mecánica. Comprender cómo y por qué varía la resistencia resulta esencial para el diseño de sensores y sistemas de medida.
Las galgas extensiométricas son dispositivos que aprovechan precisamente este fenómeno: al deformarse bajo la acción de una fuerza, su resistencia cambia de forma predecible, permitiendo cuantificar magnitudes mecánicas con gran precisión.
Variación por temperatura
La resistividad cambia al variar la temperatura del material conductor.
Variación por presión
La deformación mecánica altera la geometría del conductor y, por tanto, su resistencia.
Fundamentos de Circuitos Eléctricos — Por: Andrés Cela
Variación de R por Temperatura
Efecto de la Temperatura sobre la Resistividad
Todos los materiales experimentan cambios en sus propiedades físicas cuando su temperatura varía. Una de las propiedades más relevantes en ingeniería eléctrica es la resistividad, que cuantifica la oposición intrínseca de un material al paso de la corriente eléctrica.
Expresión matemática
La variación de la resistencia con la temperatura se expresa habitualmente mediante la relación lineal:
donde R₀ es la resistencia a la temperatura de referencia T₀, y α es el coeficiente de temperatura del material (en °C⁻¹).
Interpretación física
Al aumentar la temperatura, los átomos de la red cristalina vibran con mayor amplitud, lo que incrementa la probabilidad de colisiones con los electrones de conducción. Este fenómeno eleva la resistividad y, en consecuencia, la resistencia del componente.
El coeficiente alpha puede ser positivo (metales) o negativo (semiconductores), lo que determina el comportamiento del material frente a los cambios térmicos.
Variación de R por Temperatura
Metales vs. Semiconductores
El comportamiento de la resistividad frente a la temperatura difiere de forma notable entre los metales y los semiconductores, y esta diferencia tiene implicaciones prácticas muy importantes en el diseño de sensores y circuitos electrónicos.
Metales conductores
En los metales (como el cobre, el aluminio o el hierro), la resistividad aumenta con la temperatura. Al calentarse, los iones de la red vibran con más energía, dificultando el movimiento de los electrones libres. Esto se traduce en un coeficiente de temperatura α positivo.
Semiconductores
En los semiconductores como el silicio, el germanio y el carbono, la resistividad disminuye con la temperatura. Al aumentar la energía térmica, se generan más portadores de carga (pares electrón-hueco), lo que reduce la resistencia. Presentan un coeficiente α negativo (NTC).

Este comportamiento opuesto entre metales y semiconductores es la base de funcionamiento de componentes como los termistores NTC, ampliamente usados como sensores de temperatura en electrónica y automoción.
Variación de R por Temperatura
Gráficas de Resistividad vs. Temperatura
Las siguientes gráficas ilustran de forma visual el comportamiento de la resistencia y la resistividad en función de la temperatura para distintos materiales. Obsérvese la diferencia de tendencia entre el termistor semiconductor y los metales de uso industrial.
Termistor (semiconductor NTC)
La resistencia del termistor decrece de forma exponencial al aumentar la temperatura. Esta alta sensibilidad lo hace ideal para medir variaciones térmicas pequeñas.
Metales conductores
Los metales muestran un incremento aproximadamente lineal de la resistividad con la temperatura. El hierro (Fe) presenta la mayor variación, mientras que la plata (Ag) y el cobre (Cu) son los más estables.
Variación de R por Presión
Galgas Extensiométricas: Composición y Funcionamiento
¿Qué es una galga extensiométrica?
Las galgas extensiométricas (también llamadas galgas) son elementos resistivos fabricados principalmente con una aleación de cobre y níquel (Cu₅₅Ni₄₅), conocida comercialmente como constantán.
Esta composición específica fue elegida por sus extraordinarias propiedades: ofrece una resistividad prácticamente constante en un amplio rango de temperaturas, lo que minimiza los errores de medida debidos a variaciones térmicas del entorno.
El elemento sensible tiene forma de serpentín (rejilla metálica meandriforme) montado sobre un soporte flexible. Al aplicar una fuerza, el serpentín se deforma y su resistencia varía de forma proporcional.

