Leyes de los circuitos eléctricos, capacitores, inductancia

Concibo la escritura como un trabajo manual.

Cada frase es un circuito electrico.

Cuando accionas el interruptor, la frase se tiene que encender.

Un circuito no tiene que ser bello, sino eficaz.

Su belleza reside en su eficacia.

La ley de Ohm, relación entre la tensión, corriente y resistencia

La Ley de Ohm se puede entender con facilidad si se analiza un circuito donde están en serie, una fuente de voltaje (una batería de 12 voltios) y una resistencia de 6 ohms (ohmios).

Se puede establecer una  relación entre la voltaje de la batería, el valor de la resistencia y la corriente que entrega la batería y que  circula a través de dicha resistencia.

Esta relación es:  I = V / R  y se conoce como la Ley de Ohm .Entonces la corriente que circula por el circuito (por la resistencia o resistor) es

 I = 12 Voltios / 6 ohms = 2 Amperios.

De la misma manera, de la fórmula se puede despejar la tensión en función de la corriente y la resistencia, entonces la  Ley de Ohm queda:  V = I * R. Así si se conoce la corriente y la resistencia se puede obtener la tensión entre los terminales de la resistencia, así:   V = 2 Amperios *  6 ohms = 12 V 

Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en función del voltaje y la corriente, y se obtiene la Ley de Ohm de la forma:  

R = V / I.

Entonces si se conoce la tensión en la resistencia y la corriente que pasa por ella se obtiene que: R = 12 Voltios / 2 Amperios = 6 ohms

Es interesante ver que la relación entre la corriente y la tensión en una resistencia siempre es lineal y la pendiente de esta línea está directamente relacionada con el valor de la resistencia. Así, a mayor resistencia mayor pendiente..Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente triángulo que tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente.

Triángulo de la ley de Ohm 

V = I x R          I = V / R           R = V / I

Se dan 3 Casos:

– Con la resistencia fija. La corriente sigue a la tensión. Un incremento en la tensión, significa un incremento en la corriente y un incremento en la corriente significa un incremento en la tensión.- Con el voltaje fijo. Un incremento en la corriente, causa una disminución en la resistencia y un incremento en la resistencia causa una disminución en la corriente- Con la corriente fija. El voltaje sigue a la resistencia. Un incremento en la resistencia, causa un incremento en el voltaje y un incremento en el voltaje causa un incremento en la resistencia

Para tres valores de resistencia diferentes, un valor en el eje vertical (corriente) corresponde un valor en el eje horizontal (voltaje).

Las pendientes de estas líneas rectas representan el valor de la resistencia.

Con ayuda de estos gráficos se puede obtener un valor de corriente para un resistor y un voltaje dados. Igualmente para un voltaje y un resistor dados se puede obtener la corriente. Ver el gráfico.

Potencia y energia en un circuito

Normalmente se Analiza la Ley de Ohm Como una Relación Entre el voltage , la corriente y el valor de la ONU resistencia . Una forma de expresar Más completa la Ley de Ohm es incluyendo la fórmula de Potencia Eléctrica.

Sí se utilizació La Conocida fórmula de Potencia(CON Unidad De vatios o Vatios): P = V x I, Potencia = Voltaje x corriente, Variantes del SUS y: V = P / I E I = P / V, se obtienen Ecuaciones ADICIONALES.

Las Nuevas Ecuaciones permiten Obtener los Valores de Potencia, Voltaje, Corriente y Resistencia, con las variables Cuatro Sólo dos de las. Sólo Se Necesita escoger Una de las cuatro incógnitas Que Aparecen en el circulo central de Y Se observan 3 Diferentes Fórmulas Que permiten obtenerla.

• Despejando P (párrafo cuarto Potencia vatios o Vatios) se obtiene: P = V 2 / R,

P = I 2 x R, P = V x I

• Despejando el párrafo I (corriente en AMPERIOS) se obtiene: I = V / R, I = P / V,

I = (P / R)1/2

• Despejando para R (Resistencia en ohmios) se obtiene: R = V / I, R = V 2 / P,

R = P / I 2

• Despejando el párrafo V (Voltaje en voltios) se obtiene: V = (P x R) 1/2 , V = P / I,

V = I x R

El consumo de energía eléctrica

La energía eléctrica consumida se calcula a partir de la expresión de la potencia multiplicada por el tiempo–

Energía consumida = potencia * tiempo      E=P*t

La energía viene dada en Julios (1 Julio = 1 vatio * 1 segundo). No obstante, esta no es la unidad de energía eléctrica que aparece en algunos sitios, sino el kilovatio por hora. 1Kw *h = 3600000 J

Leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff son una consecuencia directa de las leyes básicas del Electromagnetismo (Leyes de Maxwell) para circuitos de baja frecuencia. Aunque no tienen validez universal, forman la base de la Teoría de Circuitos y de gran parte de la Electrónica. Pueden enunciarse en la forma siguiente:

1) Ley de Kirchhoff para los nudos o de las corrientes. (Un nudo en un circuito es un punto en el que confluyen varias corrientes). La suma algebraica de las corrientes que inciden en un nudo, consideradas todas ellas entrantes o todas ellas salientes, es cero (ley de conservación de la carga).

