Análisis de Circuitos Resistivos

Transcripción

1 Análisis de Circuitos Resistivos Danilo Rairán

2 Análisis de Circuitos Resistivos Bogotá: Universidad Distrital Francisco José de Caldas 432 págs. 18x27 cm ISBN Colección: textos universitarios Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica Danilo Rairán ISBN Primera edición, abril de 2003 Bogotá, D.C. Colombia Diseño y diagramación Danilo Rairán Diseño de Carátula Sección de Publicaciones Universidad Distrital Francisco José de Caldas Todos los derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida sin el permiso previo escrito del Fondo de Publicaciones Universidad Distrital F.J.C Miembro de la Asociación de Editoriales Universitarias de Colombia - Aseuc - 11 PONDODB PUBUCACONBS Fondo de Publicaciones Universidad Distrital Francisco José de Caldas Calle 38 No Tel publicaciones@udistrital.edu.co

3 Tabla de Contenido Capítulo Ley de Ohm Definiciones de unidades eléctricas... 5 Carga eléctrica... 5 Corriente... 7 Conductor... 8 Voltaje... 8 Potencia... 1 O Energía Resistencia Balance de potencia Problemas Ley de Ohm Convención del signo para las polaridades Definición de nodos Selección del nodo de referencia Definición de lazo cerrado Conductancia Fuentes de corriente y fuentes de voltaje Conexión de elementos en serie Conexión de elementos en paralelo Fuentes dependientes Reducción de elementos de un circuito.. 63 Problemas... 70

4 Técnicas de análisis Solución de circuitos utilizando reducción de resistencias Ley de Kirchoff para voltajes Ley de K.irchoff para corrientes Problemas Capítulo Técnicas básicas de análisis Divisor de voltajes Divisor de corrientes Problemas Transformación de fuentes Problemas Linealidad Proporcionalidad Problemas... ~ Superposición Problemas Máxima transferencia de potencia Problen1as Thevenin y Norton Equivalentes Thevenin y Norton Casos especiales Problemas Capítulo Mallas, nodos, amplificadores operacionales Análisis de nodos Supernodos Análisis de mallas Supermallas Problemas Amplificadores operacionales Problemas Anexo A. Solución de sistemas de ecuaciones A.1 Partes de una ecuación A.2 Métodos de solución A.3 Igualación

5 A.4 A.5 A.6 Sustitución Determinantes Matrices Problemas Anexo B. Notación científica B.l Notación científica B.2 Operaciones utilizando notación científica Problemas Anexo C. C.1 C.1.1 C.1.2 C.1.3 C.2 C.2.1 C.2.2 C.3 Gráficas, derivadas e integrales Gráficas Tipos de señal Función paso unitario Línea recta Derivadas Ondas senoidales Ondas exponenciales Integrales Problemas

6 CAPÍTULO Ley de Ohm

7 S e utilizarán las analogías para entender el significado de las principales umdades eléctricas Aunque parezca curioso, en la mayoría de las áreas que cobija la tecnología y tal vez en todas las ciencias es posible encontrar analogías entre un sistema y otro. Estas analogías pueden ayudar a solucionar problemas, o por lo menos facilitar su entendimiento. La electricidad no es la excepción, es más, desde un comienzo se utilizan, no para solucionar o entender un problema, pero sí para hacer aprensión de los conceptos básicos e indispensables para el análisis de circuitos. El sistema hidráulico es quizás la mejor manera de comprender lo que es el voltaje y la corriente, por cierto, es esta la primera vez que se mencionan con el ánimo de definirlas. Al mirar algo de lo que es la vida de un río se pueden aprender muchas cosas; si se tiene en cuenta desde el nacimiento hasta lo que sería la muerte del río o desembocadura, es evidente que entre más ancho sea el lecho del río más agua puede llevar. También es claro que, al comienzo, el río circula mucho más rápido que lo que lo hace al final del recorrido. A qué se debe esto?, si pensó en la pendiente, va bien. A mayor pendiente, mayor velocidad, es normal. Por lo menos en nuestro país, cuando el río desemboca, lo hace a través de una llanura con poca inclinación, por lo tanto con poca velocidad, en ocasiones hasta parece detenerse. Cuando el río desemboca en el mar no termina todo, el ciclo del agua continúa, el proceso de evaporación hace que el agua pueda subir hasta las nubes, estas, a su vez, desplazadas por el viento riegan los campos y las montañas. El agua vuelve a hacer parte del río, de pronto no el mismo. El ciclo se ha repetido, para fortuna nuestra, desde el comienzo. Un circuito eléctn"co se comporta de manera similar a como lo hace el agua durante su ciclo Otra manera de verlo, pero a una menor escala, es mirando lo que ocurre en una fuente artificial, ya no es la evaporación la que lleva el agua al comienzo del ciclo, sino es una bomba. Definiendo la bomba de alguna forma se dirá: es un equipo eléctrico usado para elevar el agua hasta una altura requerida. El agua cae en un tanque, es succionada y elevada gracias a la bomba, una vez arriba vuelve a caer. Algo que no se mencionó explícitamente es el caudal..el caudal es el volumen de agua u otro líquido que pasa por un punto en un determinado tiempo, pero bueno, como este no es el momento de comenzar con las fórmulas, solo se dirá que, por ejemplo, por una tubería pequeña hay menos caudal que por una con un diámetro mayor, si están a la misma inclinación. 2 Capítulo 1 Ley de Ohm