La aleación Cu₅₅Ni₄₅ (constantán) es la más utilizada en galgas de precisión gracias a su bajo coeficiente de temperatura y su linealidad en la respuesta.

Variación de R por Presión
Principio de Medida y Configuraciones de Montaje
¿Cómo funciona?
Al ejercer una presión o fuerza sobre el elemento al que está adherida la galga, el serpentín resistivo sufre una deformación (elongación o compresión). Esta deformación provoca un cambio en la resistencia eléctrica del sensor, proporcional a la tensión mecánica aplicada.
Midiendo con precisión esta variación de resistencia —habitualmente mediante un puente de Wheatstone— es posible determinar el valor de la fuerza o presión que ha actuado sobre el elemento.
Configuraciones de montaje
Existen varias formas de orientar y ubicar una galga sobre la pieza a ensayar: en dirección longitudinal, transversal o en roseta (varias galgas a diferentes ángulos), según la información mecánica que se desee obtener.

Variación de R por Presión
Aplicaciones Prácticas de las Galgas Extensiométricas
La principal aplicación de las galgas extensiométricas es la medida de pesos, presiones, fuerzas y deformaciones mecánicas en multitud de entornos industriales y científicos. Su robustez, precisión y versatilidad las convierten en uno de los sensores más utilizados en ingeniería.
Pesaje industrial
Se utilizan en básculas para pesar camiones con y sin carga, especialmente en plantas de reciclaje y centros logísticos, garantizando medidas precisas de gran exactitud.
Monitorización estructural
Se instalan en puentes, edificios y estructuras metálicas para detectar deformaciones y garantizar la integridad estructural en tiempo real.
Ensayos aeroespaciales
Permiten medir las tensiones que soportan componentes de aeronaves durante pruebas de certificación y en vuelo, asegurando márgenes de seguridad adecuados.
Biomecánica y medicina
Se integran en prótesis y equipos médicos para medir fuerzas de contacto y presiones, mejorando el confort y la funcionalidad del dispositivo.
Tarea 1
Actividad: Usos de las Galgas Extensiométricas
Como complemento al contenido visto en clase, se propone la siguiente actividad de investigación. El objetivo es ampliar el conocimiento sobre las aplicaciones reales de las galgas en diferentes sectores industriales y científicos.
Enunciado
Consulta e investiga sobre otros usos de las galgas extensiométricas más allá de los explicados en clase (pesaje de camiones, monitorización estructural, aeroespacial y biomecánica).
Guía para la investigación
Para cada aplicación encontrada, indica: el sector o industria donde se usa, la magnitud que se mide (fuerza, presión, deformación…), el rango de medida habitual y el tipo de galga más apropiado. Se valorará la diversidad de aplicaciones y la profundidad del análisis.
Formato de entrega
Redacta un breve informe (mínimo 3 aplicaciones distintas) con sus correspondientes fuentes bibliográficas. La entrega se realizará en el aula virtual.
Fundamentos de Circuitos Eléctricos — Por: Andrés Cela
¡Gracias!
Esperamos que este material haya resultado útil y didáctico para comprender los fundamentos de la resistencia eléctrica y sus variaciones. El estudio riguroso de estos conceptos constituye la base imprescindible para el análisis de circuitos más complejos.
Variación por temperatura
Metales y semiconductores responden de forma opuesta al aumento de temperatura.
Galgas extensiométricas
Sensores resistivos basados en la deformación mecánica del serpentín conductor.
Aplicaciones reales
Desde el pesaje industrial hasta la biomecánica, las galgas están presentes en multitud de sectores.
Fundamentos de Circuitos Eléctricos — Por: Andrés Cela
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