CONTENIDO Unidad I. Sistema internacional de Unidades Componentes básicos de circuitos: Que es un Circuito?.

Transcripción

1 1

2 CONTENIDO Unidad I Sistema internacional de Unidades Componentes básicos de circuitos: Que es un Circuito?. Circuito Abierto. Circuito Cerrado. Red Eléctrica. Voltaje. Corriente. Carga (Resistencia). Potencia. Leyes aplicadas a los circuitos (LVK - LIK). 2

3 Tipos de circuitos: Características circuito Serie. Características circuito Paralelo. Reducción de circuitos (Método Escalera). Unidad II Otros métodos de Análisis de circuitos. Mallas. Nodos. Fuentes dependientes de corriente. Fuentes dependientes de voltaje. 3

4 Transformación de fuentes. Unidad III Teoremas Thevenin Norton. Manejo de simulador Multisim 10. 4

5 Unidad I Objetivos Reconocer las características básicas que componen un circuito eléctrico. Identificar cada tipo de circuito en una red eléctrica. Reconocer la acción del voltaje en un circuito abierto y circuito cerrado 5

6 Sistema Internacional de Unidades Cuando se representa un circuito eléctrico y cada uno de sus elementos se debe definir un sistema que permita identificarlos no solo por su simbología sino por su escritura. En 1960 en la conferencia general de Pesas y medidas modernizo el sistema métrico y se creo el Système International d` Unités. SI 6

7 7

8 Prefijos y sufijos del SI. En ocasiones las unidades empleadas en el manejo de cantidades eléctricas están acompañadas de varios números decimales o cantidades grandes por ejemplo: A; V; Hz; 1200 VA 8

9 Para aplicar los sufijos se debe tener en cuenta: A será equivalente a 25 na A será equivalente a 25 * 10-9 A V = 0.5 mv ó 500µV Hz = 10kHz (donde K multiplica por 1000) 1200 VA = 1.2 kva. 9

10 Por qué es importante el estudio de los circuitos eléctricos? El desarrollo de los circuitos eléctricos y la llamada era de la electrónica ha sido posible gracias a las investigaciones realizadas por físicos, químicos y matemáticos entorno a la materia y sus propiedades, estableciendo las leyes fundamentales que rigen los circuitos eléctricos ( ). Electricidad, carga eléctrica, voltaje, corriente.

11 Carga Eléctrica Propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (p +, e - ) las cuales se manifiestan por atracciones y repulsiones entre ellas. Símbolo de la carga eléctrica: Q o q. Unidad de medida: Coulomb [C]

12 Fuerza Eléctrica Ley de Coulomb La ley de Coulomb determina la interacción existente entre cargas eléctricas, es decir halla la capacidad de atracción o repulsión de las cargas, a esto se le llama Fuerza eléctrica. F Eléctrica = k * Q1 * Q2 [N] Newton r 2 Constante de Coulomb: k = 9*10 9 [N*m 2 ] C 2

13 Calcular la fuerza de atracción entre las cargas Q1 y Q2 que se muestra en la figura, cuando r = 1m, r = 3m y r = 10m. Q1 = 1µC. Q2 = -2µC. 13

14 Circuito: Interconexión de dos o mas elementos como pueden ser resistencias, condensadores, inductores, semiconductores y fuentes (corriente - voltaje). Circuito Cerrado: Posee una trayectoria cerrada por donde circula una corriente eléctrica. Circuito Abierto: No posee trayectorias cerradas por lo tanto no habrá corriente en la red, pero podrá existir voltaje en la red. 14

15 Conductor: Generalmente conocido como cable o alambre, es un hilo de resistencia despreciable cercano a 0 ohm. Permite unir los elementos del circuito. (Línea Roja). Las variables básicas de un circuito eléctrico son la corriente y el voltaje. Las dos describen el flujo de la carga a través de los elementos del circuito, y la energía necesaria para hacer que la carga fluya. 15

16 Corriente: Cantidad de carga que pasa por un sitio en un determinado tiempo, se define como: i = dq / dt Voltaje: Trabajo necesario (Energía) para mover una carga eléctrica unitaria positiva desde el terminal negativo hasta el terminal positivo. V = dw/dq Resistencia: Oposición al paso de una corriente. R = (ρ*l) / A 16

17 Corriente Cantidad de cargas eléctricas (electrones libres) que fluyen o pasan por un conductor en un determinado tiempo, debido a una fuerza externa. I = dq [C] [A] dt [s] Símbolo Corriente: I Unidad de medida: Amperio [A]

18 Existen dos tipos de corriente: - Corriente Alterna (AC), - Corriente Continua (DC). - AC: Variante en el tiempo. - DC: invariante en el tiempo.

