circuitos eléctricos

Para poder mover las cargas en un conductor de una forma ordenada, como una corriente eléctrica es necesario aplicar una fuerza externa llamada fuerza electromotriz (FEM), de esta manera se ejerce un trabajo sobre las cargas, entonces la diferencia de potencial o voltaje en un campo eléctrico es por definición; el trabajo o energía necesaria para mover una carga eléctrica de un punto a otro en contra o a favor de las fuerzas del campo donde esta se encuentra. Como podemos observar el trabajo se encuentra en joule y la carga en coulombs, por lo tanto la tensión se encuentra en voltios. Un voltio corresponde al trabajo de 1 joules al desplazar 1 coulomb de carga de un punto a otro.  Para entender mejor este concepto podemos presentar la siguiente analogía: Analogia en hidraulica. Para representar un voltaje se tomara la letra V o v de la misma manera que se tomo para las cargas es decir V para voltajes constantes y v para voltajes que varíen en el tiempo. También será utilizada una convención de polaridad + - como se muestra a continuación en la figura 1.4.1.

Se puede decir que la terminal positiva son v voltios mayor que la terminal negativa, o en términos de trabajo, que para mover una unidad de carga desde la terminal negativa hacia la positiva se necesita v joules de trabajo, también se puede decir que ocurre una caída de voltaje cuando la carga se mueve del terminal positivo al negativo y una elevación cuando la carga tiene el movimiento contrario. Para poder mover la carga a través de un elemento se necesita suministrar energía, para saber si el elemento en cuestión es el que esta suministrando la energía o por el contrario la esta absorbiendo del circuito, es necesario saber; no solo la polaridad del voltaje sobre el elemento, sino también la dirección de la corriente que pasa a través de é,Ver figura 2.

A partir de estos dos parámetros podemos decir que un elemento suministra energía cuando la corriente entra por el terminal negativo y esta absorbiendo energía cuando entra por el terminal positivo. Considerando la energía que el elemento entrega o absorbe del circuito, se puede decir que si tenemos un voltaje vsobre un elemento y que a través de este, cruza o se mueve una carga Dq desde la terminal positiva hacia la negativa, entonces la energía absorbida por el elemento, seria definida como: Si el tiempo transcurrido es Dt, entonces el cambio con respecto al tiempo de la energía absorbida por este se puede expresar de la siguiente forma: o bien: Dado que la definición de la razón de cambio del consumo de energía es la potencia, entonces podemos decir que la potencia p es igual ha:   Las cantidades v e i son comúnmente funciones del tiempo, por lo tanto la potencia también es una cantidad variante en el tiempo, en algunos casos es llamada potencia instantánea porque su valor es la potencia en el instante en que se miden v e i .  Se puede decir que un elemento típico como el de la figura 2, está absorbiendo una potencia; pero si cambia ya sea la polaridad del voltaje o la dirección de la corriente, el elemento estaría entregando una potencia p=vi. El comportamiento de un elemento por el flujo de energía, depende de la clase de elemento de que se trate, como ejemplo las resistencias devuelven al instante esta potencia en forma de calor que es liberado al aire, algunas fuentes como las baterías, transforman esta potencia en energía química que es almacenada. Si el valor de potencia asociado a algún elemento resulta negativo, indica que este elemento esta entregando energía al circuito al cual se encuentra conectado, como ejemplo se puede observar un coche al momento de arrancar, la batería se encuentra entregando energía al circuito eléctrico de arranque y el valor de potencia asociado a esta batería, es en este caso negativo, mientras que el valor de potencia asociado al motor eléctrico de arranque es positivo. Este concepto se puede entender mas fácilmente con la siguiente figura: En esta imagen se puede observar cuatro tipos diferentes de relaciones corriente - voltaje, en la parte (a) el elemento esta absorbiendo energía, una corriente esta entrando por la terminal positiva, o lo que es lo mismo, una corriente esta saliendo por una terminal negativa; en la parte (b) una corriente esta entrando por una terminal negativa o saliendo por una terminal positiva, este elemento está entregando energía en ambos casos. Elementos activos Se dice que un elemento es activo, si es capaz de entregar o generar energía. Dentro de las fuentes más conocidas de energía se encuentran las baterías y los generadores, figura.1.6.1. Matemáticamente un elemento activo debe cumplir la siguiente relación: Elementos pasivos Se dice que un elemento es pasivo, si solo es capaz de recibir o absorber potencia. El mejor ejemplo de es la resistencia, figura.1.6.2. Matemáticamente un elemento activo debe cumplir con la siguiente relación: