CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Hola amigos bienvenidos de nuevo a este su blog, ahora hablaremos de circuitos eléctricos, en los cuales responderemos algunas preguntas básicas de los "circuitos eléctricos".


1. La unidad de resistencia es:
     El Ohm


2. La expresión matemática de la potencia eléctrica es:
      P=VI


3. La corriente eléctrica en un circuito de tres resistencias conectadas en serie es:
      Igual en todas


4. El voltaje en un circuito de tres resistencias conectadas en serie es:
      Diferente en todas


5. La unidad de medida para la intensidad de corriente es:
      Amperes


6. Al flujo de electrones que circulan a través de un material conductor se denomina:
      Electricidad


7. La corriente producida en un conductor dado es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre sus extremos, corresponde a la ley de:
      Ley de Ohm


8. La expresión matemática que expresa la Ley de Ohm es:
      V=IR

CONCEPTOS

·         Electricidad.  Fenómeno físico originado por cargas eléctricas.

·         Voltaje. A la diferencia entre los potenciales de dos puntos de un circuito, se le puede llamar también voltaje o tensión.

El voltaje externo (V) representa la suma de las energías perdidas por unidad de carga al pasar por cada resistencia. Por consiguiente, V = V1 + V2 + v3

·         Corriente: La corriente eléctrica / es la rapidez del flujo de carga Q que pasa por un punto dado P en un conductor eléctrico.

Se usan dos tipos de corriente: la corriente directa (cd), que es el flujo continuo de carga en una sola dirección, y la corriente alterna (ca), que es el flujo de una carga que cambia continuamente tanto en magnitud como en dirección.

·         Potencial eléctrico: El potencial eléctrico en la vecindad de cierto número de cargas es igual a la suma algebraica de los potenciales eléctricos que corresponden a cada carga

·         Diferencia de potencial: La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo por unidad de carga positiva que realizan fuerzas eléctricas para mover una pequeña carga de prueba desde el punto de mayor potencial al punto de menor potencial.

·         Potencia eléctrica: La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).

·         Fuerza electromotriz: Una fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que convierte la energía química, mecánica u otras formas de ella en la energía eléctrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga eléctrica.

·         Fuente eléctrica/fuente de fuerza electromotriz: Una fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que convierte la energía química, mecánica u otras formas de ella en la energía eléctrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga eléctrica.

·         Resistencia: Resistencia, propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica.

·        Resistor Elemento que interviene únicamente por su resistencia en un circuito eléctrico.

Los resistores pueden conectarse en serie o en paralelo. Enseguida se resumen los datos relevantes acerca de la corriente, el voltaje y las resistencias equivalentes.

Para resumir lo que se ha aprendido acerca de los resistores conectados en serie tenemos que:

1. La corriente es igual en cualquier parte de un circuito en serie.

 2. La fem a través de cierto número de resistencias en serie es igual a la suma de los voltajes correspondientes a cada una de ellas.

 3. La resistencia efectiva de cierto número de resistores en serie es equivalente a la suma de las resistencias individuales.

En suma, para resistores en paralelo:

1. La corriente total en un circuito en paralelo es igual a la suma de las corrientes en los ramales individuales.

2. Las caídas de voltaje a través de todos los ramales del circuito en paralelo deben ser de igual magnitud.

3. El recíproco de la resistencia equivalente es igual a la suma de los recíprocos de las resistencias individuales conectadas en paralelo.

     Con los conceptos ya vistos, ahora les presentaremos                                                   un mapa conceptual

                              TABLA DE CIRCUITOS DE RESISTENCIAS 

Concepto	Definición	Ecuaciones relacionadas	Unidades
Circuito en Serie	Es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación en circuitos paralelos.	I=cte R=R1+R2 V=V1+V2	Siendo V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios.
Circuito en Paralelo	Es aquel en el que dos o más componentes se conectan a dos puntos comunes del circuito.	V=cte 1/R=1/r1+1/r2	Siendo I la intensidad de corriente en amperios, y R la resistencia en ohmios.
Ley de Ohm	La cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito.	I=V/R	Siendo I la intensidad de corriente en amperios.

hola de nuevo amigos

En este capitulo veremos todo lo relacionado con circuitos eléctricos algunos conceptos y ejemplos, esperamos que esto les sea de mucha ayuda.

