Miguel Ángel Casillas Araiza.

1/4

León, Gto.; a 11 de Septiembre 2015.

Práctica #2

Laboratorio de Análisis de Circuitos. Corriente, tensión, potencia y energía en circuitos eléctricos.

Definiciones básicas. Las variables básicas en un circuito eléctrico son la corriente y el voltaje. Juntas describen el flujo de la carga a través de los elementos del circuito, y la energía necesaria para hacer que la carga se mueva (fluya). Carga. Es una propiedad eléctrica de las partículas atómicas de las que está compuesta la materia, y se mide en coulombs (C). La carga del electrón es: -1.602 x 10-19 [C / e] Corriente eléctrica. Es la razón de cambio de la carga en el tiempo, y se mide en Amperes (A).

dt

dqi = (1)

donde la corriente se mide en amperes [A], y 1 [ampere] = 1 [coulomb / segundo] La corriente se compone de dos partes, a saber, un valor y otra una flecha indicando la dirección. La carga que se transfiere entre el tiempo to y t se obtiene al integrar ambos lados de la ecuación (1)

∫=t

to

dtiq (2)

Corriente directa (DC). Es aquella que permanece constante con respecto al tiempo. Corriente alterna (AC). Es la que varía senoidalmente respecto al tiempo. Tensión (o diferencia de potencial). Es la energía que se requiere para mover una carga unitaria a través de un elemento, y se mide en volts [V].

Miguel Ángel Casillas Araiza.

2/4

Por ejemplo, la tensión Vab entre dos puntos a y b en un circuito eléctrico es la energía (o trabajo) necesario para mover una unidad de carga desde a hasta b; matemáticamente,

dq

dwVab = (3)

donde w es la energía en joules [J] y q es la carga en coulombs [C]. La tensión Vab se mide en Volts [V]. De acuerdo con (3) es evidente que 1 [volt] = 1 [joule / coulomb] = 1 [newton · metro / coulomb] La cantidad Vab puede interpretarse de dos maneras : (1) el punto a está a un potencial de Vab volts mayor que el punto b, o (2) el potencial en el punto a , respecto del punto b, es Vab. Se desprende lógicamente que, en general baab VV −= (4)

La tensión se compone de dos partes, a saber, un valor y una indicación de signos ( + y - , también conocida como la polaridad) Potencia. Es la variación con respecto al tiempo de la entrega o absorción de energía, medida en watts [W].

dt

dwp = (5)

donde p es la potencia en watts [W], w es la energía en joules [J] y t corresponde al tiempo en segundos [s]. De acuerdo con las ecuaciones (1), (3) y (5), se tiene que

vidt

dq

dq

dw

dt

dwp === (6)

ó

vip = (7) La potencia p en la ecuación (7) es la cantidad que varía con respecto al tiempo y se denomina la potencia instantánea. La convención pasiva de los signos se satisface cuando la corriente entra por la terminal positiva de un elemento y p = +vi. Si la corriente entra a través de la terminal negativa, p = -vi.

Miguel Ángel Casillas Araiza.

3/4

Mediante esta última, la corriente entra por la polaridad positiva de la tensión. En este caso, p = + vi, o vi > 0 implica que el elemento está absorviendo potencia. Sin embargo, si p = -vi, o vi<0, el elemento está liberando o proporcionando potencia. En general, Potencia absorbida = - potencia suministrada. En realidad, la ley de la conservación de la energía debe cumplirse en cualquier circuito eléctrico. Por esta razón, la suma algebraica de la potencia en un circuito, en cualquier instante, debe ser cero: 0=∑ p (8)

Esto confirma el hecho de que la potencia total que se suministra al circuito debe equilibrar la potencia total que se absorbe. De acuerdo con la ecuación (6), la energía que absorbe o suministra un elemento desde el tiempo to hasta el tiempo t corresponde a

∫∫ ==t

t

t

t oo

dtvidtpw (9)

Energía. Es la capacidad para realizar trabajo, medida en joules [J]. Las compañías que suministran el servicio eléctrico miden la energía en watts-horas [Wh], donde 1 [Wh] = 3600 [J] Desarrollo.

1. Arme el circuito indicado en la página 20 del libro indicado en la bibliografía. Escale los valores de todas las resistencias en el circuito por un factor de 1000.

2. Mida con un voltímetro los voltajes en todos los elementos del circuito eléctrico. 3. Mida con un amperímetro las corrientes en todos los elementos del circuito

eléctrico. 4. Calcule las potencias en todos los elementos del circuito eléctrico. 5. Compruebe en este circuito se satisface la ley de la conservación de la energía.

Cuestionario.

1. Explique con sus palabras ¿Qué es una carga? 2. Explique con sus palabras ¿Qué es la corriente? 3. ¿Qué elementos componen a la corriente? 4. Explique con sus palabras ¿Qué es la corriente directa?

Miguel Ángel Casillas Araiza.

4/4

5. Explique con sus palabras ¿Qué es la corriente alterna? 6. Explique con sus palabras ¿Qué es la tensión? 7. ¿Qué elementos componen a la tensión? 8. ¿Con que otros nombres se le conoce a la tensión eléctrica? 9. Explique con sus palabras ¿Qué es la potencia? 10. Explique con sus palabras ¿Qué es la energía? 11. ¿Cuánto cuesta 1 [KWh] en México (a la fecha)? 12. Describa cada uno de los elementos pasivos de los circuitos eléctricos, esto es,

resistencias, capacitores e inductores ideales. 13. Describa cada los elementos activos como las fuentes de voltaje y corriente ideales,

independientes y dependientes. Bibliografía. 1. Alexander, Charles K., Sadiku, Matthew N.O., Fundamentos de circuitos eléctricos, Ed. McGraw Hill, México, 2001.