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Departamento de Electrónica
Definiciones Básicas
ELEMENTOS ACTIVOS, PASIVOS Y RECTIVOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Los elementos activos, son dispositivos capaces de generar una tensión o una corriente (en
forma más general un campo eléctrico) y suministrar potencia a una carga dada (entregan
energía).
Los elementos pasivos, son aquellos, que al circular corriente eléctrica por ellos producen una
diferencia de potencial entre sus bornes y disipan potencia en forma de calor (consumen energía).
Los elementos reactivos, son aquellos, que tienen la propiedad de almacenar energía en forma
de campo eléctrico o magnético para luego poder entregarla como una diferencia de potencial o
como una intensidad de corriente eléctrica.
FUENTE IDEAL DE TENSIÓN:
Es el elemento activo ideal de circuito que entrega entre sus bornes una diferencia de potencial
independiente del elemento que se le coloque como carga. Su unidad es el “volt” [ V ]
En la realidad una fuente de tensión entrega una diferencia de potencial que puede tener una leve
dependencia del elemento que se le conecte.
Según los diferentes autores se la suele simbolizar como alguna de las siguientes maneras:
A
V
A
A
+
+
_
VAB
V
+
VAB
_
B
V
VAB
_
B
B
FUENTE IDEAL DE CORRIENTE:
Es el elemento activo ideal de circuito que entrega entre sus bornes una intensidad de corriente
eléctrica independiente del elemento que se coloque como carga. Su unidad es el “Ampere” [ A ]
En la realidad una fuente de corriente entrega una intensidad de corriente eléctrica que puede
tener una dependencia del elemento que se le conecte.
Según los diferentes autores se la suele simbolizar como alguna de las siguientes maneras:
I
I
A
I
A
I
I
B
A
I
B
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RESISTOR:
Es el elemento pasivo ideal de circuito que tiene la propiedad de oponerse en cierto grado al paso
de la corriente eléctrica, a esta propiedad se la llama resistencia y se produce la transformación de
la energía eléctrica que se le entregue en calor,. Esta propiedad se basa en la Ley de Ohm que
dice que la resistencia eléctrica de un elemento es la relación entre la diferencia de potencial
aplicada al mismo y la intensidad de corriente que por el circule. Su unidad es el “Ohm” [ Ω ]
Resistencia = Diferencia de potencial
R [ Ω ] = __V_[ V ]__
I [A]
Intensidad
En la realidad este elemento aparte de transformar la energía eléctrica en calor, puede almacenar
algo de energía en forma de campo eléctrico y/o magnético.
Se lo suele simbolizar de la siguiente manera:
La experiencia nos enseña que la resistencia de un conductor depende del material de que está
constituido, de su longitud y de su espesor. Cuanto más largo es un conductor, tanto mayor es la
resistencia que opone al paso de la corriente eléctrica, {porque se intercambia mas energía por
choques durante la trayectoria ) y cuanto más grueso tanto menor (porque existe una superficie
mayor por donde pueden circular las cargas). Si llamamos l a la longitud en m, S a la sección en
m2 y R a la resistencia en W, tenemos
R = ρ
l
[Ω]
S
siendo ρ una constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza del conductor, conocida
con el nombre de resistencia específica o resistividad. Sus unidades son Ω.m ó bien Ωmm2/m. El
valor recíproco de la resistividad se llama conductividad (σ).
CAPACITOR:
Es el elemento reactivo ideal de circuito que tiene la propiedad de almacenar energía en forma de
campo eléctrico para luego entregarla como una diferencia de potencial, a esta propiedad se la
llama capacitancia. Su unidad es el “Faradio” [ F ]
En la realidad este elemento aparte de la propiedad de capacitancia, puede transformar algo de la
energía eléctrica en calor y puede almacenar algo de campo magnético.