Primer resumen.

El momento magnético de las espiras por las que circula una comente constituye la base de tantas aplicaciones que es esencial tener conocimientos básicos firmes al respecto. El funcionamiento de los generadores, motores, amperímetros, voltímetros y muchos instrumentos industriales se ve afectado directamente por las fuerzas y los momentos de torsión magnéticos. A continuación se resumen los principales conceptos que conviene recordar.

• El momento de torsión magnético sobre una bobina de alambre que conduce corriente y tiene N vueltas de alambre está dado por:

La misma ecuación puede aplicarse en el caso de un solenoide, excepto en que el ángulo a se sustituye generalmente por 6, que es el ángulo que forma el eje del solenoide con el campo.

La resistencia multiplicadora Rm que se debe conectar en serie con un voltímetro para permitir la desviación de toda la escala para V se calcula mediante.

 I es la corriente del galvanómetro y Ro es su resistencia. La resistencia en derivación Rs que debe conectarse en paralelo con un amperímetro para tener una desviación de toda la escala para una corriente I es.

Un voltímetro

es un instrumento que se usa para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito. En esta sección indicaremos cómo puede usarse un galvanómetro analógico para el mismo propósito. La diferencia de potencial a través del galvanómetro es muy pequeña, incluso cuando se produce una desviación grande en el instrumento. Por tanto, si se usa un galvanómetro para medir voltajes, éste debe convertirse en un instrumento de alta resistencia. Suponga que se desea medir la caída de voltaje a través de la batería. Este voltaje debe medirse sin perturbar en forma apreciable la corriente que fluye por el circuito. Dicho de otro modo, el voltímetro debe tomar una corriente insignificante. Para lograrlo, se coloca una resistencia multiplicadora R en serie con el galvanómetro como una parte integral del voltímetro de cd.

Suponga que la bobina del galvanómetro tiene una resistencia R y que la escala se diseña para acabar la desviación de la escala completa debida a la corriente I Un galvanómetro así, actuando solo, puede calibrarse para registrar voltajes desde cero hasta un valor máximo expresado por:

1. Al resolver para Rm se obtiene

Por tanto, se observa que la resistencia multiplicadora R es igual a la resistencia total del aparato, VB/ I, menos la resistencia del galvanómetro, R .

Un amperímetro

Es un dispositivo que, a través de escalas calibradas, da indicaciones de la corriente eléctrica sin alterarla de forma ostensible. Un galvanómetro es un amperímetro, pero sus límites son limitados debido a la gran sensibilidad de la bobina móvil. Los límites del galvanómetro puede ampliarse fácilmente, pues basta añadir una resistencia pequeña, llamada derivación, en paralelo con la bobina del galvanómetro.

Suponga que los límites de la escala de un galvanómetro permiten medir una corriente máxima I en el circuito. Debe elegirse una resistencia en derivación R de modo que sólo la comente I , necesaria para la desviación de toda la escala, pase por la derivación. Puesto que Rg y R:; están en paralelo, la caída de IR a través de la resistencia debe ser idéntica:

La corriente a través de la derivación I es la diferencia entre la corriente 1 del circuito y la corriente Ig del galvanómetro. Entonces, la ecuación se vuelve.

Si se despeja para la resistencia en derivación R se obtiene la siguiente relación útil:

El motor de CD

Un motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica. El motor de cd, como la bobina móvil de un galvanómetro, consta de una bobina por la que fluye corriente colocada dentro de un campo magnético. Sin embargo, el movimiento de la bobina en el motor no está restringido por resortes. El diseño permite que la bobina gire continuamente bajo la influencia de un momento de torsión magnético.

