Fundamentos de circuitos electricos - Jair García

Vista previa del material en texto

21/08/2012
1
CONCEPTOS DE CONCEPTOS DE 
CIRCUITOS ELÉCTRICOSCIRCUITOS ELÉCTRICOSCIRCUITOS ELÉCTRICOSCIRCUITOS ELÉCTRICOS
Felipe de Jesús Figueroa Del PradoAnálisis Fundamental de Circuitos
Recordando algunos conceptosRecordando algunos conceptos
1. Unidades básicas del SI
2. Prefijos del SI
3. Carga (positiva y negativa)
4. Ley de Ohm
( )5. Voltaje (tensión)
6. Corriente
7. Elementos resistivos
8. Tipos de fuentes
9. Definiciones de circuitos
SI.- Sistema Internacional
1. Unidades básicas del SI1. Unidades básicas del SI
CANTIDAD BÁSICA NOMBRE SÍMBOLO
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
Tiempo segundo sTiempo segundo s
Corriente eléctrica amperio A
Temperatura 
termodinámica 
kelvin K
Cantidad de 
sustancia 
mol mol
Intensidad luminosa candela cd
2. Prefijos del SI2. Prefijos del SI
FACTOR NOMBRE SÍMBOLO FACTOR NOMBRE SÍMBOLO
10-24 octo y 1024 iota Y
10-21 zepto z 1021 zeta Z
10-18 atto a 1018 exa E
10-15 femto f 1015 peta P0 e o 0 pe a
10-12 pico p 1012 tera T
10-9 nano n 109 giga G
10-6 micro µ 106 mega M
10-3 mili m 103 kilo k
10-2 centi c 102 hecto h
10-1 deci d 101 deca da
3. Carga3. Carga
De la física hay 2 tipos de carga:
Positiva
(correspondiente
a un protón)
carga = + 1.602 x 10-19 C
Negativa
(correspondiente
carga = - 1.602 x 10-19 C
En el SI la unidad fundamental de carga es el coulomb
(C) que se define en términos del ampere al contar la
carga total que pasa por una sección transversal
arbitraria de un alambre en un segundo.
Un coulomb se mide cada segundo en un alambre que
conduce una corriente de 1 ampere.
(correspondiente
a un electrón)
3. Carga3. Carga
Sección 
transversal
Dirección del 
movimiento de 
la carga
Corriente que 
fluye a través 
1 ampere corresponde a 1 coulomb 
de carga que pasa en un segundo en 
una sección transversal
y
de un alambre
Cargas 
individuales
21/08/2012
2
4. Ley de Ohm4. Ley de Ohm
El físico alemán George Simon
Ohm en 1827 publicó un folleto 
en el que describía los 
resultados de uno de losresultados de uno de los 
primeros intentos para medir 
corrientes y tensiones, 
describirlos y relacionarlos en 
forma matemática. 
4. Ley de Ohm4. Ley de Ohm
•La Ley de Ohm establece que la tensión
entre los extremos de materiales
conductores es directamente proporcional
a la corriente que fluye a través del
material:
V = Ri
R = Resistencia eléctrica
5. Voltaje (tensión)5. Voltaje (tensión)
• En la figura suponga que entra una corriente cd por la terminal A y
sale por la terminal B.
• Empujar la carga a través del elemento requiere un gasto de
energía. En este caso existe una tensión eléctrica o una diferencia
de potencial entre las 2 terminales o que hay una tensión “en los
extremos” del elemento.
• La tensión entre un par de terminales significa una medida del
trabajo que se requiere para mover la carga a través del elemento.t abajo que se equ e e pa a o e a ca ga a t a és de e e e to
A
B
5. Voltaje (tensión)5. Voltaje (tensión)
• En la figura suponga que entra una corriente cd por la terminal A y
sale por la terminal B.
• Empujar la carga a través del elemento requiere un gasto de
energía. En este caso existe una tensión eléctrica o una diferencia
de potencial entre las 2 terminales o que hay una tensión “en los
extremos” del elemento.
• La tensión entre un par de terminales significa una medida del
trabajo que se requiere para mover la carga a través del elemento.t abajo que se equ e e pa a o e a ca ga a t a és de e e e to
A
B
V=-5V
+
-
A
B
V=5V
-
+
5. Voltaje (tensión)5. Voltaje (tensión)
• En la figura suponga que entra una corriente cd por la terminal A y
sale por la terminal B.
