Variables Electricas en un Circuito Resistivo Tutor: Daniel Esteban Serrano Estudiante: Código: Grupo: 14 Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Escuela de Ciencias Basicas Tecnologia e Ingeniería ECBTI Ingeniería de Telecomunicaciones Curso: Analisis de Circuitos 243003A_474 Bogotá 22 de Septiembre de 2018 Objetivos El presente trabajo ha sido desarrollado con el fin de dar a conocer al lector definiciones de conceptos basicos de electronica, ley de OHM, asi como circuitos serie, circuitos paralelos, y circuitos mixtos, de forma teorica y practica a traves de herramientas simuladoras como Multisim Online, que permitan dar a entender y conocer como hallar los valores de corriente, voltaje y potencia de un circuito. CORRIENTE Es un magnitud física que combinada con una unidad de tiempo, por lo general el segundo, muestra la cantidad de electricidad que pasa por un conductor. Su unidad de medida es el AMPERIO (A) VOLTAJE Es la magnitud física que es capaz de cuantificar la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos; Es la fuerza que impulsa a los electrones a través de un conductor en un circuito cerrado, esto para que los electrones sean capaces de llegar a un punto determinado. Su unidad de medida es VOLTIOS V = I . R POTENCIA Se define como la rapidez con la que se realiza un trabajo; Es la velocidad con la que se consume energía, la unidad de medida de POTENCIA “P” es el WATT “W” ENERGIA Es la capacidad que tiene un objeto de producir transformaciones a su alrededor, la energía puede transformarse, pero no se crea ni se destruye, puede ser cuantificada por su transformación o su conversión a diferentes formas; por lo que si hablamos de trabajo se mide en fuerza y aceleración, si hablamos de calor se mide en cambio de temperatura. La unidad de medida de la ENERGIA es el JULIO, un JULIO equivale a la energía transferida a un objeto para moverlo a una distancia de un metro con una fuerza de 1 NEWTON. RESISTENCIA Es un dispositivo electrónico que tiene la particularidad de oponerse al flujo de la corriente, La unidad de medida de la RESISTENCIA es el OHMIO (Ω). COLOR NEGRO CAFÉ ROJO NARANJA AMARILLO VERDE AZUL VIOLETA GRIS BLANCO DORADO PLATA PRIMERA BANDA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 SEGUNDA TERCERA TOLERANCIA BANDA MULTIPLICADOR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X1 X10 X100 X1000 X10000 X100000 X1000000 x10000000 X100000000 X1000000000 2% 5% 10% LEY DE OHM Relaciona las magnitudes de VOLTAJE, RESISTENCIA E INTENSIDAD de la siguiente manera: La intensidad de corriente que atraviesa un circuito es directamente proporcional al voltaje o tensión del mismo e inversamente proporcional a la resistencia que presenta, en forma de fracción se representa de la siguiente forma: I= __V__ R Donde I es la INTENSIDAD que se mide en AMPERIOS (A), V el VOLTAJE que se mide en voltios, y R la RESISTENCIA que se mide en OHMIOS (Ω). Para calcular el VOLTAJE vamos a deshacer la fracción, pasando R que está dividiendo al otro lado de la igualdad multiplicando: V= I.R Si queremos calcular R, pasamos la I que está multiplicando al otro lado de la igualdad dividiendo aislando así R: R= __V__ I FUENTES AC Y DC CORRIENTE ALTERNA (ALTERNATING CURRENT) Denominamos corriente alterna a la corriente eléctrica cuya magnitud varia cíclicamente, pasando de valores positivos a negativos. La forma de onda más conocida y también la más usada es la de tipo SENOIDAL. Existen varias formas de onda de corriente alterna (CA), como la triangular o la cuadrada entre