Corriente elctrica

Corriente MixtaEs la superposicin de una corriente continua y una corriente alterna.+=

Circuitos elctrica

El fsico matemtico britnico James Clerk Maxwell realiz una contribucin importante al estudio de la electricidad en el siglo XIX; Maxwell investig las propiedades de las ondas electromagnticas y la luz y desarroll la teora de que ambas tienen la misma naturaleza.

El fsico alemn Heinrich Hertz, que produjo y detect ondas elctricas en la atmsfera en 1886, y al ingeniero italiano Guglielmo Marconi, que en 1896 emple esas ondas para producir el primer sistema prctico de seales de radio.

UnidadesEl sistema utilizado en ingeniera elctrica es el Sistema Internacional de Unidades (SI).Las unidades bsicas en este sistema son el metro, kilogramo, segundo, amperio, grado Kelvin y candela.

Cantidad bsicaNombreSmbololongitudmetrommasakilogramokgtiemposegundoscorriente elctricaampereAtemperaturakelvinKcantidad de sustanciamolemolintensidad luminosacandelacd

PrefijosSe utilizan los siguientes prefijos para designar diferentes potencias de diez.

ato-(a-, 1018)deci-(d-, 101)femto-(f-, 1015)deca-(da-, 101)pico-(p-, 1012)hecto-(h-, 102)nano-(n-, 109)kilo-(k-, 103)micro-(m-, 106)mega-(M-, 106)mili-(m-, 103)giga-(G-, 109)centi-(c-, 102)tera-(T-, 1012)

Unidades derivadasAlgunas unidades derivadas importantes en este curso son la de fuerza, trabajo o energa y potencia. El Newton (N) es la unidad de fuerza y es equivalente a la fuerza que se requiere para acelerar un kilogramo de masa por un metro por segundo por segundo.

La unidad de energa es el Joule (julio J), definida como un Newton-metro (N-m). La aplicacin de un Newton a lo largo de una distancia de un metro equivale a un julio.

La unidad de potencia es el Watt (vatio W), que se define como J/s.

EFECTO DE DIVERSAS CORRIENTES ELCTRICAS EN EL CUERPOI en ampereEfectos0.001Se puede sentir0.005Doloroso0.010Contraccin musculares involuntarias (Espasmos)0.015Prdida Control Muscular0.070Si pasa por el corazn, trastornos graves ( mortal si dura ms de 1s)

CIRCUITOS Y COMPONENTES ELCTRICOS I.Los circuitos elctricos son los trayectos cerrados que recorren los electrones al desplazarse por efecto de la energa elctrica para producir otras formas de energa o trabajo.Al ndiceLos circuitos elctricos estn formados como mnimo por un generador, que proporciona la energa elctrica para poner en movimiento los electrones; unos conductores por los que se mueven estos electrones; y un receptor en el que se obtiene la energa o el trabajo til Para poder controlar el paso de los electrones por el circuito se instalan tambin elementos de maniobra y control. Los elementos de seguridad previenen de los posibles peligros de la electricidad.

CIRCUITOS Y COMPONENTES ELCTRICOS II.Al ndiceLos elementos de maniobra y control se emplean para interrumpir o dirigir el paso de de la corriente de electrones, los ms habituales son:Pulsador. Mantiene cerrado el circuito, permitiendo el paso de los electrones, mientras se mantiene apretado. Interruptor. Mantiene abierto o cerrado el circuito, hasta que volvemos a actuar sobre l. Conmutador. Corta el paso de la corriente elctrica por un circuito a la vez que lo establece por otro. Llave de cruce o conmutador de cruzamiento. Cruza el recorrido de la corriente entre dos circuitos, la del circuito uno la manda al circuito dos y viceversa. Rel. Es un interruptor, activado automticamente mediante el circuito de control, que abre o cierra varios circuitos de trabajo.

MEDIDA DE MAGNITUDES ELCTRICAS I.Al ndiceMedida de la Tensin. La Tensin se mide con el voltmetro que es un aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables. Uno de los cables es rojo y el otro negro. El rojo se conecta al polo positivo de la Tensin que de seamos medir y el negro al negativo.El voltmetro se coloca en paralelo con el elemento cuya Tensin vamos a medir.Para medir tensiones se debe tener en cuenta:1. Si la corriente que vamos a medir es continua o alterna. Cada una requiere un voltmetro diferente.2. Asegurarnos de que la Tensin a medir no es mayor de la que puede medir el aparato. Despus, comenzar a medir con la escala de mayor capacidad de lectura para evitar que el aparato trabaje forzado.3. Conectar siempre las puntas de los cables de medida en paralelo con el elemento cuya Tensin deseamos medir.

