1. Republica Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico ¨Santiago Mariño¨
Extensión Porlamar
Circuitos Eléctricos
Capítulos I, II y III
Profesor: Realizado por:
Ing. Julián Carneiro Tomas Marcano.
CI: 19.897.166
Porlamar, 06 de Junio de 2014
2. La Electricidad
Es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de
cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la
electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica.
La electricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de
aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.
- Conceptos Básicos.
•Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina
su interacción electromagnética..
•Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas
eléctricamente; se mide en amperios.
•Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga
eléctrica incluso cuando no se está moviendo.
•Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar
trabajo; se mide en voltios.
•Magnetismo: La corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos
magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.
3. La electricidad se usa para generar:
•Luz mediante lámparas.
•Calor, aprovechando el efecto Joule.
•Movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía
mecánica.
•Señales mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que
incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos
integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.
4. Historia de la electricidad.
El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero
su estudio científico sistemático no comenzó hasta los siglos XVII y XVIII. A finales
del siglo XIX los ingenieros lograron aprovecharla para uso doméstico e industrial. La
rápida expansión de la tecnología eléctrica la convirtió en la columna vertebral de la
sociedad industrial moderna. Mucho tiempo antes de que existiera algún
conocimiento sobre la electricidad, la humanidad era consciente de las descargas
eléctricas producidas por peces eléctricos. En textos del Antiguo Egipto que datan del
2750 a. C. se referían a estos peces como “los tronadores del Nilo”, descritos como los
“protectores” de los otros peces. Posteriormente, los peces eléctricos también fueron
descritos por los romanos, griegos, árabes naturalistas y físicos. Autores antiguos
como Plinio el Viejo o Escribonio Largo, describieron el efecto de adormecimiento de
las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos y rayas eléctricas; además,
sabían que estas descargas podían transmitirse por materias conductoras. Los
pacientes que sufrían de enfermedades como la gota y el dolor de cabeza se trataban
con peces eléctricos con la esperanza de que la fuerte sacudida pudiera curarlos.
Posiblemente el primer acercamiento al descubrimiento del rayo y su relación con la
electricidad, se atribuye a los árabes, que antes del siglo XV tenían la palabra árabe
para rayo (raad) aplicado al rayo eléctrico.
5. Los desarrollos tecnológicos que produjeron la Primera Revolución
Industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica
generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las
telecomunicaciones. La generación de electricidad industrialmente comenzó
cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las
casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta forma de la energía produjo
hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la Segunda
Revolución Industrial. Este fue un tiempo de grandes inventores, como Gramme,
Westinghouse, Von Siemens o Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron
Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la
relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación
tecnológica en una actividad industrial.
6. Energía eléctrica.
Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la
existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer
una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un
conductor eléctrico. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas
de energía, tales como la energía lumínica o luz, la energía mecánica y la energía
térmica
7. Circuitos eléctricos.
Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes,
tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y
semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que
contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores)
y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden
analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente
directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es
denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y
requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.
8. Partes de un Circuito eléctrico.
•Componente: Un dispositivo con dos o más terminales en el que puede fluir
interiormente una carga.
•Nodo: Punto de un circuito donde concurren más de dos conductores.
•Rama: Conjunto de todas las ramas comprendidos entre dos nodos consecutivos.
•Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito eléctrico.
•Fuente: Componente que se encarga de transformar algún tipo de energía en energía
eléctrica.
•Conductor: Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia despreciable
(idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.
10. Regla divisora de tensión
Un divisor de tensión es una configuración de circuito eléctrico que reparte la
tensión de una fuente entre una o más impedancias conectadas en serie.
Supóngase que se tiene una fuente de tensión conectada en serie con n
impedancias.
Para conocer el voltaje en la impedancia genérica, se utiliza la ley de Ohm:
Sustituyendo la segunda ecuación en la primera se obtiene que el voltaje en la
impedancia genérica será:
Obsérvese que cuando se calcula la caída de voltaje en cada impedancia y se
recorre la malla cerrada, el resultado final es cero, respetándose por tanto la segunda
ley de Kirchhoff.
