Análisis de circuitos eléctricos Tema 1. Introducción a los circuitos

Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Análisis de circuitos eléctricos
Tema 1. Introducción a los circuitos
eléctricos y sus unidades
Objetivo de la actividad
Al finalizar la actividad serás capaz de:
• Mencionar la importancia de los circuitos en las
diversas áreas de especialización de la ingeniería
eléctrica.
• Mencionar los sistemas de unidades y las unidades
utilizadas en ingeniería eléctrica.
• Definir ampliamente los conceptos
corriente, voltaje, potencia y energía.
de
carga,
D.R. © Universidad TecMilenio
1
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Temas
• Introducción
• Sistema de unidades
• Carga
• Corriente
• Tensión o Voltaje
• Potencia
• Energía
ega
Introducción a los Circuitos Eléctricos
En la ingeniería eléctrica, por lo general existe el interés de
comunicar o de transferir energía de un punto a otro. Por lo
tanto, requerimos interconectar los dispositivos que forman
un circuito eléctrico.
“Electricity for the Future." Online .
Encyclopædia Britannica Online.
13 Apr. 2008 http://0search.eb.com.millenium.itesm.mx
:80/eb/art-94737
D.R. © Universidad TecMilenio
2
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Sistema de Unidades
Sirve para establecer un lenguaje común; vamos a
utilizar el Sistema Internacional de Unidades (SI), que
tiene 6 unidades básicas:
–
–
–
–
–
–
Metro (m)
Kilogramo (kg)
Ampere (A)
Kelvin (K)
Segundo (s)
Candela (cd)
Metric System: Use in World Trade." Online .
Encyclopædia Britannica Online. 15 Apr. 2008
http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx:80/eb/art82784
Sistema Internacional de Unidades
"weights and measures." Online Art. Encyclopædia Britannica Online.
15 Apr. 2008 <http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx:80/eb/art-54141>.
D.R. © Universidad TecMilenio
3
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Sistema de unidades
Magnitud
Símbolo
Unidad SI
Descomposición
Unidad CGS
Longitud
l
metro (m)
m
centímetro (cm)
Masa
m
kilogramo (kg)
kg
gramo (g)
Tiempo
p
t
segundo
g
((s))
s
segundo (s)
Corriente Eléctrica
I
ampere (A)
A
ampere (A)
Energía
W
joule (J)
kg m2 s-2
erg
Densidad de Energía
w
joule/metro3 (J/m3)
kg m-1 s-2
erg/cm3
Fuerza
F
newton (N)
kg m s-2
dina (dyn)
Potencia
P
watt (W)
kg m2 s-3
watt (W)
Densidad Corriente
J
ampere/metro3 (A/m3)
A m-2
A/cm2
Permeabilidad
μ
henry/metro (H/m)
A t i d
Autoinducción
ió
L
h
henry
(H)
Flujo Magnético
Ф
weber (Wb)
Densidad de Flujo
B
Intensidad de Campo
H
Imanación
Potencial Magnético
m kg
s-2
A-2
G/Oe
k m2 A-22 s-22
kg
h
henry
(H)
kg m2 A-1 s-2
maxwell
kg A-1 s-2
gauss (G)
ampere/metro (A/m)
A m-1
oersted (Oe)
M
ampere/metro (A/m)
A m-1
gauss (G)
A
weber/metro (Wb/m)
kg m A-1 s-2
maxwell/cm
tesla (T)
weber/metro2
(Wb/m2)
Prefijos del SI
Multiplicador
Prefijo
Símbolo
1012
tera
T
109
giga
G
106
mega
M
103
kilo
K
10-3
mili
m
10-6
micro
µ
10-9
nano
n
10-12
pico
p
D.R. © Universidad TecMilenio
4
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Carga
• Base para describir todos los fenómenos eléctricos.
• La carga eléctrica existe en cantidades discretas,
discretas que
son múltiplos enteros de la carga del electrón.
• Los efectos eléctricos pueden atribuirse a la separación
de cargas y al movimiento de éstas.
electrón
Carga de un electrón 1.60218 x 10 –19 C
1 C = carga de 6.24 x 10 18 electrones
Átomo
Corriente
En los circuitos eléctricos, la corriente se debe al flujo de
electrones libres. Cuando se aplica voltaje o presión
eléctrica, y existe un camino para la corriente, los
electrones se desplazan a lo largo del camino desde la
terminal negativa hacia la terminal positiva. La terminal
negativa repele los electrones y la terminal positiva los
atrae.