Un motor sencillo de cd está formado por una sola espira, suspendida entre dos polos magnéticos, por la cual circula una corriente, como se indica en la figura 30.8. Normalmente, el momento de torsión ejercido sobre la espira por la que fluye corriente disminuye hasta llegar a cero cuando su plano llega a ser perpendicular al campo magnético. Para que sea posible la rotación continua de la espira, la corriente que circula por ella ha de invertirse automática­ mente cada vez que la espira gira 180°.

Hemos visto que un campo eléctrico puede producir un campo magnético. En este capítulo estudiaremos que el proceso inverso también es cierto: un campo magnético puede generar un campo eléctrico. Una corriente eléctrica se genera mediante un conductor que tiene un movimiento relativo respecto a un campo magnético. Una bobina giratoria en un campo magnético induce una fem alterna, la cual origina una corriente alterna (ca). A este proceso se le llama inducción electromagnética y es el principio de operación en el cual se basan muchos dispositivos eléctricos. Por ejemplo, los transformadores y generadores eléctricos de ca aprovechan la inducción electromagnética para producir y distribuir energía eléctrica en forma económica.

Ley de Faraday

Faraday descubrió que cuando un conductor corta las líneas de flujo magnético, se produce una fem entre los extremos de dicho conductor.

Por ejemplo, se induce una corriente eléctrica en el conductor de la figura 31.1a a medida que éste se mueve hacia abajo, atravesando las líneas de flujo. (Con la letra i minúscula indicaremos, las corrientes inducidas y las corrientes variables.) Cuanto más rápido sea ese movimiento, tanto más pronunciada será la desviación de la aguja del galvanómetro. Cuando el conductor se mueve hacia arriba a través de las líneas de flujo se puede hacer una observación similar, excepto que en ese caso la corriente se invierte (véase la figura 31.1b). Cuando no se cortan las líneas de flujo, por ejemplo si el conductor se mueve en dirección paralela al campo, no se induce corriente alguna.

Resumiendo lo que se ha observado mediante estos experimentos, se establece que:

1 . El movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético induce una fem en el conductor. 2. La dirección de la fem inducida depende de la dirección del movimiento del conductor respecto al campo. 3. La magnitud de la fem es directamente proporcional a la rapidez con la que el conductor corta las líneas de flujo magnético. 4. La magnitud de la fem es directamente proporcional al número de espiras del conductor que cruza las líneas de flujo.

Una relación cuantitativa para calcular la fem inducida en una bobina de N espiras es

Un flujo magnético que cambia con una rapidez de un weber por segundo inducirá una fem de 1 volt por cada espira del conductor.

Ley de Lenz

En todos los estudios acerca de los fenómenos físicos hay un principio que sirve de guía y que se destaca sobre todos los demás: el principio de la conservación de la energía. No puede existir una fem sin una causa. Siempre que una comente inducida produce calor o realiza un trabajo mecánico, la energía necesaria debe provenir del trabajo efectuado para inducir la corriente. Recuerde el ejemplo estudiado en la figura 31.3a. El polo norte del imán introducido en una bobina induce una comente que a su vez origina otro campo magnético. El segundo campo produce una fuerza que se opone a la fuerza original. Si se retira el imán se crea una fuerza que se opone a la retirada del imán. Lo anterior ilustra la ley de Lenz:

Ley de Lenz: Una corriente inducida fluirá en una dirección tal que por medio de su campo magnético se opondrá al movimiento del campo magnético que la produce.

Regla de Fleming: Si el pulgar, el dedo índice y el dedo medio de la mano derecha se colocan en ángulo recto entre sí, apuntando con el pulgar en la dirección en la que se mueve el conductor, y apuntando con el índice en la dirección del campo (N a S), el dedo medio apuntará en la dirección convencional de la comente inducida.

CORRIENTE ALTERNA.

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

El generador de CA

Un generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Hemos visto que se in­ duce una fem en un conductor cuando éste experimenta un cambio en el acoplamiento inductivo. Cuando el conductor forma un circuito cerrado, se puede detectar en él una comente inducida. En un generador, una bobina de alambre se hace girar dentro de un campo magnético, y la comente inducida se transmite mediante alambres a grandes distancias del lugar donde se originó.