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Se lo suele simbolizar de la siguiente manera:
C
Capacidad =
C
Cantidad de carga
Dif. de potencial
=
C
Q
=
V
1C
1V
= 1F
INDUCTOR:
Es el elemento reactivo ideal de circuito que tiene la propiedad de almacenar energía en forma de
campo magnético para luego entregarla como una intensidad de corriente eléctrica, a esta
propiedad se la llama inductancia. Su unidad es el “Henry” [ H ]
En la realidad este elemento aparte de la propiedad de inductancia, puede transformar algo de la
energía eléctrica en calor y puede almacenar algo de campo eléctrico.
Se lo suele simbolizar de la siguiente manera:
L
la inductancia ( ), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o
bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación
entre el flujo magnético ( ) y la intensidad de corriente eléctrica ( ) que circula por la bobina y el
numero de vueltas (N) de el devanado
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Resistencia
Capacidad
Frecuencia
Datos digitales
Distancia
Peso
A
V
W
Ω
F
Hz
B
m
g
18
exa
E
x 10
peta
P
x 10
tera
T
x 10
giga
G
x 10
mega
M
x 10
kilo
K
x 10
unidad
Potencia
Valor \ unidad
Tensión
nombre
Corriente
símbolo
Rango de valores estándares de algunas variables típicas
|
15
12
x 10
mili
M
x 10
micro
µ
x 10
nano
n
x 10
pico
p
x 10
femto
f
x 10
atto
a
x 10
|
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9
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6
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3
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0
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-3
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Conductividad de Materiales
•
Los conductores eléctricos: que generalmente son los metales
7
o Plata
6,30 x 10
7
o Cobre
5,96 x 10
7
o Oro
4,55 x 10
7
o Aluminio
3,78 x 10
7
o Hierro
1,53 x 10
•
Los semiconductores eléctricos:
4
o Carbono
2,80 x 10
-2
o Germanio
2,20 x 10
-5
o Silicio
1,60 x 10
•
Los aislantes eléctricos:
-10
-14
o Vidrio
10
a 10
-11
-15
a 10
o Mica
10
-13
o Teflón
< 10
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CORRIENTE ELECTRICA
Cuando existen cargas "estacionadas" en un cuerpo se habla de electricidad estática. Cuando las
cargas fluyen a través de un conductor debido a la acción de un campo eléctrico, se habla de
corriente eléctrica.
La corriente eléctrica se establece a través de un conductor debido a la acción de una batería,
porque al estar cargados los dos polos de la batería (que consiste en un número de celdas que
convierten energía proveniente de una transformación química en energía eléctrica), se origina
una presión eléctrica distinta en cada uno de ellos, estableciéndose una diferencia de potencial o
fuerza electromotriz, que es la responsable del paso de corriente.
Durante dicho paso los electrones van desde el polo negativo al positivo, si bien, por razones
históricas, se dice que la corriente circula del polo positivo al negativo, ya que normalmente uno
no dice que un elemento de valor negativo se mueve en un determinado sentido sino que un
elemento igual pero de valor positivo se mueve en sentido opuesto, por lo que convencionalmente
diremos que la corriente eléctrica son cargas que circulan desde el polo positivo de la fuente al
negativo de la misma.
Si una corriente eléctrica circula por un conductor, realiza un trabajo y tiene lugar un
desprendimiento de calor.
El movimiento de cargas se ve impedido en parte por la transferencia de energía entre átomos
adyacentes en el conductor. Las cargas chocan con los átomos constituyentes a medida que se
mueven bajo la influencia del campo eléctrico, transfiriendo parte de su energía.
En este proceso se genera calor por agitación térmica del material. Este fenómeno se conoce con
el nombre de efecto Joule. El número de choques depende de las características químicas del
material
Entre las numerosas aplicaciones del efecto Joule citaremos las planchas, las cocinas y las
estufas eléctricas, las lámparas de incandescencia, los calentadores, etc. Los fusibles que se
intercalan en los circuitos para evitar el paso de intensidades excesivas que pueden perjudicar los
aparatos intercalados y la misma instalación, se basan en la fusión de un hilo por el calor
desarrollado cuando la intensidad de la corriente alcanza un determinado valor. Al fundirse y
quedar el circuito abierto, se interrumpe el paso de corriente.
