ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS. Mg. Amancio R. Rojas Flores

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1 ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS Mg. Amancio R. Rojas Flores

2 INTRODUCCION La existencia de fenómenos de tipo eléctrico era conocida desde la época de la Grecia clásica, pero hasta que el italiano volta construyó, en 1800, la primera pila eléctrica, capaz de proporcionar una cantidad constante de electricidad mediante métodos químicos. A partir de este momento, los estudios sobre la electricidad se llevaron a cabo de forma acelerada. Así, en 1821, Faraday descubría las relaciones entre electricidad, magnetismo y movimiento, construyendo, diez años después, el primer generador electromagnético y el primer motor capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Las dos teorías fundamentales en las que se apoyan todas las ramas de la ingeniería eléctrica son las de circuitos eléctricos y la electromagnética. Muchas ramas de la ingeniería eléctrica, como potencia, máquinas eléctricas, control, electrónica, comunicaciones e instrumentación, se basa en la teoría de circuitos eléctricos 2

3 I.- SISTEMA DE UNIDADES Algunas unidades básicas SI Algunas unidades derivadas SI 3

4 II.-CARGA Y CORRIENTE Circuito eléctrico básico 4

5 LEY DE COULOMB Movimiento al azar de electrones libres en un conductor conductores, Aisladores, y Semiconductores Según la estructura de la materia los materiales pueden ser clasificados como conductores aisladores y semiconductores 5

6 Carga Eléctrica Es una propiedad eléctrica de las partículas atómicas de las que se compone la materia La unidad eléctrica de carga: El Coulomb El Coulomb es definido como la carga llevada por x10 18 electrones Si x10 18 electrones pasan a través de un alambre, podemos decir que la carga que pasa a través del alambre es 1C 6

7 Corriente eléctrica Es la velocidad de cambio de la carga respecto al tiempo, medida en amperes i = dq dt Por convención se considera al flujo de corriente como el movimiento de cargas positivas (Benjamín Franklin ) 7

8 La carga transferida entre el tiempo t 0 y t se obtiene integrando ambos miembros de la ecuación i=dq/dt q t = 0 t idt 8

9 EL AMPERE Desde que la carga es medido en culombios, su tasa de flujo es culombios por segundo. En el sistema SI, un culombio por segundo está definido como un amperio (comúnmente abreviada A). De esto, traemos que el amperio es la corriente en un circuito cuando un culombio de carga pasa un punto dado en un segundo. El símbolo para corriente es I. Expresado matemáticamente 9

10 Dirección de corriente Dirección convencional de corriente Dirección del flujo de electrones 10

11 Una corriente directa (cd) es una corriente que permanece constante en el tiempo Una corriente alterna (ca) es una corriente que varia senoidalmente con en el tiempo 11

12 Cuando las cargas son separadas de un cuerpo y transferido a otro, una diferencia de potencial o voltaje resulta entre ellos Tensión La tensión v ab entre dos puntos a y b en un circuito eléctrico es la energía (o trabajo) necesaria para mover una carga unitaria desde a hasta b v ab = dw dq 1volt = 1 joule / Coulomb = 1Newton metro / coulomb Tensión (o diferencia de potencial) es la energía requerida para mover una carga a través de un elemento, medido en volts 12

13 Definición de voltaje :El Volt En términos eléctricos, una diferencia en energía potencial está definida como voltaje. En general, la cantidad de energía requerida para separar cargas depende del voltaje desarrollado y la cantidad de carga movida. Por definición, el voltaje entre dos puntos es un voltio si requiere un julio de energía para mover un culombio de carga de un punto para el otro. En forma de ecuación v = dw dq Arreglando la ecuación queda. 13

14 III.-RESISTENCIA La resistencia de un material depende de varios factores El tipo de material La longitud del conductor El área de la sección transversal La temperatura Donde: ρ: resistividad en ohm-metros (Ω-m) l: longitud en metros (m) A : área de la sección transversal, (m 2 ). 14

15 Resistividad (ρ) de materiales comunes 15

16 16

17 Efectos de la temperatura En el caso de la mayoría de los conductores, la resistencia se incremente al elevarse la temperatura, debido al mayor movimiento molecular en el interior del conductor, que obstaculiza el flujo de la carga. La resistencia se incrementa casi en forma lineal al elevarse la temperatura. 17

18 La temperatura de Intercepta y Coeficientes para Materiales Comunes 18

19 Tipos de resistores Resistores fijos 19

20 Resistores de potencia Resistores integrados 20

21 Resistores variables 21

22 Código de colores para resistores 22

23 IV.-POTENCIA Y ENERGIA La potencia y la energía entregadas por un elemento son de gran importancia. Por ejemplo, el rendimiento útil o luminosidad de un foco eléctrico puede expresarse en términos de potencia La potencia es la cantidad de energía entregada o absorbida en cierto tiempo De aquí se obtiene la ecuación: dw p = dt La energía absorbida por el elemento se puede calcular de acuerdo a la ecuación anterior replanteándola: dw = pdt Al integrar se obtiene: w = t pdt Si el elemento solo recibe potencia para t t 0 y se hace que t 0 w t = 0 pdt = 0, se tiene 23

24 POTENCIA Potencia en sistemas eléctricos Dado que nuestro interés es la potencia eléctrica, necesitamos expresiones para P en términos de cantidades eléctricas. Recordando que voltaje es definido como trabajo por unidad de carga y corriente es la razón de transferencia de carga. 24

25 Remplazando resulta Relaciones adicionales son obtenidas por sustitución de V=IR y I= V/R Potencia absorbida o entregada por un elemento Potencia absorbida por un elemento Potencia entregada por un elemento p = vi p = vi 25

26 ENERGIA Eficiencia En términos de energía Como: 26

27 Para sistemas con subsistemas en cascada 27

28 DIAGRAMAS DE UN CIRCUITO DIAGRAMA DE BLOQUES.- describe un circuito o un sistema en forma simplificada. 28

29 DIAGRAMA PICTORICO.- Son un tipo de diagrama que provee detalles 29

30 DIAGRAMA ESQUEMATICO.- Se usan símbolos estándar para representar los componentes. a) Esquema usando el símbolo lámpara b) Esquema usando el símbolo resistencia Circuito eléctrico Circuito eléctrico o una red eléctrica es una interconexión de elementos eléctricos unidos entre si en una trayectoria cerrada de forma que pueda fluir continuamente una corriente eléctrica 30

31 Elementos de circuitos Hay dos tipos de elementos de los circuitos eléctricos: elementos pasivos y elementos activos. Un elemento activo es capaz de generar energía, mientras que un elemento pasivo no. Elementos pasivos: Resistencias, capacitores y inductores Elementos activos: Generadores, baterías y amplificadores operacionales Los elementos activos mas importantes son las fuentes de tensión o de corriente, que generalmente suministran potencia al circuito conectado a ellas Hay dos tipos de fuentes: independientes y dependientes 31

32 Una fuente independiente ideal es un elemento activo que suministra una tensión o corriente especificada y que es totalmente independiente de los elementos del circuito Una fuente dependiente ideal (o controlada) es un elemento activo en el que la magnitud de la fuente se controla por medio de otra tensión o corriente Existen cuatro posibles tipos de fuentes dependiente, a saber. 1. Fuente de tensión controlada por tensión (FTCT) 2. Fuente de tensión controlada por corriente (FTCC) 3. Fuente de corriente controlada por tensión (FCCT) 4. Fuente de corriente controlada por corriente (FCCC) 32

33 33

34 34

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