• Empujar la carga a través del elemento requiere un gasto de
energía. En este caso existe una tensión eléctrica o una diferencia
de potencial entre las 2 terminales o que hay una tensión “en los
extremos” del elemento.
• La tensión entre un par de terminales significa una medida del
trabajo que se requiere para mover la carga a través del elemento.abajo que se equ e e pa a o e a ca ga a a és de e e e o
V1
+
-
A
B
-
+
V2
-
+
5. Voltaje (tensión)5. Voltaje (tensión)
• En la figura suponga que entra una corriente cd por la terminal A y
sale por la terminal B.
• Empujar la carga a través del elemento requiere un gasto de
energía. En este caso existe una tensión eléctrica o una diferencia
de potencial entre las 2 terminales o que hay una tensión “en los
extremos” del elemento.
• La tensión entre un par de terminales significa una medida del
trabajo que se requiere para mover la carga a través del elemento.abajo que se equ e e pa a o e a ca ga a a és de e e e o
-5A
+
-
4V
-5A+
-
-3V
21/08/2012
3
5. Voltaje (tensión)5. Voltaje (tensión)
• La unidad de tensión es el volt.
• Un volt es lo mismo que 1 J/C.
• La tensión se representa por
medio de V o v.
• Puede existir una tensión entre
un par de terminales eléctricas sin
importar si fluye o no una
corriente.
5. Voltaje (tensión)5. Voltaje (tensión)
• Como ejemplo esta la batería de
automóvil la cual tiene una tensión de 12 V
entre sus terminales incluso si no se
conecta nada a ellas.
• Si en la terminal A entra una corriente
positiva y una fuente externa debe gastar
energía para establecer tal corriente,
entonces la terminal A es positiva respecto
a la terminal B. Análogamente la terminal
B es negativa respecto a la terminal A.
6. Corriente6. Corriente
• Con la idea de transferencia de carga o
carga en movimiento es de vital
importancia en el estudio de circuitos
eléctricos. Ya que al mover una carga de
un lugar a otro se necesita transferirg
energía de un punto a otro.
• La corriente presente en una trayectoria
discreta tiene un valor numérico y una
dirección asociada a ella.
5 A
6. Corriente6. Corriente
• Se define la corriente en un punto específico,
que fluye en una dirección especificada, como la
velocidad instantánea a la cual la carga positiva
pasa por ese punto en la dirección especificada.
Aunque la realidad es que la corriente en los
alambres se debe en realidad al movimiento dealambres se debe en realidad al movimiento de
carga negativa y no a la positiva.
la unidad de la corriente es el ampere (A)
A.M. Ampere físico francés se abrevia 
“amp”
Un ampere es igual a 1 coulomb por 
segundo
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
ResistenciaResistencia
Se denomina resistencia 
eléctrica.
Simbolizada habitualmente como 
R.
Se define como la dificultad u 
oposición que presenta un cuerpo 
al paso de una corriente eléctrica 
para circular a través de él.
La unidad de la resistencia es el ohm (Ω)
Corresponde a 
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
Resistencia Resistencia --Potencia absorbidaPotencia absorbida--
• Si un joule de energía se gasta en
transferir un coulomb de carga a través del
dispositivo en un segundo, la tasa de
transferencia es un watt.
• La potencia absorbida debe ser
proporcional al número de coulombs
transferidos por segundo (corriente) y la
energía necesaria para transferir un
coulomb a través del elemento (tensión).
21/08/2012
4
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
Resistencia Resistencia --Potencia absorbidaPotencia absorbida--
La formula de la potencia:
p = v i
p: potencia
v: voltaje
i: corriente
el miembro derecho de la
ecuación se obtiene del producto
de joules por coulomb y de los
coulombs por segundo.
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
Resistencia Resistencia --Potencia absorbidaPotencia absorbida--
p = v i
Por ley de Ohm (V = iR) podemos deducir,
Sustituyendo el voltaje: Sustituyendo la corriente:y j y
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
CapacitorCapacitor
Elemento eléctrico pasivo.
Tiene la capacidad de almacenar y 
devolver energía.
El almacenamiento tiene lugar en el 
campo eléctrico.campo eléctrico.
