circuitos eléctricos

Introducción a circuitos eléctricos. Circuitos eléctricos.

Circuito eléctrico

Un circuito eléctrico es aquel que contiene elementos pasivos y activos conectados entre sí; es una interconexión de elementos eléctricos unidos entre sí en una vía cerrada para que pueda fluir la corriente eléctrica constantemente. Por un lado los circuitos se usan en la generación, transmisión y consumo de la potencia eléctrica y la energía, y por otro lado se emplean en la codificación, decodificación, almacenamiento, transmisión y procesamiento de datos. Las variables básicas en un circuito eléctrico son la corriente y el voltaje. Estas variables describen el flujo de carga a través de los elementos de un circuito y la energía requerida para que la carga fluya.

Corriente

La unidad de la corriente eléctrica (que es el amperio) se define como la intensidad que atraviesa dos conductores paralelos de longitud infinita y sección nula, separados un metro en el vacío y entre los que existe una fuerza de 2 \times 10^{-7} N/m; la corriente eléctrica son cargas en movimiento y un amperio equivale a un culombio de carga que pasa a través de una superficie en un segundo.

La carga es la cantidad de electricidad causante de los fenómenos eléctricos. La carga de un electrón es -e = -1.602\times 10^{-19} \ C, y por tanto una corriente de un amperio representa aproximadamente 6.24 \times 10^{18} electrones por segundo pasando por una sección determinada de un conductor.

La corriente tiene la siguiente ecuación

\displaystyle i = \frac{dq}{dt}

donde i es la corriente en amperios, q es la carga en culombios y t es el tiempo en segundos. La corriente es la velocidad de flujo de la carga eléctrica que pasa por un punto dado. El flujo de corriente se representa por convención como un flujo de cargas positivas.

Si la corriente que fluye a través de un elemento es constante se denomina corriente directa (cd) mientras que una corriente que varíe con el tiempo y forme una sinusoidal se llama corriente alterna (ca).

Voltaje

El voltaje que pasa a través de un elemento es el trabajo (energía) que se requiere para mover una unidad de carga positiva de la terminal (-) a la terminal (+). La unidad de voltaje es el voltio (V).

La ecuación para el voltaje que pasa a través del elemento es

\displaystyle v = \frac{dw}{dq}

donde v es el voltaje, w es la energía (trabajo), y q la carga. Una carga de 1 culombio entrega una energía de 1 joule al moverse a través de un voltaje de 1 voltio.

Potencia

La potencia es el periodo de gasto o absorción de energía. Teniendo la ecuación

\displaystyle p = \frac{dw}{dt}

donde p es potencia en watts, w es la energía en joules y t es tiempo en segundo. La potencia asociada con la carga que fluye a través de un elemento es

\displaystyle p = \frac{dw}{dt} = \frac{dw}{dt} \cdot \frac{dq}{dq} = \frac{dw}{dq} \cdot \frac{dq}{dt} = v \cdot i

Esto quiere decir que la potencia es el producto del voltaje a través de un elemento por la corriente mientras la corriente fluye a través del elemento.

En la siguiente figura se muestra dos maneras de arreglar la dirección de la corriente y la polaridad del voltaje. En la figura 1, la corriente entra en el circuito en la terminal (+) (punto a) del voltaje y sale en la terminal (-) (punto b). Mientras que en la figura 2 la corriente entra en el circuito en la terminal (-) (punto a) del voltaje y sale en la terminal (+) (punto b).

En la figura 1, cuando la corriente entra en el elemento de circuito en la terminal (+) del voltaje y sale en la terminal (-), se dice que el voltaje y la corriente se apegan a la convención pasiva. En ella, el voltaje impulsa una carga positiva en la dirección indicada por la corriente. Según esto, la potencia calculada al multiplicar el voltaje del elemento por la corriente del elemento

p = v \cdot i

es la potencia absorbida por elemento. Esta potencia también recibe el nombre de potencia recibida por el elemento. La potencia absorbida por un elemento puede ser tanto positiva como negativa, dependiendo de los valores del voltaje y la corriente.

En el caso de la figura 2, no se utiliza la convención pasiva, ya que la corriente entra al elemento de circuito en la terminal (-) del voltaje y sale en la terminal (+). El voltaje impulsa una carga positiva en la dirección opuesta a la indicada por la corriente. Entonces, cuando el voltaje y la corriente del elemento no se apegan a la convención pasiva, la potencia calculada es la potencia alimentada por el elemento. La potencia alimentada por un elemento puede ser positiva o negativa, dependiendo de los valores del voltaje y la corriente del elemento.


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