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Introduccion al analisis basico de circuitos electricos: Conceptos

Introduccion

Generalmente, un circuito electrico básico estar a sujeto a una entrada o excitación y se producir a una respuesta o salida a dicha entrada.

Carga eléctrica

Las investigaciones actuales de la física apuntan a que la carga eléctrica es una propiedad cuantizada. La unidad más elemental de carga se encontró que es la carga que tiene el electrón, es decir alrededor de 1,602 176 487(40) × 10-19 culombios (C) y es conocida como carga elemental. El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide según el número de electrones que posea en exceso o en defecto.

Corriente electrica

Es el flujo de carga eléctrica que recorre un material.​ Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del mismo. Al caudal de corriente (cantidad de carga por unidad de tiempo) se lo denomina intensidad de corriente eléctrica. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios por segundo), unidad que se denomina amperio (A).

Existen diferentes tipos de corriente:

corriente continua o directa (DC) usada principalmente en circuitos electrónicos.

2. corriente alterna (AC) usada como corriente doméstica es de tipo sinusoidal.

3. corriente exponencial aparece en fenómenos transitorios por ejemplo en el uso de un interruptor.

4. corriente en dientes de sierra útiles en aparatos de rayos catódicos para visualizar formas de onda eléctricas.

fuerza electromotriz

Las cargas de un conductor metálico, electrones libres, pueden moverse de manera aleatoria. Sin embargo, si queremos un movimiento ordenado de las cargas, debemos aplicar una fuerza externa de manera que se ejercer´ a un trabajo sobre las cargas. A esta fuerza se le denomina fuerza electromotriz (ξ).

voltaje

es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro.

Energia

Es la capacidad que poseen los cuerpos para poder efectuar un trabajo a causa de su constitución (energía interna), de su posición (energía potencial) o de su movimiento (energía cinética). Es una magnitud homogénea con el trabajo, por lo que se mide en las mismas unidades, es decir en julios en el Sistema Internacional. Según la forma o el sistema físico en que se manifiesta, se consideran diferentes formas de energía: térmica, mecánica, eléctrica, química, electromagnética, nuclear, luminosa

Potencia

es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Si W es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo

Elementos eléctricos activos y pasivos

Podemos clásica los elementos de un circuito en dos categorías: elementos pasivos y elementos activos, teniendo en cuenta la energía entregada a los elementos o por los elementos. Un elemento eléctrico es pasivo en un circuito si ´este no puede suministrar m´ as energía que la que tenía previamente, siendo suministrada a ´este por el resto del circuito. Esto es, la energía neta absorbida por un elemento pasivo hasta t debe ser no negativa (w(t)≥ 0).

fuentes de corriente y

voltaje:

independiente

Es un elemento de dos terminales, como una batería o un generador, que mantienen un voltaje Especifico entre sus terminales a pesar del resto del circuito que esta conectado a ´el. El voltaje es por completo independiente de la corriente a través del circuito. Se conoce también como fuente de voltaje ideal.

Es un elemento de dos terminales a través de la cual fluye una corriente especiada. El valor de esta corriente está dado por la función fuente y la dirección de referencia de la función fuente por la fecha dentro de la fuente. Se conoce también como fuente de corriente ideal.

Elementos b´asicos en circuitos

Ley de Ohm

V

I R

Resistencia

Equivalentes de Thevenin y Norton

Los equivalentes serie y paralelos descritos hasta el momento son limitaciones de elementos del mismo tipo. En esta sección vamos a desarrollar un par de equivalentes denominados de Thevenin y Norton de gran utilidad en la simplificacion de cualquier análisis de problemas de circuitos.

Teorema de Thevenin

Una red lineal activa con resistencias que contenga una o m´ as fuentes de voltaje o corriente puede reemplazarse por una única fuente de voltaje y una resistencia en serie.

Teorema Norton

Una red lineal activa con resistencias que contenga una o m´ as fuentes de voltaje o corriente puede reemplazarse por una única fuente de corriente con una resistencia en paralelo. La forma de Thevenin con una fuente de voltaje vT y una resistencia en serie RT es equivalente a la forma de Norton con una fuente de corriente iN y una resistencia en paralelo RN

mallas

El análisis de malla consiste en escribir las ecuaciones LVK alrededor de cada malla en el circuito, utilizando como incógnita las corrientes de malla. Las n ecuaciones simultaneas de un circuito con n mallas pueden ser escritas en forma de matriz. La ecuación de matriz resultante puede resolverse por varias técnicas. Una de ellas es el método de determinantes o regla de Cramer

Características básicas de las ondas sinusoidales

Ciclo Recorrido completo que hace la onda y que se repite periódicamente. Un ciclo se compone de dos semiciclos.

Amplitud Valor máximo que alcanza la onda, en el semiciclo positivo.

Periodo Tiempo necesario en generarse un ciclo completo. Su unidad es el segundo.

Frecuencia Número de ciclos que se efectúan en un segundo. Su unidad es el Hz. Frecuencia y Periodo.

1 T Velocidad angular ´Angulo recorrido por unidad de tiempo (debido al movimiento giratorio del generador). Su unidad es el rd/seg.

w = 2πf

2π T

Desfase de onda Las ondas, además de diferir entre s´ ı en frecuencia y amplitud, también pueden hacerlo en lo que se denomina relación de fase. Dos ondas de igual frecuencia se dicen que están en fase si sus valores instantáneos varían a la vez, o sea, de forma sincronizada. Cuando existe un desplazamiento de tiempo entre la variación de dos ondas de igual frecuencia, se dice que están desfasadas. El desfase entre dos ondas de igual frecuencia es la diferencia de tiempo que hay entre dos puntos tomados de referencia, que pueden ser el inicio de ciclo de una de ellas con respecto a la otra.