11. Regla divisora de corriente.
Un divisor de corriente es una configuración presente en circuitos
eléctricos que puede fragmentar la corriente eléctrica de una fuente entre
diferentes impedancias conectadas en paralelo. El divisor de corriente es usado
para satisfacer la Ley de tensiones de Kirchhoff.
Supóngase que se tiene una fuente de corriente IC, conectada en
paralelo con n impedancias. La polaridad negativa de la fuente IC - debe estar
conectada al nodo de referencia. Las impedancias deben cerrar el circuito.
El circuito dual del divisor de corriente es el divisor de tensión
Esquemático de un circuito eléctrico ilustrando divisor de corriente. RT. se refiere a la
resistencia total del circuito a la derecha del resistor RX.
12. Circuito en serie.
Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o
terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores,
interruptores, entre otros) se conectan secuencialmente. La terminal de salida de un
dispositivo se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.
Siguiendo un símil hidráulico, dos depósitos de agua se conectarán en serie si la
salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batería eléctrica suele
estar formada por varias pilas eléctricas conectadas en serie, para alcanzar así el
voltaje que se precise.
13. Circuito en paralelo.
El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de
entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.)
conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.
Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán
una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida
común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa
forman un circuito en paralelo, gastando así menos energía.
14. Batería (pila - acumuladores).
La pila y batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la
electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas. La pila (por ejemplo,
la estándar de 1,5 voltios o la recargable de 1,2) es una celda galvánica simple,
mientras una batería consta de varias celdas conectadas en serie o paralelo.
El término acumulador se aplica indistintamente a uno u otro tipo, así
como a los condensadores eléctricos o a otros métodos de acumulación, siendo de
este modo un término neutro capaz de englobar y describir a todos ellos.
Las baterías se clasifican en dos grandes categorías:
•Las celdas primarias: Transforman la energía química en energía eléctrica, de
manera irreversible (dentro de los límites de la práctica). Cuando se agota la
cantidad inicial de reactivos presentes en la pila, la energía no puede ser fácilmente
restaurada o devuelta a la celda electroquímica por medios eléctricos.
•Las celdas secundarias: Pueden ser recargadas, es decir, que pueden revertir sus
reacciones químicas mediante el suministro de energía eléctrica a la celda, hasta el
restablecimiento de su composición original.
15. Fuentes dependientes.
Son fuentes dependientes aquellas cuya tensión o corriente es
proporcional a la tensión o corriente por alguna rama del circuito.
A la constante de proporcionalidad se la llama genéricamente
"ganancia".
16. Tipos de Fuentes dependientes.
•Fuente de tensión controlada por tensión.
µ ≡ ganancia de tensión en cto. ab. (adimensional)
•Fuente de corriente controlada por corriente.
β ≡ ganancia de corriente en cto. (adimensional)
17. •Fuente de tensión controlada por corriente.
ρ ≡ resistencia de transferencia o transresistencia (Ω)
Donde:
•Fuente de corriente controlada por tensión.
≡ transconductancia (Ω-1)
Donde:
18. Fuentes independientes.
Son los elementos que introducen energía en los circuitos. Tal aportación es
el resultado de la transformación de otras formas energéticas. Por simplicidad, se
empieza por el estudio de fuentes de energía continuas, entendiendo por tales las
que crean tensiones o corrientes constantes. Los dos modelos básicos empleados en
el estudio de los circuitos eléctricos son: generadores de tensión y generadores de
corriente. Cada uno de éstos se puede dividir en fuentes independientes o
dependientes y también en generadores reales o ideales.
19. Fuente de tensión.
Es aquel elemento del circuito que proporciona energía eléctrica con una
determinada tensión v(t) que es independiente de la corriente que circula por él.
20. Fuente de corriente.
Es aquel elemento activo que proporciona energía con una determinada
corriente(t) que es independiente de la tensión en bornes.