MEDIDA DE MAGNITUDES ELCTRICAS II.Al ndiceMedida de la Intensidad. La Intensidad se mide con el ampermetro que es un aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables. Uno de los cables es rojo y el otro negro. El rojo se conecta al polo positivo de la Corriente que de seamos medir y el negro al negativo.El ampermetro se coloca en serie con el elemento cuya Intensidad vamos a medir.Para medir intensidades se debe tener en cuenta:1. Si la corriente que vamos a medir es continua o alterna. Cada una requiere un ampermetro diferente.2. Asegurarnos de que la Intensidad a medir no es mayor de la que puede medir el aparato. Despus, comenzar a medir con la escala de mayor capacidad de lectura para evitar que el aparato trabaje forzado.3. Conectar siempre las puntas de los cables de medida en serie con el elemento cuya Intensidad deseamos medir. No colocar nunca las puntas del ampermetro directamente a los bornes de un enchufe o a una pila u otro tipo de generador.

MEDIDA DE MAGNITUDES ELCTRICAS III.Al ndiceMedida de la Resistencia. La Resistencia se mide con el ohmimetro que es un aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables. El ohmimetro se coloca en paralelo con el elemento cuya resistencia vamos a medir.Para medir la resistencia de un elemento nos aseguraremos de que dicho elemento est desconectado del circuito, de lo contrario obtendremos una medida errnea y podremos daar el aparato.Medidas con el polmetro. La Tensin, la Intensidad y la Resistencia se pueden medir con un polmetro que puede ser usado para todas ellas segn cmo se conecta. Para usarlo hay que seleccionar en el aparato la funcin que deseamos que cumpla y tener en cuenta las precauciones que hemos sealado para realizar cada una de las medidas.VoltmetroAmpermetro

Relaciones entre voltajes y corriente para los elementos pasivos

Elemento de circuitoUnidadesVoltajeCorrientePotenciaResistencia, ROhms() Ley de OhmInductancia, LHeinris(H)Capacitancia, CFarads(F)

Ejercicio:A travs de una inductancia L=3mH circula una corriente i tal como se muestra en la figura. Obtener en forma grfica el valor del voltaje.

Convencin de signosiv+algn elemento exterior est suministrando energa suministra energa a los otros elementos iv+

Ejemplosv = 5 VBA+ v = 5 VBA+ v = 5 VBA+ v = 5 VBA+ B 5V ms positiva que AB 5V ms positiva que AA 5V ms positiva que BA 5V ms positiva que B

PotenciaLa potencia es la cantidad de energa que se consume (o produce) por segundo.Si en transferir una carga de un culombio a travs de un dispositivo, se consume una energa de un julio, la velocidad de consumo de energa al transferir una carga de un culombio en un segundo a travs de dicho dispositivo, es un vatio (Watt).La potencia elctrica debe ser proporcional al nmero de culombios transferidos por segundo, o la corriente y a la energa necesaria para transferir un culombio a travs del elemento, o tensin, por tanto,p = vi

Ejemplos de potencia2V+3A-2V+-3A4V+-5AP = (3A)(2V) = 6WP = (-3A)(-2V) = 6WP = (-5A)(4V) = -20W

Tarea #2200 mV+4.6A-3.8V+-1.75A7.3V+-3.2ADetermine la potencia absorbida por cada elemento de circuito

Tipos de fuentes controladasSupondremos solo fuentes controladas lineales, es decir, su valor ser una constante multiplicada por el valor de corriente o voltaje en algn otro lugar.Las fuentes controladas pueden ser de cuatro tipos, a saber. Fuente de voltaje controlada por voltaje (VCVS)Fuente de voltaje controlada por corriente (ICVS)Fuente de corriente controlada por voltaje (VCIS)Fuente de corriente controlada por corriente (ICIS)La constante se le conoce como ganancia. Dependiendo del tipo de fuente esta constante tiene diferentes dimensiones. Para la VCVS y la ICIS es un nmero sin dimensin y se representa por una K. La de ICVS est en W, se representa por r y se denomina resistencia de transferencia. Por ltimo la de VCIS esta en Mhos, se representa por g y se denomina transconductancia. gvx+rix+KvxKix

Tarea #3Determine la potencia absorbida por cada uno de los elementos de circuito de la figura8V7A20V5A8A2Avx0.25vx20V8V12V++++++Respuesta: -56W, 16W, -60W, 160W, -60W

Las lneas continuas que unen las partes del circuito se consideran como elementos sin resistencia elctrica. De este modo el trazo corto de B a C tiene resistencia cero.Bornes o terminales

SENTIDO DE LA CORRIENTE

En la fem hay dos bornes uno positivo (potencial mayor) y el otro negativo (potencial menor). Se ha convenido que la corriente circula desde el polo positivo al negativo ( sentido tcnico) .El sentido real o fsico es: Cargas negativas que van del polo negativo al positivo. La figura muestra elSentido tcnico, usadouniversalmente

Definimos la resistencia de un conductor entre dos puntos. al cociente entre la tensin aplicada entre ambos y la intensidad de la corriente que circula, es decir:En la prctica podemos ver ejemplos de resistencias de diferentes tipos (Fig.)

