ANALISIS DE CIRCUITOS...
35
ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS Mg. Amancio R. Rojas Flores
Transcript of ANALISIS DE CIRCUITOS...
ANALISIS DE CIRCUITOS
ELECTRICOS
Mg. Amancio R. Rojas Flores
2
La existencia de fenómenos de tipo eléctrico era conocida desde la
época de la Grecia clásica, pero hasta que el italiano volta construyó, en
1800, la primera pila eléctrica, capaz de proporcionar una cantidad
constante de electricidad mediante métodos químicos. A partir de este
momento, los estudios sobre la electricidad se llevaron a cabo de forma
acelerada. Así, en 1821, Faraday descubría las relaciones entre
electricidad, magnetismo y movimiento, construyendo, diez años
después, el primer generador electromagnético y el primer motor capaz
de transformar la energía eléctrica en energía mecánica.
Las dos teorías fundamentales en las que se apoyan todas las ramas de
la ingeniería eléctrica son las de circuitos eléctricos y la
electromagnética. Muchas ramas de la ingeniería eléctrica, como
potencia, máquinas eléctricas, control, electrónica, comunicaciones e
instrumentación, se basa en la teoría de circuitos eléctricos
INTRODUCCION
3
En ingeniería eléctrica, a menudo interesa comunicar o la transferir energía
a partir de un punto a otro. Para hacer esto se requiere un interconexión de
dispositivos eléctricos. Tal interconexión se conoce como un circuito
eléctrico, y cada componente del circuito se conoce como un elemento.
Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos
Circuito eléctrico de un radio trasmisor
I.- SISTEMA DE UNIDADES
Algunas unidades básicas SI
Algunas unidades derivadas SI
4
II.-CARGA Y CORRIENTE
5
Carga es una propiedad eléctrica de los partículas atómicas de las
que se compone la materia, medida en coulombs ( C )
El Coulomb es definido como la carga llevada por 6.242 x1018 electrones
Si 6.242 x1018 electrones pasan a través de un alambre, podemos decir que la carga que
pasa a través del alambre es 1C
LEY DE COULOMB
Movimiento al azar de electrones libres en un conductor
conductores, Aisladores, y Semiconductores
Según la estructura de la materia los materiales pueden ser clasificados
como conductores aisladores y semiconductores
6
7
Corriente eléctrica Es la velocidad de cambio de la carga respecto al
tiempo, medida en amperes
Por convención se considera al flujo de corriente como el movimiento de
cargas positivas (Benjamín Franklin 1706-1790)
dt
dqi
8
La carga transferida entre el tiempo t0 y t se obtiene integrando ambos miembros de
la ecuación i=dq/dt
0t
tidtq
EL AMPERE
Desde que la carga es medido en culombios, su tasa de flujo es culombios
por segundo. En el sistema SI, un culombio por segundo está definido como
un amperio (comúnmente abreviada A).
De esto, traemos que el amperio es la corriente en un circuito cuando un
culombio de carga pasa un punto dado en un segundo . El símbolo para corriente es I. Expresado matemáticamente
9
Dirección de corriente
Dirección convencional de corriente
Dirección del flujo de electrones
10
11
Una corriente directa (cd) es
una corriente que permanece
constante en el tiempo
Una corriente alterna (ca) es
una corriente que varia
senoidalmente con en el tiempo
12 12
Cuando las cargas son separadas
de un cuerpo y transferido a otro,
una diferencia de potencial o
voltaje resulta entre ellos
Tensión
La tensión vab entre dos puntos a y b en un circuito
eléctrico es la energía (o trabajo) necesaria para mover
una carga unitaria desde a hasta b
dq
dwvab
coulombmetroNewtonCoulombjoulevolt /1/11
Tensión (o diferencia de potencial) es la energía requerida para mover
una carga a través de un elemento, medido en volts
13
Definición de voltaje :El Volt
En términos eléctricos, una diferencia en energía potencial está definida
como voltaje. En general, la cantidad de energía requerida para separar
cargas depende del voltaje desarrollado y la cantidad de carga movida.
Arreglando la ecuación queda.