Figura 1. Nudo en el que confluyen cinco ramas.

2) Ley de Kirchhoff para las mallas o de las tensiones. En un circuito cerrado o malla, la suma algebraica de las diferencias de potencial entre los extremos de los diferentes elementos, tomadas todas en el mismo sentido, es cero(ley de conservación de la energía).

Figura 2. Malla de un circuito eléctrico.

Ejemplo: La aplicación de esta ley a la malla de la figura 2 puede expresarse matemáticamente en la forma siguiente:

donde las diferencias de potencial se han tomado en el sentido indicado por la flecha de la corriente de malla de la figura 2.

Esta ley se puede expresar simbólicamente como:

siendo Vi la diferencia de potencial entre los extremos del elemento i-ésimo.

Circuito en paralelo

CIRCUITO PARALELO :

son los que estan colocados de manera de manera que sus extremos esten conectados sa puntos comunes (misma tension)

-EN LA POTENCIA DE CIRCUITO SERIE :

• ASOCIACION EN PARALELO :

es la que resuta unir de varias resistencias de tal modo que tengan todos sus extremos conectados a puntos comunes. por lo tanto, la diferencia de potencia entre os extremos de todas as resistencias sea la misma, pero cada una de ellas circulara distinta intensidad, cumpliendose que a intensidad de la corriente tota es igual a la suma de las que pasan por cada una de as resistencias asociadas.

es una asociacion d resistencias de resistencias en paralaelo se cumple que la inversa de la resitencia euivalente es igua ala suma de las sumas de las inversas de las relaciones asociadas

OJO : la resistencia euivalente es siempre menor que la resistencia asociada mas pequeña.

SE OBSERVA QUE : (1) V=V1 =V2 = V3

APLICANDO A LEY DE OHM EN (2) Y TENIENDO EN CUENTA (1) LLEGAMOS A LA SIGUIENTE CONCLUSION

-POTENCIA DE UN CIRCUITO PARALELO :

LA POTENCIA TOTAL PRODUCIDA POR EL GENERADOR ES IGUAL A PT = VG X IT

LAS POTNCIAS CONSUMIDADS EN CADA UNA DE LAS RESISTENCIAS SON :

P1 = V1 X I1 P2 = V2 X I2 P3 = V3 X I3

LA SUMA DE LAS POTENCIAS PARCIALES DE UN CIRCUITO PARALELO ES IGUAL ALA POTENCIA TOTAL QUE SUMINISTRA EL GENERADOR

PT= P1 +P2+P

ASOCIACION DE GENERADORES :

ASOCIACION PARALELO:

ES LA QUE RESULTA DE UNIR POR UN LADO TODOS LOS POLOS + Y EN E TRO TODOS LOS POLOS – DE LOS N GENERADORES. TODOS LOS GENERADORES CONECTADOS EN PARALELO HAN DE TENER EL MISMO VOLTAJE Y HAY QUE EVITAR CONECTAR LOS GENERADORES CON LOS POLOS INVERTIDOS YA QUE SE PRODIUCIRIA UNA CORRIENTE ATRAVZ DE AMBOS TAN INTENSA QUE OS DESTRUIRIA (AL CONECTAR GENERADORES EN PARALELO CONSEGUIMOS QUE LAS PILAS TARDEN MAS TIEMPO EN AGOTARSE)

Circuito en serie

 Circuito donde solo existe un camino para la corriente, desde la fuente suministradora de energía a través de todos los elementos del circuito, hasta regresar nuevamente a la fuente. Esto indica que la misma corriente fluye a través de todos los elementos del circuito, o que en cualquier punto del circuito la corriente es igual.

- Caídas de tensión:

Se entiende por caída de tensión en un componente, al voltaje medido entre sus extremos. Es decir a la diferencia entre la tensión que tenemos en un terminal, en nuestro caso de una resistencia, y la que tenemos en el otro.

Cuando tenemos el componente en un circuito, esta caída de tensión la podemos calcular aplicando la Ley de Ohm.