otras: SEÑAL PERIODICA ALTERNA TRIANGULAR SEÑAL PERIODICA ALTERNA CUADRADA SEÑAL SENOIDAL: Por lo general, la corriente alterna es utilizada en forma de señal senoidal debido a que este tipo de señal es muy fácil de transportar y variar su valor según el uso que se le va a dar. Para entender mejor porque se elige una señal senoidal y no otra, debemos analizar algunas de sus características. PERIODO: Tiempo en el que una señal demora en completar un ciclo (T). Este periodo se puede medir entre cualquier otro par de puntos que también nos permitan ver un ciclo de la señal. FRECUENCIA: Numero de ciclos de la señal por unidad de tiempo. Se calcula como la inversa del periodo y se mide en HERTZ. El HERTZ es la unidad de frecuencia del sistema internacional que se define como la cantidad de ciclos de una señal durante un segundo. FRECUENCIA ANGULAR: Se define como Ѿ = 2∏f y se mide en radianes\segundo. La ventaja de utilizar este tipo de frecuencia reside en que, cuando usamos la frecuencia expresada en Hertz, aparece la constante ∏, que trae aparejado un error, mientras que con Ѿ esto no suceda. AMPLITUD DE LA SEÑAL: Valor comprendido desde cero hasta el valor máximo de la onda. También lo podemos llamar VALOR PICO. LONGITUD DE ONDA: Distancia que recorre la onda hasta completar un ciclo, o distancia que recorre en el tiempo T (PERIODO). La longitud de onda ƛ es inversamente proporcional a la frecuencia f y se calcula a partir de esta. FASE: Medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas senoidales. Aunque la fase es una diferencia verdadera del tiempo, siempre se mide en términos de ángulo, en grados o radianes. CORRIENTE CONTINUA (DIRECT CURRENT) Se define como el resultado del flujo constante y permanente de electrones (de carga negativa) por un elemento conductor. Estos electrones circulan en un único sentido por un circuito cerrado donde fluyen (por convenio) del terminal (polo negativo) al terminal positivo, atraídos por un campo eléctrico generador de una fuerza electromotriz (FEM) que los impulsa. Las corrientes continuas son aquellas que, independientemente del tiempo, tienen el mismo valor y la misma polaridad, por lo tanto no cambian ni su magnitud ni su dirección. Para designar la tensión aplicada al circuito de continua la representamos con la letra U mayúscula. Se establece que la corriente eléctrica sale de la terminal de carga negativa y fluye al de carga positiva, debido a que los electrones tienen carga negativa y son atraídos de un polo a otro. La carga de un electrón es muy pequeña, y la unidad de carga que se utiliza es el coulomb o culombio (1 culombio Q = 6.28 X 1018 electrones). Para entender los circuitos, siempre debemos notar que la corriente I se toma como positiva si circula del terminal positivo al negativo, en dirección opuesta al flujo de los electrones. Se considera de este modo ya que, cuando un electrón se desplaza por un conductor, va dejando un espacio vacío que luego será ocupado por otro electrón. Por eso entendemos que los electrones se desplazan en un sentido y generan huecos en el sentido opuesto. Estos huecos son llamados portadores (porque tienen la capacidad de contener electrones) y se los asocia con carga positiva. El sentido en el que se generan estos portadores es el sentido en el que circula la corriente I. La corriente que describimos es la cantidad de carga que atraviesa la lámpara por segundo, por lo que leeremos que la corriente = culombio / tiempo I = __Q__ T Cuya unidad es el A amperio. CIRCUITO SERIE En un circuito en serie solo hay un camino para la corriente, esto significa que la misma corriente debe pasar por cada una de las resistencias del circuito. 