Por definición, el voltaje entre dos puntos es un voltio si requiere un julio
de energía para mover un culombio de carga de un punto para el otro. En
forma de ecuación
13
dq
dwv
III.-RESISTENCIA
La resistencia de un material depende de varios factores
El tipo de material
La longitud del conductor
El área de la sección transversal
La temperatura
: resistividad en ohm-metros (-m)
l: longitud en metros (m)
A : área de la sección transversal, (m2).
Donde:
14
Resistividad () de materiales comunes
15
16
Efectos de la temperatura
En el caso de la mayoría de los conductores, la resistencia se incremente al
elevarse la temperatura, debido al mayor movimiento molecular en el interior
del conductor, que obstaculiza el flujo de la carga. La resistencia se incrementa
casi en forma lineal al elevarse la temperatura.
17
La temperatura de Intercepta y Coeficientes para Materiales Comunes
18
Tipos de resistores
Resistores fijos
19
Resistores de potencia
Resistores integrados
20
Resistores variables
21
Código de
colores para
resistores
22
23
IV.-POTENCIA Y ENERGIA La potencia y la energía entregadas por un elemento son de gran
importancia. Por ejemplo, el rendimiento útil o luminosidad de un foco
eléctrico puede expresarse en términos de potencia
La potencia es la cantidad de energía entregada o absorbida en cierto
tiempo
De aquí se obtiene la ecuación: dt
dwp
La energía absorbida por el elemento se puede calcular de acuerdo a la
ecuación anterior replanteándola: pdtdw
t
pdtwAl integrar se obtiene:
Si el elemento solo recibe potencia para t t0 y se hace que t0 = 0, se tiene
t
pdtw0
POTENCIA
Potencia en sistemas eléctricos
Dado que nuestro interés es la potencia eléctrica, necesitamos
expresiones para P en términos de cantidades eléctricas. Recordando
que voltaje es definido como trabajo por unidad de carga y corriente es la
razón de transferencia de carga.
24
Remplazando resulta
Relaciones adicionales son obtenidas por sustitución de V=IR y I= V/R
25
Potencia absorbida por un elemento Potencia entregada por un elemento
Potencia absorbida o entregada por un elemento
vip vip
26
La convención pasiva de signos se satisface cuando la corriente entra por la
terminal positiva de un elemento y p = +VI . Si la corriente entra por la terminal
negativa , p = - VI
Fig. Polaridades de referencia para la potencia con el uso de la convención pasiva
del signo: a) absorción de potencia, b) suministro de potencia
ENERGIA
Eficiencia
En términos
de energía
Como:
27
Para sistemas con subsistemas en cascada
28
DIAGRAMAS DE UN CIRCUITO
DIAGRAMA DE BLOQUES.- describe un circuito o un sistema en forma
simplificada .
29
DIAGRAMA PICTORICO.- Son un tipo de diagrama que provee detalles
30
DIAGRAMA ESQUEMATICO.- Se usan símbolos estándar para representar
los componentes.
a) Esquema usando el símbolo lámpara
b) Esquema usando el símbolo resistencia
Circuito eléctrico Circuito eléctrico o una red eléctrica es una
interconexión de elementos eléctricos unidos entre si
en una trayectoria cerrada de forma que pueda fluir
continuamente una corriente eléctrica
31
32
Elementos de circuitos
Hay dos tipos de elementos de los circuitos eléctricos: elementos pasivos
y elementos activos. Un elemento activo es capaz de generar energía,
mientras que un elemento pasivo no.
Elementos pasivos:
Resistencias, capacitores y inductores
Elementos activos:
Generadores, baterías y amplificadores operacionales
Los elementos activos mas importantes son las fuentes de tensión o de
corriente, que generalmente suministran potencia al circuito conectado a
ellas
Hay dos tipos de fuentes: independientes y dependientes
33
Una fuente independiente ideal es un
elemento activo que suministra una tensión
o corriente especificada y que es
totalmente independiente de los elementos
del circuito
Una fuente dependiente ideal (o controlada)
es un elemento activo en el que la
magnitud de la fuente se controla por medio
de otra tensión o corriente
Existen cuatro posibles tipos de fuentes dependiente, a saber.
1. Fuente de tensión controlada por tensión (FTCT)
2. Fuente de tensión controlada por corriente (FTCC)
3. Fuente de corriente controlada por tensión (FCCT)
4. Fuente de corriente controlada por corriente (FCCC)
34
35