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La cantidad de cargas que circulan por el conductor en la unidad de tiempo se denomina
intensidad de corriente, y es igual al cociente entre la carga que pasa por el conductor y el tiempo
que ha tardado en atravesarlo.
Intensidad =
Cantidad de carga
tiempo
I =
Q
t
Si la carga de 1 culombio pasa por un conductor en 1segundo, decimos que la intensidad de
corriente es de 1amperio. Esta es la unidad de intensidad en el sistema MKS. Por tanto,
1 amperio =
1 culombio
1 segundo
1A =
1C
1s
POTENCIA ELECTRICA
La cantidad de carga que atraviesa un conductor en un intervalo dado es igual a la intensidad por
el tiempo empleado en dicha circulación:
Q = I.t
El trabajo realizado por la corriente será:
W = Q.V = V.I.t
V.A.s = J
Trabajo = Diferencia de potencial x intensidad x tiempo
julios(J)
voltios(V)
amperios(A)
segundos(s)
Si el tiempo considerado es un segundo tendremos la potencia.
P = W/t
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Potencia = Diferencia de potencial x intensidad
vatios (W)
voltios (V)
amperios (A)
LEYES DE KIRCHHOFF
Son una aplicación de la ley de Ohm y sirven para determinar la magnitud y sentido de las
corrientes que circulan por una red.
Se llama red a un conjunto de circuitos cerrados.
Nodo es el punto donde se encuentran varios circuitos.
Malla es cualquier circuito que pueda ser recorrido volviendo al punto de partida sin pasar más de
una vez por el mismo punto.
•
La primera ley de Kirchhoff dice que "la suma de diferencias de potencial en una malla, es
igual a 0".
•
La segunda ley de Kirchhoff dice que "en un nodo, la suma de las intensidades que llegan
es igual a la suma de las intensidades que de él parten"; por tanto, en el nodo no se
acumula carga alguna.
Resistencias en Serie.
Son aquellas que comparten la misma corriente, pero cada una tendrá su caída de tensión.
La Resistencia equivalente será la suma de todas las resistencias. Tener en cuenta que la
resistencia total siempre es mayo que la mayor.
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Re= R1+R2+…..+Rn
Resistencias en Paralelo
Las resistencias en paralelo son aquellas que comparten la misma diferencia de potencial, pero
por cada de una de ellas circulara corriente distinta.
La resistencia equivalente se calcula de la siguiente manera:
Tener en cuenta que la resistencia equivalente siempre es menor que la menor.
Método de Mallas
El método de mallas es una técnica usada para determinar las corrientes de cualquier elemento
de un circuito. Esta técnica está basada en la ley de tensiones de Kirchhoff. La ventaja de usar
esta técnica es que crea un sistema de ecuaciones para resolver el circuito, minimizando en
algunos casos el proceso para hallar las corrientes de un circuito.
Para usar esta técnica se procede de la siguiente manera: se asigna a cada una de las mallas del
circuito una corriente imaginaria que circula en el sentido que nosotros elijamos; se prefiere
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asignarle a todas las corrientes de malla el mismo sentido. De cada malla del circuito, se plantea
una ecuación que estará en función de la corriente que circula por cada elemento. En un circuito
de varias mallas resolveríamos un sistema lineal de ecuaciones para obtener las diferentes
corrientes de malla.
La ecuaciones surgen de recorrer la malla sumando las caídas de tensiones en cada resistencia e
igualando las mismas a la suma de las fuentes de tensión. Hay que tener en cuenta que si por una
resistencia circulan dos corrientes hay que restarlas o sumarlas dependiendo del sentido de las
mismas. Vale decir si una vez resuelto el sistema de ecuaciones una corriente resulta negativa,
significa que dicha corriente circula para el lado contrario del que fue planteado, pero sigue siendo
correcto el resultado.
Ejemplo:
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