- +
Alambre Cond
Conductor
ctor
Electrones
D.R. © Universidad TecMilenio
5
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Corriente
•
•
Es una medida de la rapidez con que las cargas pasan
por un punto de referencia en una dirección específica.
Otra definición: es la cantidad de carga ( razón de
cambio) que pasa por un punto en un tiempo dado.
Corriente
i (t ) 
I (constante) i ( varía con el tiempo)
dq
dt
UNIDAD : Ampere [ A = C/s ]
t
q (t )   i (t )dt
dq  i  dt
t0
Tipos de Corriente
i
1)
•
Corriente Directa (cd ó dc)
•
Corriente Alterna Senoidal
((ca ó ac))
t
2)
i
i
t
3)
•
t
Corriente Exponencial
(capacitores ó inductores)
D.R. © Universidad TecMilenio
6
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Corriente
3A
-3A
(son iguales)
Las flechas son muy importantes para indicar la dirección
de la corriente.
i (t)
i (t)
MAL
BIEN
Voltaje
Cuando separamos cargas
positivas
y
negativas
tenemos
que
gastar
energía en el proceso. El
voltaje es la energía por
unidad de carga creada
por la separación.
Es el trabajo realizado
para mover una carga de 1
coulomb de carga de un
punto
t a otro.
t
Unidad: Volt [V = J/C]
V 
W
Q
v
dw
dq
W=1J
1c
l
l
x
y
Vxy=1V
D.R. © Universidad TecMilenio
7
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Voltaje
Fuerza electromotriz
El voltaje se denomina a veces "fuerza electromotriz"
(EMF). La EMF es una fuerza eléctrica o presión que se
produce cuando los electrones y protones se separan.
La fuerza que se crea, va empujando hacia la carga
opuesta y en dirección contraria a la de la carga de igual
polaridad Este proceso se produce en una batería,
polaridad.
batería
donde la acción química hace que los electrones se
liberen de la terminal negativa de la batería.
Potencia
Es la rapidez con que se gasta energía.
Unidades: Watts
[W = Joules/segundo]
P
W V Q

t
t
p
dw
d
dt
P V I
1 Watt
tasa a la que se gasta energía para transferir
un coulomb por segundo a través del elemento del
circuito.
D.R. © Universidad TecMilenio
8
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Potencia
• Si la potencia de un elemento es positiva, quiere decir
que el elemento consume energía.
q
g
• Si la potencia de un elemento es negativa, quiere decir
que el elemento genera energía.
Para obtener la potencia de un elemento, la fórmula es:
– P=VI, si la corriente entra por la terminal +
– P=-VI, si la corriente entra por la terminal -
Cierre
• El sistema de unidades sirve para
establecer un lenguaje común
común.
• Para comprender los conceptos de voltaje y corriente, se
requiere comprender la estructura atómica por ser esta
última la base de todo fenómeno eléctrico.
• El movimiento de los electrones genera un flujo llamado
corriente eléctrica. La unidad de medición es el Ampere.
D.R. © Universidad TecMilenio
9
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
• En una diferencia de potencial de 1 volt entre dos
puntos, se requiere un joule de energía para mover un
coulomb de carga de un punto a otro.
• La potencia en watts puede ser medida en cualquier
instante de tiempo, mientras que la energía en joules
debe ser medida durante un cierto periodo como por
ejemplo un segundo,
segundo una hora o un año.
año
Bibliografía
• Boylestad, R. Introducción al análisis de circuitos.
Décima Edición. México: Pearson Educación, 2004.
ISBN: 9702604486.
• Alexander, Charles K. Fundamentos de circuitos
eléctricos. Tercera Edición. México: McGraw-Hill, 2002.
ISBN: 9701034570.
D.R. © Universidad TecMilenio
10
Universidad Tec Milenio: Profesional
Análisis de circuitos eléctricos
Créditos
Diseño de contenido:
Ing. Yesika Arteaga León, MTL
Coordinador
C
di d académico
dé i d
dell á
área:
Ing. Norma Yolanda Loera Hdz. M.A
Edición de contenido:
Lic. Yolanda Domínguez Medina, MTE
Edición
Edi
ió de
d ttexto:
t
Lic. Jimena Morales Andrade
Diseño Gráfico:
Ing. Felipe Leyva Silva, MGTI
D.R. © Universidad TecMilenio
11