1. La intensidad es la misma en todos los componentes o partes del circuito, esto es: It= I1 = I2 = I3, etc. 2. La resistencia total del circuito es igual a la suma de las resistencias individuales, esto es: Rt= R1 + R2 + R3, etc. 3. La suma de las caídas de tensión producidas en un circuito en serie es igual a la tensión aplicada, esto es: Vt= V1 + V2 + V3, etc. Haciendo uso de la ley de OHM y de los datos consignados en el circuito equivalente (V=6 Y R=12), calculara inmediatamente el valor de la intensidad. CIRCUITO PARALELO Un circuito en paralelo se reconoce porque en el existen intersecciones o nudos. Cuando se conectan resistencias en paralelo a una fuente de tensión, la tensión entre los extremos de cada una de las resistencias en siempre la misma. La intensidad de corriente que pasa por cada una de las resistencias es, sin embargo, proporcional al valor de cada una de las resistencias. El hecho de que las tensiones aplicadas a cada una de las resistencias en un circuito paralelo sean siempre las mismas, tiene una importante consecuencia práctica. Todas las resistencias que se conecten en paralelo tienen la misma TENSION NOMINAL. INDUCTORES Un inductor es un arrollamiento de un material conductor sobre un núcleo de aire, o preferentemente, de un material ferromagnético. Al igual que un capacitor, un inductor también almacena energía, pero mientras que el capacitor lo hace en un campo eléctrico, el inductor lo hace en un campo magnético. Cuando circula una corriente eléctrica por un inductor, éste genera un campo magnético y un flujo magnético, tal como ocurre cuando circula una corriente por un conductor, pero de mayor valor. Si se hace circular una corriente alterna a través del inductor, el campo magnético varía según la frecuencia y por lo tanto el flujo es variable en todo momento. Si en cambio se hace circular una corriente continua, el flujo es únicamente variable cuando se crea el campo (al conectar la alimentación) y cuando el campo se autoinduce (al desconectar la alimentación). Una característica de los inductores es que se oponen a los cambios en la corriente que circula a través de los mismos, generando una tensión (FEM) de sentido contrario a su polaridad y que intenta contrarrestar ese cambio. Si se conecta un inductor a una corriente continua, este presentará inicialmente una resistencia hasta que el campo magnético se cree y luego no presentará prácticamente oposición al paso de corriente. Si se disminuye la tensión (y por lo tanto la corriente) el inductor presentará una tensión autoinducida para intentar mantener la corriente. CAPACITORES Es un dispositivo eléctrico que permite almacenar energía en forma de campo eléctrico. Es decir, es un dispositivo que almacena cargas en reposo o estáticas. A diferencia de una batería común, el capacitor solo almacena energía y puede actuar de filtro en un circuito electrónico, en cambio, la batería no solo almacena la energía, sino que también la genera. Hallar los siguientes valores de manera teórica y ubicarlos en una tabla de manera organizada: Resistencia total o equivalente. Corriente total. Corriente en cada uno de los componentes del circuito. Voltaje en cada uno de los componentes del circuito. Potencia total del circuito. Potencia en cada uno de los componentes del circuito. RESISTENCIA EN SERIE Rt = R1 + R2 + R3 + R4…Rn RESISTENCIA EN PARALELO 1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 + ….1/Rn Ó RT = R1 x R2/R1 + R2 CORRIENTE TOTAL I = V/R CORRIENTE EN LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO IR = VR/R VOLTAJE EN LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO VR = IR * R POTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO PT = VT *IT POTENCIA EN CADA UNO DE LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO P=V*I CIRCUITO 4 Verificamos los elementos unidos entre si R5 y R6, de allí debemos hallar la equivalencia total así: Ra = R5 + R6 Ra = 330 + 1000 Ra = 1330 Luego suprimimos R5 y R6 por RA (1330 Ω) R Luego podemos ver que R4 y RA son paralelos, por lo tanto hallamos la equivalencia entre estos dos así: Rb = _______1______ __1__ + __1__ Ra R4 Rb = _______1______ __1__ + __1__ 1330 150 Rb = 134,91Ω Entonces podemos reemplazar R4 por Rb RR Luego procedemos a hallar la equivalencia entre R3 Y Rb así: Rc = R3 + Rb Rc = 100 + 134.91 Rc = 234.91Ω R Ahora debemos hallar la equivalencia entre R2 y RC por ser paralelos así Rd = _______1______ __1__ + __1__ R2 Rc Rd = _______1______ __1__ + __1__ 220 234,91 Rd = 113.62Ω Por ultimo debemos hallar la equivalencia total entre RD y R1 asi RT = R1 + Rd RT = 220 + 113,62 RT = 333,62Ω Entonces aplicando la ley de ohm debemos hallar la corriente total del circuito así: V=IXR → I = V/R → IT = 9/333,62 → IT = 0.02697 → 26,97mA La potencia total se halla así: PT = VT * IT → 9V * 333,57 = 0,026ª / 26,98 mA Ahora nos devolvemos en el circuito para hallar la potencia y la corriente: Entonces vemos que la corriente es igual en cada una de las resistencias. La corriente en Rd y R1 es la misma por estar conectados en serie: VR1 = R1 * IT → VR1 = 220 * 0,0026 → VR1 = 2,95v VRd = Rd * IT → VRd = 113,57 * 0,026 → VRd = 2,95v Ahora Rd es resultado de R2 y Rc debemos hallar la corriente I: IR2 = VR2 / R2 → IR2 = 2,95 / 220 → IR2 = 0,013 A / 13,40Ma IRc = VR2 / Rc → IRc = 2,95 / 234,79 → IRc = 0,012 A / 13,40 Ma Rc es el resultado de R3 y Rb debemos hallar el voltaje: VR3 = IRc * R3 → VR3 = 0,012 * 100 → VR3 = 1,2 v VRb = IRc * Rb → VRb = 0,012 * 134,79 → VRb = 1,6v Rb es el resultado de R4 y Ra debemos hallar corriente: IR4 = VRb / R4 → IR4 = 1,61 / 150 → IR4 = 0,010 A / 10,73Ma IRa = VRb / Ra → Ira = 1,61 / 1330 → Ira = 0,001 A / 1,21Ma Ra es el resultado de R5 y R6 debemos hallar el voltaje VR5 = Ira * R5 → VR5 = 0,001 * 330 → VR5 = 0,33v VR6 = Ira *R6 → VR6 = 0,001 * 1000 → VR6 = 1v R1 R2 R3 R4 R5 R6 Ra Rb Rc Rd RT Ω 220 220 100 150 330 1000 1330 134,91 234,91 114.94 334.91 V 5,5 2,98 2,60 3,50 8,58 26,00 3,50 3,50 2,98 2,98 I 0,026 0,013 0,012 0,023 0,0026 0,0026 0,0026 0,012 0,012 0,026 0,026 P 0,143 0,03874 0,0312 0,0805 0,022308 0,0676 0,0091 0,042 0,03576 0,07748 RESISTENCIA VOLTAJE CORRIENTE POTENCIA VALOR TEORICO VALOR PRACTICO VALOR TEORICO VALOR PRACTICO VALOR TEORICO VALOR PRACTICO VALOR TEORICO VALOR PRACTICO 220 220 100 150 330 1000 1330 134,79 234,79 113,57 220 220 100 150 330 1000 1330 134,79 234,79 113,57 5,72 1,95 1,2 1,6 0,33 1 1,6 1,6 1,95 1,95 3,06 3,06 1,75 1,75 1,32 1,32 1,69 1,69 957,1 4,5 0,026 0,013 0,012 0,01 0,001 0,001 0,001 0,012 0,012 26,98 26,98 13,29 13,51 11,72 1,322 1,322 1,322 13,05 13,05 79,24 5,746 1,963 1,212 1,61 0,331 1,001 1,601 1,612 1,962 28,93 82,56 40,67 23,64 20,51 1,75 1,75 2,23 22,05 12490,16 356,58 SIMULACION EN MULTISIM https://www.multisim.com/content/iMnfkVuxLZKmq9Ts7ckFWd/circuito-4-anyelo-tovar/open/ Referencias De La Cruz Reyes, Luis Antonio, (Agosto 8 de 2015) Ingeniería Electronica.ORG. 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