19 Calcular la corriente en ampere si 650C. De carga atraviesan un alambre en 50s. Si una corriente de 40 A. se presenta por 1 minuto Cuántos Coulombs de carga habrán atravesado el alambre?. 19

20 Voltaje Diferencia de potencial o fuerza electromotriz. Es la energía o trabajo necesario para desplazar una carga eléctrica desde un potencial B a un potencial A. V = W [J] [V] Q [C] Símbolo Voltaje: V Unidad de medida: Voltio [V]

21 21

22 Cual es el voltaje entre dos puntos si se requieren 100mJ de energía para mover 70 x electrones entre los dos puntos?. Si la diferencia de potencial entre dos puntos es de 82 V cuanto trabajo se requiere para llevar 6 C. de un punto al otro?. 22

23 RESISTORES Un resistor es un elemento diseñado para incrementar la resistencia (disminuir la corriente) que posee un circuito. Por lo general están elaborados de Carbón o alambre. La resistencia de un elemento esta dado por R = (ρ*l) / A 23

24 Material 20 C Plata 9.9 Cobre Oro 14.7 Aluminio 17.0 Tungsteno 33 Níquel 47 Hierro 74 Cromoniquel 600 Grafito

25 Resistores Fijos Variables 25

26 Cual es la resistencia de un alambre de cobre de 100 pies de longitud y diámetro de pulg a 20 C. Solución: ρ = CM*Ω/pies pulg = 20 mils ACM = (dmils) 2 = (20mils ) 2 = 400 CM R = (ρ*l) /A R = 2.59 Ω. 26

27 APLICACIONES se utilizan las resistencias para convertir energía eléctrica en energía calorífica: Hornos Calentadores Planchas Secadores Etc. 27

28 28

29 29

30 LEY DE OHM George Simón Ohm (16 de marzo de de julio de 1854) fue un físico y matemático alemán que aportó a la teoría de la electricidad la Ley de Ohm, conocido principalmente por su investigación sobre las corrientes eléctricas. Estudió la relación que existe entre la intensidad de una corriente eléctrica, su fuerza electromotriz y la resistencia, formulando en

31 Ley que establece la relación entre el voltaje y la corriente de un material a través de una constante de proporcionalidad llamada resistencia. I (A) R (Ω) V (V) I [A] = V [V] R [Ω] R [Ω] = V [V] I [A] V [V] = I [A] * R [Ω]

32 LEY DE WATT La potencia es una indicación de cuanto trabajo (conversión de energía de una forma a otra) puede efectuarse en una cantidad especifica de tiempo. 32

33 La potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. 1 Caballo de potencia = 746 Watt Para elementos resistivos toda la potencia entregada se disipa en forma de calor porque la polaridad del voltaje es definida por la dirección de la corriente, y la corriente siempre entrara a la terminal de mayor potencial. 33

34 La potencia eléctrica es la cantidad de energía entregada o absorbida por un dispositivo eléctrico o sistema. La ley de Watt establece que dicha potencia puede encontrarse en términos de I y V, como: P [W] = V [V] * I [A] 34

35 Relacionando la definición de potencia eléctrica con la ley de Ohm, se pueden encontrar dos términos para expresar la potencia de una carga resistiva, los cuales son: P [W] = V 2 [V] 2 R [Ω] P [W] = I 2 [A] 2 * R [Ω]

36 ENERGIA Capacidad que se tiene para realizar un trabajo Para que la potencia que es la tasa con la que se efectúa un trabajo, produzca una conversión de energía de cualquier forma, debe ser utilizado durante un periodo de tiempo determinado. W [J] = P [W] * t [s]

37 Ejemplo: Si se conecta una pila a un bombillo se observa que esta energía se convierte en luz y a la vez se disipa encalor. Símbolo: W - Unidad de medida: Joules [J] 37

38 La medición de la energía eléctrica se puede expresar en unidades de Wh o KWh: Energía [Wh] = P [W] * t [h] Energía [KWh] = P [W] * t [h]