Guía 02 Medición y Análisis de Circuitos Eléctricos

Colegio Polivalente Patricio Mekis
Curso: 3°Medio Electrónica
Medición y Análisis de circuitos Eléctricos
Claudio Marchant Araya
Guía 02 Medición y Análisis de Circuitos Eléctricos
INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN CC.
Carga Eléctrica:
Los científicos han descubierto dos tipos de carga eléctrica: carga positiva y carga negativa. La carga
positiva es transportada por partículas subatómicas denominadas protones, y las cargas negativas por
partículas subatómicas denominadas electrones. Toda cantidad de carga es múltiplo entero de estas cargas
elementales. Los científicos también han descubierto que las cargas producen fuerzas entre ellas: cargas del
mismo signo se repelen y cargas de signo opuesto se atraen. Además, en un circuito eléctrico existe
conservación de carga, lo cual significa que la carga eléctrica neta permanece constante, es decir, la carga no
se crea ni se destruye. (Los componentes eléctricos que se interconectan para formar al menos una
trayectoria cerrada constituyen una red o circuito eléctrico.)
La carga de un electrón o protón es demasiado pequeña para ser la unidad de carga básica. La
unidad de carga del SI es el coulomb, representado con el símbolo C. El símbolo para representar una
cantidad de carga constante es Q, y el de una carga que varía en el tiempo es q. La carga de un electrón es
de -1,602 x 10-19 C y la de un protón es de 1,602 x 10-19 C. En otras palabras , la combinación de cargas de
6,241 x 1018 electrones es igual a -1C y la de 6,241 x 1018 protones es igual a 1C.
Corriente eléctrica:
La corriente eléctrica se obtiene como consecuencia de del movimiento de cargas eléctricas. La
unidad de corriente en el SI es el ampere, cuya representación simbólica es A. Se utiliza el símbolo I para
expresar una cantidad constante de corriente, i para una corriente variable en el tiempo. Si un flujo
constante con una carga de 1 C cruza un punto sobre un conductor en 1 s, la corriente resultante es de 1 A.
En general,
, en donde t es el símbolo de la cantidad de tiempo.
La corriente tiene asociada una dirección; por convención, la dirección del flujo de corriente es en el
sentido del movimiento de las cargas positivas, opuesto al de las cargas negativas. En los sólidos únicamente
los electrones libres se mueven para producir el flujo de corriente, los iones no pueden moverse. Sin
embargo, en los gases y los líquidos los iones si se pueden mover para producir un flujo de corriente. En
vista de que los circuitos eléctricos están constituidos en gran parte por los sólidos, únicamente los
electrones producen flujo de corriente en casi todos ellos, pero este hecho carece de importancia en el
análisis de circuitos porque se efectúa generalmente a nivel de corriente y no a nivel de carga.
En el diagrama de un circuito cada I (o i) normalmente tiene asociada una flecha para indicar la
dirección de referencia de la corriente, como se muestra en la figura. Esta flecha indica la dirección de la
corriente positiva, aunque no necesariamente la dirección real del flujo. Si después de hacer algunos
cálculos se encuentra que la I es positiva, entonces la corriente fluye en el sentido de la flecha. Pero si la I es
negativa, el flujo de la corriente es el sentido opuesto al de la flecha.
Una corriente que fluye en sólo una dirección todo el tiempo es una corriente continua CC. Mientas
que una corriente que varía su dirección se llama corriente alterna CA. En general la corriente continua se
refiera a una corriente constante, y la corriente alterna a una corriente que varía en forma senoidal durante
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un tiempo. Una fuente de corriente es un elemento del circuito que genera una corriente especifica que
fluye a través de un circuito.
Voltaje
La definición de voltaje involucra el concepto de trabajo, el cual a su vez involucra los conceptos de
fuerza y de distancia. La unidad de trabajo en el SI es el joule, denotado por el símbolo J; la unidad de fuerza
en el SI es el newton, denotado por el símbolo N, y la unidad de distancia en el SI es el metro, denotado por
el símbolo m.