- Resistencias equivalentes:

Cuando en un circuito hay varias resistencias conectadas, resulta útil para calcular las corrientes que pasan por el circuito y las caídas de tensión que se producen, encontrar una resistencia que pueda sustituir a otras, de forma que el comportamiento del resto del circuito sea el mismo; o sea, debemos encontrar o calcular la Resistencia equivalente . 

Esta resistencia equivalente, se sabe que existe, y para configuraciones en que las resistencias a sustituir están en paralelo o en serie, son fáciles de calcular

*ckto en serie:

Ve=V1+V2 => I*Re=I*R1+I*R2

I*Re=I*(R1+R2)

Re=R1+R2

*ckto en paralelo:

I=I1+I2 => V/Re=V/R1+V/R2

V/Re=V(1/R1+1/R2)

1/Re=1/R1+1/R2

- Características generales:

En un circuito de resistencias en serie podemos considerar las siguientes propiedades o características:

• La intensidad de corriente que recorre el circuito es la misma en todos los componentes.

• La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión aplicada. (Esta es una de las leyes de Kirchoff)

Donde VS es la tensión aplicada y Vi son las distintas caídas de tensión.

• Cada una de las caídas de tensión, la calculamos con la Ley de Ohm.

Donde Vi es la caída de tensión, I es la intensidad y Ri es la resistencia considerada.

• La resistencia equivalente del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.

Donde RS es la resistencia equivalente del circuito serie y Ri sos las distintas resistencias.

• La resistencia equivalente es mayor que la mayor de las resistencias del circuito.

• La intensidad total del circuito la calculamos con la Ley de Ohm.

Donde I es la intensidad, VS es la tensión aplicada y RS es la resistencia equivalente del circuito serie.

Dadas estas características, decir que este circuito también recibe el nombre de divisor de tensión.

- Simplificación del circuito:

Para simplificar el circuito, vamos aplicando las propiedades que hemos visto en el apartado anterior, veamoslo con un circuito de 3 resistencias:

El primer paso consiste en hallar la resistencia equivalente del circuito (RS), y sustituir las 3 resistencias por la que hemos calculado

En este circuito simplificado podemos calcular la intensidad que lo recorre y con ella, volviendo al paso anterior, las diferentes caídas de tensión

- Ejemplo de cálculo:

Consideremos los siguientes valores en el circuito de tres resistencias del apartado anterior: VS = 12 v., R1 = 40 K?, R2 = 60 KW y R3 = 20 K?.

Tendremos que resolver el circuito calculando: RS, I, V1, V2 y V3. Y comprobando, por último, que la suma de las caídas de tensión es la tensión aplicada.

• En primer lugar calculamos RS: RS = R1+R2+R3 = 40+60+20 = 120 KW

• En segundo lugar, y situándonos en el circuito equivalente, calculamos I:

I = VS/RS = 12 v/120 KW = 0'1 mA

• A continuación calculamos las distintas caídas de tensión:

V1 = I · R1 = 0'1 mA · 40 KW = 4 v.

V2 = I · R2 = 0'1 mA · 60 KW = 6 v.

V3 = I · R3 = 0'1 mA · 20 KW = 2 v.

• Y comprobamos que la suma de las caídas de tensión es la tensión aplicada:

VS = V1 + V2 +V3 = 4 v + 6 v + 2 v = 12 v.

• Debido a esto último, en el caso de V3 también podríamos haber hecho lo siguiente:

V3 = VS - (V1 + V2) = 12 v – (4 v + 6 v) = 12 v – 10 v = 2 v.

Características generales:

• La intensidad de corriente que recorre el circuito es la misma en todos los componentes.

• La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión aplicada. En la figura 1, se encuentran conectados en serie tres resistencias iguales. El voltaje para cada una es un tercio del voltaje total. En la figura 2 el voltaje que atraviesa la resistencia es proporcional a la resistencia de la unidad. En cada caso, la suma de los voltajes de los dispositivos individuales es igual al voltaje total.

• La resistencia equivalente del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.

• La resistencia equivalente es mayor que la mayor de las resistencias del circuito.

 Desventaja:

• La principal desventaja de este circuito radica en que si se rompe algún elemento de los que conforman el circuito, o hay algún falso contacto, se interrumpe la circulación de la corriente eléctrica y el circuito se abrirá.

CENTRO DE ESTUDIO:

I.E.S.T.P ARGENTINA

DOCENTE:

Luis Eduardo Sanz Signori

(El Mundo-Juan Jose Millas)

Autor:

Diestra Alberto, Carlos.

Gutierrez Perez, Royer.

Huaccha Velasquez, Víctor.

Morante Santander, Luis.

Vivar Castañeda, Diego.