Es importante notar que las primeras tienen una variacin de acuerdo a un cdigo de color como se muestra en la Fig. siguienteComo ejemplo el valor de la resistencia del ejemplo que sigue ser: Valores potencia tolerancia Valores ( rojo y verde) : 2 y 5 , es decir 25; Potencia ( verde ) : 5 que significa 105; tolerancia ( oro ) : 5 que significa 5%, por lo tanto el valor de la resistencia ser:

Fsica III - 05

Observaciones: Se estableci relacin lineal entre J y E. Todos los parmetros se conocen, excepto

Medicin de resistencias Se trata de medir resistencias elctricas midiendo la corriente I con un ampermetro y la tensin V en un voltmetro.Consideramos que los instrumentos tienen las siguientes caractersticas La medicin la podemos hacer mediante dos circuitosFig. Dos esquema para la medicin de resistencias A) y B)Cul de ambas conexiones es la mejor? Cul dar error mnimo?

AMPERMETRO VOLTMETROALCANCE i M V MRES. INTERNA R A R V

CASO A)Caracterstica del circuito Al conectar el voltmetro parte de la corriente que circulaba por Rse bifurca a travs del voltmetro.La corriente que mide el AMPERIMETRO es:Despejando y reemplazando en las anteriores , se tiene

Ahora la resistencia R expresada en funcin de es:

Eliminando de las dos ltimas se tiene: Si llamamos al cociente (Resistencia calculada) y lo reemplazamos en (61) se tiene:

De ella se observa que R Rc si el valor de .

Podramos analizar lo anterior desde el punta de vista del error?Sea el error relativo con que deseamos medir, entonces tendremos: y llamando a se obtienePara D 1 1 - D 0 1 - ( 1 - R c / R V ) 0 es decir que :

Por el principio de conservacin de la energaANLISIS MATEMTICO CIRCUITO RESISTORES SERIE

2. Ecuaciones de Circuito2.1 Leyes de KirchhoffLas leyes de Kirchhoff permiten resolver de forma sistemtica problemas de circuitos elctricos, que tendran difcil solucin por aplicacin directa de la ley de Ohm.Las leyes de Kirchhoff son dos:Ley de Kirchhoff de la Corriente.Ley de Kirchhoff del Voltaje.

Definiciones PreviasNudo: Es un punto de la red en el cual se unen tres o ms conductores.Malla: Es un circuito que puede recorrerse sin pasar dos veces por el mismo punto.

Ley de Kirchhoff de la Corriente:La suma algebraica de las corrientes en un nodo es cero. Su expresin matemtica ser:Para aplicar esta ley hay que fijar arbitrariamente un sentido positivo, por ejemplo, el de llegada.I1 + I2 + I3 - I4 - I5 = 0o tambin:I1 + I2 + I3 = I4 + I5Es decir, la corriente que llega a un nudo es igual a la que sale de l.

Ley de Kirchhoff del Voltaje:La suma algebraica de los voltajes aplicados a una malla es igual a la suma de las cadas de tensin en dicha malla.Va + V1 + V3 + Vb + V2 = 0Para aplicar esta ley se empieza por elegir un sentido de circulacin positivo (ej.: a favor de las agujas del reloj) y se asignan sentidos arbitrarios a las corrientes que circulan por cada rama.Todos los voltajes que tengan este sentido sern positivos, y negativos los que tengan sentido contrario.

2.2 Divisor de tensin y Corriente2.2.1 Divisor de Tensin (Voltaje)Con frecuencia dos o ms resistencias conectadas en serie reciben el nombre de divisor de voltaje.

A continuacin un ejemplo de cmo resolver circuitos mixtos con un grado de exigencia menor.La figura muestra un asociacin de cinco resistores. Los dos primeros (las de 10) estn en serie,y stos en paralelo con los otros tres. En estos ltimos se observa que los resistores de 8 estn en paralelo y a su vez estn en serie con el resistor de 16.EJEMPLO

2.2.2 Divisor de CorrienteDos o mas resistencias en paralelo, dividirn la corriente total ITITI1I2

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