Circuitos Eléctricos I

Libro: Análisis de Circuitos en Ingeniería.Autores: William Hayt, Jack Kemmerly y Steven Durbin.

SISTEMA DE UNIDADES

Las unidades nombradas en honor a una persona (por ejemplo, el kelvin, en honor a Lord Kelvin) se escriben con minúsculas, aunque se abrevian mediante el empleo de una letra mayúscula. Por ello actualmente no se reconoce los voltios o amperios como unidad de medida de la tensión y la corriente, respectivamente.

La corriente tiene como unidad medida el ampere y se representa con la letra A. El voltaje o tensión tienen como unidad de medida el volt y se representa con la letra V.

CARGA

Se conoce que existen dos tipos de carga, positiva (protón) y negativa (electrón). Para el análisis de circuitos sólo es relevante el flujo de electrones. En el sistema métrico la carga se mide en coulombs y se representa con la letra C. La carga de un electrón equivale en magnitud a 1.602×10−19C.

CORRIENTE

La corriente se entiende como la unidad de medida de la velocidad a la cual la carga pasa por un punto de referencia determinado con una dirección especificada. Su unidad es el ampere (A). 1 ampere es igual a 1 coulomb por segundo.

Se conocen dos tipos de corrientes: corriente directa (cd), cuando u magnitud y sentido no varía en el tiempo y corriente alterna, cuando varía su magnitud y además, invierte su sentido cíclicamente, a una frecuencia determinada.

TENSIÓN

Es una medida del trabajo requerida para mover la carga de un terminal a otro a través del elemento. Su unidad es el volt (V), y 1 volt es equivalente a 1 joule por coulomb.

ELEMENTOS DE CIRCUITOS

Los elementos empleados en la construcción de los circuitos se clasifican en forma amplia como activos o pasivos. Los elementos activos tienen la capacidad de suministrar energía, mientras que los pasivos la consumen o pueden acumular cantidades limitadas de esta energía.

Elementos Activos: fuentes independientes de voltaje y corriente, fuentes dependientes de voltaje y corriente.

Elementos Pasivos: resistencias, capacitores e inductores.

POTENCIA

Se define como la tasa a la cual se suministra o consume energía eléctrica.

p ( t )=dWdt

=dWdq∙ dqdt

=V (t )∙ i(t)

La unidad de potencia es el watt (W) y 1 watt es igual a 1 Joule por segundo.

CIRCUITOS DE UN SOLO LAZO

Se caracteriza por presentar la misma corriente por los elementos del circuito, se dice que estos elementos están conectados en serie.

Cuando se tienen varias resistencias en serie, la resistencia equivalente es igual a la suma algebraica de dichas resistencias. Es decir:

Req=∑i=1

n

Ri

De igual manera, cuando se poseen varias fuentes de voltaje en serie, se puede sustituir por una fuente equivalente realizando la suma algebraica de los voltajes de las fuentes teniendo en cuenta su polaridad.

Cuando se poseen capacitores conectados en serie, se puede sustituir por uno equivalente, el capacitor equivalente será igual a:

C eq=1

∑J=1

n 1C J

CIRCUITOS DE UN SOLO PAR DE NODOS.

Se establece que los elementos están conectados en paralelo porque todos se encuentran sometidos al mismo voltaje.

La resistencia equivalente de n conectadas en paralelo será igual a:

Req=1

∑J=1

n 1RJ

En el momento en el que se tengan varias fuentes de corriente en paralelo, se puede sustituir por una fuente equivalente cuyo valor será igual a la suma algebraica de las fuentes teniendo en cuenta su dirección.

Cuando se posean capacitores conectados en paralelo se puede sustituir por uno equivalente realizando la suma algebraica de éstos, es decir:

C eq=∑i=1

n

Ci

LEY DE OHM

Establece que la tensión entre los extremos de materiales conductores es directamente proporcional a la corriente que fluye a través del material, es decir:

v=R ∙i

LEY DE CORRIENTES DE KIRCHHOFF

Esta ley establece que la suma algebraica de las corrientes que entran en cualquier nodo es igual a cero. Esto se debe al principio de la conservación de la carga eléctrica.

∑J=1

n

iJ (t)=0

Al hacer la suma algebraica se consideran positivas las corrientes que salen del nodo y negativas las que llegan.

LEY DE TENSIÓN DE KIRCHHOFF

Establece que la suma algebraica de los voltajes alrededor de un camino cerrado de un circuito, es igual a cero. Esto se debe al principio de conservación de la energía.

∑J=1

n

V J (t)=0

Al recorrer el camino cerrado, para hacer la suma algebraica de los voltajes, las elevaciones se consideran negativas y las caídas positivas.