Se forma por la construcción de 2 
elementos o placas que se encuentran 
cargadas y separadas mediante un 
medio aislante.
la unidad de la capacitancia es el 
Farad (F)
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
Capacitor, tiposCapacitor,tipos
Electrolítico
Cerámico
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
CapacitorCapacitor
++++++++++
++++++++++++++
- - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - -
+q
-q
Diferencia de potencial = V
Cualquiera de los dos conductores separados por un aislante o vacío de un 
condensador.
La "carga de un condensador" es el valor absoluto de la carga de uno de los 
conductores.
constante
V
q Esta constante es llamada “capacitancia” y es geométricamente dependiente. Es la capacidad de 
mantener la carga de voltaje constante.
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
CapacitorCapacitor
++++++++++
++++++++++++++
Area, A
++++++++++
++++++++++++++
++++++++++
++++++++++++++
Aislante
Dieléctrico
- - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - -
Distancia = D
- - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - -
Voltaje en el que el material aislante permite el flujo de
corriente (“rompimiento") se denomina voltaje de ruptura
De 1 cm de aire seco tiene un voltaje de ruptura de 30
kV (menos que aire húmedo)
21/08/2012
5
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
Capacitor Capacitor --un hecho interesanteun hecho interesante--
Cuando un capacitor ha
alcanzado la carga completa, “q”,
entonces es a menudo útil pensar
l it b t íen el capacitor como una batería
que suministra la FEM para el
circuito.
FEM.- Fuerza Electromotriz
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
Capacitor Capacitor --ejemplos de dispositivosejemplos de dispositivos--
ELECTROLÍTICO CERÁMICO
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
InductorInductor
Elemento eléctrico pasivo.
Tiene la capacidad de 
almacenar energía durante 
periodos y la devuelve en p y
otros.
Potencia promedio es 0.
El almacenamiento tiene lugar 
en el campo magnético.
la unidad de la inductancia es el 
Henri (H)
7. Elementos resistivos7. Elementos resistivos
Relación de voltaje Relación de voltaje -- corrientecorriente
Elemento 
de circuito
Unidades Voltaje Corriente Potencia
Ohms
(Ω) v = Ri
Ley de Ohm
p = vi
= i2R
Henris
(H)
Farads
(F)
8. Tipos de fuentes8. Tipos de fuentes
Fuentes de voltaje de C.D.
• Independientes
• Dependientes
Fuentes de corriente de C.D.
• Independientes
• Dependientes
8. Tipos de fuentes8. Tipos de fuentes
Tipos de 
fuentes:
Voltaje
Fuentes 
independientes
El voltaje es completamente 
independiente de la 
corriente o viceversa.
Voltaje 
y 
corriente
Fuentes 
dependientes
El voltaje o la corriente 
dependen del voltaje o la 
corriente presentes en otra 
parte del circuito.
21/08/2012
6
8. Tipos de fuentes8. Tipos de fuentes
--Fuentes de voltaje de CDFuentes de voltaje de CD--
Son 
elementos
Fuentes 
independientes
El voltaje en sus terminales es 
completamente independiente a la 
corriente que pasa a través de ella.
La fuente independiente de voltaje
es una fuente ideal y no representa 
elementos 
que 
suministran 
voltaje al 
circuito Fuentes 
dependientes
con exactitud ningún dispositivo 
físico real.
Cambian con variables en la red 
eléctrica.
8. Tipos de fuentes8. Tipos de fuentes
--Fuentes de corriente de CDFuentes de corriente de CD--
Son 
elementos
Fuentes 
independientes
La corriente que circula a través de 
ella es completamente 
independiente del voltaje entre sus 
terminales.
La fuente independiente de 
elementos 
que 
suministran 
corriente al 
circuito Fuentes 
dependientes
corriente es una fuente ideal y no 
representa ningún elemento físico.
Cambian con variables en la red 
eléctrica.
8. Tipos de fuentes8. Tipos de fuentes
--ResumenResumen--
Tipo de 
fuente
Dependie
ntes
Descripción Independie
ntes
Descripción
Fuente de 
voltaje de 
CD
Cambian con 
variables en la 
red eléctrica.
El voltaje en sus terminales es 
completamente independiente a 
la corriente que pasa a través de 
ella.
La fuente independiente de voltajep j
es una fuente ideal y no 
representa con exactitud ningún 
dispositivo físico real.
Fuente de 
corriente 
de CD
Cambian con 
variables en la 
red eléctrica.