La figura 31.6 muestra la construcción de un generador simple. Básicamente está formado por tres componentes: un imán inductor, una armadura y anillos colectores con escobillas. El inductor puede ser un imán permanente o un electroimán. La armadura del generador de la figura 31.6 consta de una sola espira de alambre suspendido entre los polos del imán inductor. Un par de anillos colectores se conectan a los dos extremos de la espira; por tanto, dichos anillos giran junto con la espira cuándo ésta gira en el campo magnético. La comente inducida se extrae del sistema mediante escobillas de grafito que se montan sobre cada uno de los anillos. La energía mecánica se suministra al generador al girar la armadura en el campo magnético. La energía eléctrica se genera en forma de una corriente inducida.

La dirección de la corriente inducida debe obedecer la regla de Fleming de movimiento- flujo-corriente.

Para comprender cómo funciona un generador de ca, es necesario seguir el movimiento de la espira durante una rotación completa, observando la corriente que se genera en el curso de dicha rotación. La figura 31.7 muestra cuatro posiciones de bobina al girar y la dirección de la corriente que se suministra a las escobillas en cada caso. Suponga que la espira se mueve en forma mecánica en un contrasentido a las manecillas del reloj. En la figura 31.7a la espira está en posición.

La fem generada en cada segmento de la espira giratoria debe obedecer la relación expresada en la ecuación.

donde v es la velocidad de un segmento de alambre de longitud L en movimiento en un campo magnético de densidad de flujo B. La dirección de la velocidad v respecto al campo B en cada instante se indica mediante el ángulo 9. Considere el segmento M de la espira giratoria cuando alcanza la posición que indica la figura 31.8. La fem instantánea en esta posición se calcula por la ecuación (31.6). Si la espira gira en un círculo de radio r, la velocidad instantánea v se puede determinar partiendo de: 

Donde N es el número de espiras del alambre. La ecuación (31.9) expresa un importante principio relacionado con el estudio de las corrientes alternas:

Si la armadura gira con una velocidad angular constante en un campo magnético constante, la magnitud de la fem inducida varía en forma sinusoidal respecto al tiempo.

El generador de cd

Un generador simple de ca se puede convertir fácilmente en un generador de cd sustituyendo los anillos colectores por un conmutador de anillo partido, como se observa en la figura 31.10. La operación es justamente la inversa de la que se analizó anteriormente para un motor de cd (capítulo 30). En el motor, la corriente eléctrica origina un momento de torsión externo. En el generador de cd, un momento de torsión externo origina una comente eléctrica. El conmutador invierte las conexiones de las escobillas dos veces por cada revolución. Como resultado, la corriente pulsa pero nunca cambia de dirección. La fem de un generador de este tipo varía con el tiempo, como muestra la figura 31.11. Observe que la fem está siempre en la dirección positiva, pero que se eleva hasta un valor máximo y luego decae a cero dos veces por cada rotación completa. Los generadores de cd de uso práctico se diseñan con numerosas bobinas colocadas en varios planos, de tal modo que la fem es mayor y casi constante.

ES transformador

Anteriormente se hizo notar que cuando una comente cambia en una espira de alambre se induce una comente en una espira cercana. La comente inducida se origina del campo magnético cambiante asociado con la corriente que varía. La comente alterna tiene una clara ventaja sobre la comente directa y es el efecto inductivo de la corriente que varía constantemente en magnitud y en dirección. La aplicación más frecuente de este principio está representada por el transformador, que es un dispositivo que aumenta o disminuye el voltaje en un circuito de ca.

Un transformador simple se puede observar en la figura 31.16. Tiene tres partes esencia­ les: (1) una bobina primaria conectada a una fuente de ca, (2) una bobina secundaria y (3) un núcleo de hierro dulce. Al aplicar una comente alterna a través de la bobina primaria, las líneas de flujo magnético se mueven de un lado a otro a través del núcleo de hierro, induciendo una comente alterna en la bobina secundaria.

Se puede construir un transformador reductor haciendo que el número de espiras primarias sea mayor que el número de espiras secundarias. Si se usa un transformador reductor se obtiene un voltaje de salida más bajo. El rendimiento de un transformador se define como la razón de la potencia de salida respecto a la potencia de entrada. Recuerde que la potencia eléctrica es igual al producto del voltaje por la corriente, así que podemos escribir el rendimiento E de un transformador como.

LEYES DE KIRCHHOFF

Una red eléctrica es un circuito complejo que consta de cierto número de trayectorias cerradas o mallas por donde circula corriente. Es complicado aplicar la ley de Ohm cuando se trata de redes complejas que incluyen varias mallas y varias fuentes de fem. En el siglo XIX, el científico alemán Gustav Kirchhoff desarrolló un procedimiento más directo para analizar circuitos de ese tipo. Su método se apoya en dos leyes: la primera y la segunda leyes de Kirchhoff.

Primera ley de Kirchhoff: La suma de las corrientes que entran en una unión es igual a la suma de las corrientes que salen de esa unión.

Segunda ley de Kirchhoff: La suma de las fem alrededor de cualquier malla cerrada de corriente es igual a la suma de todas las caídas de IR alrededor de dicha malla.

Un nodo es cualquier punto en un circuito donde confluyen (se juntan) tres o más alambres. La primera ley simplemente establece que la carga debe fluir continuamente; no se puede acumular en un nodo.

Según las leyes de Kirchhoff, la corriente que entra en un nodo debe ser igual a la corriente que sale de él, y la fem neta en cualquier circuito cerrado debe ser igual a la suma de las caídas de IR.

 Circuitos de corriente continua

La corriente suministrada a cada ramal es inversamente proporcional a la resistencia de ese ramal.

La segunda ley no es sino otra forma de postular la conservación de la energía. Si se parte de cualquier punto del circuito y se sigue por cualquier trayectoria o malla cerrada, la energía que se gana por unidad de carga debe ser igual a la energía que se pierde por unidad de carga.

La energía se gana gracias a la conversión de energía química o mecánica en energía eléctrica mediante una fuente de fem. La energía se puede perder, ya sea en forma de caídas de potencial IR o en el proceso de invertir la corriente mediante una fuente de fem.

Los siguientes pasos se deben aplicar para resolver circuitos con la ley de Kirchhoff

o   Paso 1 Suponga una dirección de la corriente para cada malla de la red.

o   Paso 2 Aplique la primera ley de Kirchhoff para escribir una ecuación de la corriente para todos los nodos, excepto uno

o   Paso 3 Indique con una pequeña flecha la dirección en que cada fem. Si actuara sola, haría que se moviera una carga positiva.

o   Paso 4 Aplique la segunda ley de Kirchhoff
para escribir una ecuación para todas las mallas de corriente que le sea posible. Elija en forma arbitraria la dirección de seguimiento que considerará positiva. Se estima que una fem es positiva cuando su sentido de salida es el mismo que la dirección de seguimiento antes descrito. Una caída de IR se considera positiva cuando la dirección de la corriente supuesta es igual a la dirección de seguimiento elegida por usted.

o   Paso 5 Resuelva las ecuaciones simultáneamente para determinar las cantidades desconocidas.    

Concepto	Definición	Ecuación	Unidades	Simbología en Circuitos
Condensador o Capacitor	Dispositivo que almacena carga eléctrica.		1 micro farad (F) = 10-6 F 1 pico farad (pF) = 10-12 F V=  diferencial de potencial(volts) Q= carga (coulomb) F= faradios
Resistor	Elemento que interviene únicamente por su resistencia en un circuito eléctrico.	En serie RT= R1+R2+R3...+Rn En paralelo RT=1/R1  +1/R2+…1/Rn	R=Resistencia()
Inductor o Bobina	Componente de un circuito eléctrico formado por un alambre aislado que se arrolla en forma de hélice con un paso igual al diámetro del alambre.	B= (centro de la bobina)	= micro N=número de espiras I= corrientes en (A) R= resistencia()