Para mover un objeto se necesita un trabajo que supere la fuerza que se opone a su movimiento.
Por ejemplo, para el levantamiento de un objeto se necesita realizar un trabajo que supere la fuerza de
gravedad. En general:
Energía es la capacidad para realizar un trabajo. Una de sus formas es la energía potencial, que es la
energía que tiene un cuerpo debido a su posición.
La diferencia de potencial o diferencia de voltaje entre dos puntos es el trabajo requerido en joules
para mover una carga de 1 C de un punto hasta otro. La unidad de voltaje en el SI es el volt, denotado por el
símbolo V. La cantidad de voltaje puede denotarse por el símbolo V o v, aún cuando E y e se usan también.
En general:
Para mover una carga positiva desde “b” hasta “a”( o una carga negativa desde “a” hasta “b”), se
necesita realizar un trabajo, por lo tanto el punto “a” es positivo con respecto del punto “b”. A esto se le
denomina la polaridad del voltaje. En el diagrama de un circuito esta polaridad de voltaje se indica por
medio de un signo + en el punto “a”, y por un signo – en el punto “b”.
+
-
a
b
A un voltaje constante se le denomina Voltaje en CC; a un voltaje que varía senoidalmente con el
tiempo se le llama voltaje en CA.
Potencia:
La razón o rapidez con la cual un objeto consume o produce energía se denomina potencia
consumida o producida. Una fuente de energía produce o libera potencia, y una carga la consume. La unidad
de potencia en el SI es el watt cuyo símbolo es W. El símbolo para representar una cantidad constante de
potencia es P y p para una potencia variable en el tiempo. Si 1 J de trabajo es consumido en forma constante
en 1 s, la potencia correspondiente es 1 W. En general
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Claudio Marchant Araya
La potencia consumida por un componente eléctrico es el producto de la corriente y el voltaje si la
referencia de la flecha de la corriente entra en el terminal positivo de referencia, como se muestra en la
figura
I
Dichas referencias se denominan referencias asociadas. Si las referencias no están asociadas( la
flecha de la corriente entra en el terminal negativo de referencia), la potencia consumida es
.
Si la potencia es positiva, el componente realmente consume energía; si P es negativa, el
componente produce potencia, es decir una fuente de energía eléctrica.
Energía Eléctrica:
La energía eléctrica consumida o producida es el producto de la potencia eléctrica consumida o
producida en la entrada o en la salida, multiplicada por el tiempo durante el cual ésta se consume o se
produce. En general:
La energía eléctrica es la electricidad que los usuarios compran a la compañía eléctrica. Estas
compañías no utilizan el joule como unidad de energía, sino el kilowatthora (kWh), que resulta ser una
unidad más grande y conveniente aun cuando no se considere una unidad del SI. El número de kilowatthora
consumidos es igual al producto de la potencia consumida en kilowatts y el tiempo en horas durante el cual
ésta es consumida.
PREGUNTAS ESTUDIO PERSONAL
Contesta en tu cuaderno las siguientes preguntas.
Encuéntrese la carga en coulombs de: a)5,31 x1020 electrones b)2,9x1022 protones.
¿Cuántos protones tiene una carga combinada de 6,8 pC?
Determínese el flujo de corriente en un foco, considerando un movimiento estacionario de a)60C
en 4s; b)15C en 2 min y c)1022 electrones en 1 h.
¿Se podrá fundir un fusible de 10 A sometido a un flujo constante de carga que pasa por él a razón
de 45000 C/h?, Si es así indique un fusible que sirva para la protección del sistema.
La capacidad de una batería de automóvil es de 70Ah a 3,5 A, lo que significa que la batería
puede proporcionar 3,5 A durante aproximadamente 70/3,5=20 h. Sin embargo, cuanto
mayor sea la corriente de consumo menor es el tiempo que puede tomarse. Si la batería
duró 35 horas, cuanta fue la corriente suministrada por la batería de forma constante.
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