La corriente que circula a través 
de ella es completamente 
independiente del voltaje entre 
sus terminales.
La fuente independiente de 
corriente es una fuente ideal y no 
representa ningún elemento 
físico.
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Nodo. Punto en el cual dos o más elementos tienen una conexión 
común. Punto donde se conectan dos o mas ramas.
Trayectoria. Cuando no se pasa a través de ningún nodo más de 
una vez.
Trayectoria cerrada ó lazo Punto en el cual dos o más elementosTrayectoria cerrada ó lazo. Punto en el cual dos o más elementos 
tienen una conexión común.
Rama. Es una trayectoria simple en una red, compuesta por un 
elemento simple y por los nodos situados en cada uno de sus 
extremos. Es decir, representa cualquier elemento de dos terminales 
dentro de un circuito.
Malla. Cualquier trayectoria cerrada dentro de un circuito de tal 
forma que si la corriente sale de un nodo, esta regresa al mismo al 
terminar su recorrido sin pasar dos veces por un mismo nodo.
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Nodo. Punto en el cual 
dos o más elementos 
tienen una conexióntienen una conexión 
común. Punto donde se 
conectan dos o mas 
ramas.
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
¿Cuantos nodos tiene la siguiente figura?
13
La figura tiene 3 nodos
2
21/08/2012
7
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
¿Cuantos nodos tiene la siguiente figura?
1 2 3
La figura tiene 4 nodos
4
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
¿Cuantos nodos tiene la siguiente figura?
1
3
2 4
5
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Trayectoria. Cuando 
no se pasa a través 
de ningún nodo más 
de una vez.
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Identifica una trayectoria.
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Trayectoria cerrada ó 
lazo. Punto en el cual 
ádos o más elementos 
tienen una conexión 
común.
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Identifica una trayectoria cerrada o lazo.
21/08/2012
8
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Rama. Es una trayectoria 
simple en una red, 
compuesta por un elementocompuesta por un elemento 
simple y por los nodos 
situados en cada uno de 
sus extremos.
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Identifica las ramas de la siguiente figura.
2
1 3 4
9. Definiciones de circuitos9. Definiciones de circuitos
Identifica las ramas de la siguiente figura.
2 4
1 3 5 6
Ahora analizaremos 
las conexiones de 
fuentes 
independientes.
Fuentes independientes en serieFuentes independientes en serie
Las fuentes de 
voltaje V1, V2 y V3 
están conectadas 
en serie
Al sumarlas obtenemos 
una sola fuente V4
Fuentes independientes en paraleloFuentes independientes en paralelo
Las fuentes de corriente i1, i2 e i3 están 
conectadas en paralelo
Al sumarlas obtenemos 
una sola fuente i4
21/08/2012
9
Fuentes independientesFuentes independientes
El siguiente circuito, ¿esta conectado 
correctamente?
Fuentes independientesFuentes independientes
El siguiente circuito, ¿esta conectado 
correctamente?
Fuentes independientesFuentes independientes
El siguiente circuito, ¿esta conectado 
correctamente?
Fuentes independientesFuentes independientes
¿Se pueden 
sumar las fuentes 
de voltaje en 
paralelo?
Fuentes independientesFuentes independientes
¿Se pueden 
sumar las fuentes 
de corriente en 
serie?
Sacar una hoja para 
resolver y entregar 
l i i tlos siguientes 
ejercicios.
21/08/2012
10
Fuentes independientesFuentes independientes
Del siguiente circuito:
a) Sumar las 
fuentes 
b) Obtener la 
corrientecorriente
c) Dibujar el circuito 
simplificado
Fuentes independientesFuentes independientes
Sumar las fuentes del siguiente circuito. (dibujar 
el circuito final)
a) i1=10A
i2=3A
i3=7A
b) i1=2A
i2=9A
i3=3A
Fuentes independientesFuentesindependientes
Del siguiente circuito desconocemos los 
elementos 1, 2 y 3.
Sean las potencias:
P1 = 27.75nW
P2 = -3µW
P3 = 1.20µW
a) ¿Cual es el voltaje 
en el elemento 2 y 
3?
b) Calcule las 
corrientes i1, i2 e i3.
(exprese los resultados 
en micro Amperes)
P3 1.20µW
GRACIAS POR SU ATENCIÓNGRACIAS POR SU ATENCIÓN