Elementos de Circuitos
Modelo matemático
En circuitos los dispositivos físicos se representan o modelan matemáticamente, y se usa este modelo para referirse al dispositivo.
De ahora en adelante, cuando hablemos de un elemento de circuito estaremos hablando de su modelo matemático.
La elección de un modelo matemático particular de un dispositivo físico se basa en datos experimentales y/o en la experiencia.
Elemento general vs elemento simple
Un elemento general de circuito puede componerse de más de un elemento simplede circuito, pero un elemento simple de circuito no puede ser subdividido en más elementos.
Clasificación de los elementos simples
Se clasifican de acuerdo a la forma en que se relaciona la corriente que circula a través de ellos, con el voltaje entre sus terminales.
Fuentes
Fuentes independientes
Son fuentes que no dependen de un voltaje o de una corriente.
Se representan por:
Fuente de tensión independiente
Es una fuente de voltaje independiente completamente de la corriente que pasa a través de esta. La s es por source que significa fuente en inglés.
Fuente de corriente independiente
Es una fuente de corriente independiente completamente de la tensión entre sus terminales.
Ejemplo 1
Si Vs = 50t2 voltios, calcular el voltaje en t=2 segundos.
En t= 2 segundos se tiene la seguridad de que el voltaje valdrá:
INDEPENDIENTEMENTE de la corriente que haya fluido, esté fluyendo o vaya a fluir.
En general, se espera que una fuente entregue potencia a la red, y no que consuma.
Por convención y solo cuando se trate de fuentes, se preferirá dirigir la flecha de corriente entrando por el terminal negativo de la fuente, para indicar que la fuente está ENTREGANDO, SUMINISTRANDO, GENERANDO potencia, aunque puede elegirse cualquier dirección.
Fuentes ideales
En teoría puede obtenerse una potencia infinita de una fuente ideal ya sea de voltaje o de corriente. La fuente ideal podría entregar una cantidad infinita de energía.
Fuente ideal de voltaje
Una fuente ideal de voltaje produce el mismo voltaje finito para cualquier corriente que fluya a través de ella, sin importar lo grande que sea esta corriente.
Una fuente de voltaje independiente es una fuente ideal de voltaje que representa unaaproximación aceptable de una fuente práctica de voltaje, y no representa con exactitud ningún dispositivo físico real.
Una batería de automóvil tiene un voltaje de 12 voltios, que permanecen casi constantes mientras las corriente no exceda unos pocos amperios, digamos 10 amperios. Después de los 10 amperios, el voltaje comienza a caer por debajo de los 12 voltios.
Esta corriente puede fluir en cualquier dirección.
Si la corriente es positiva y entra por la terminal positiva de la fuente, entonces la potencia es positiva y la fuente está consumiendo energía. Es decir se está cargando a través de un cargador de batería.
Satisface la convención pasiva
Si la corriente es positiva y entra por la terminal negativa de la fuente, entonces la potencia es negativa y la fuente está generando o suministrando energía a las luces del auto. Es decir se está descargando.
No satisface la convención pasiva
Un contacto o tomacorriente doméstico también se aproxima a una fuente independiente de voltaje que suministra un voltaje dado por:
Válida para corrientes menores que 20 Amperios. Para corrientes superiores el voltaje comienza a decaer.
Fuente ideal de corriente
Una fuente ideal de corriente produce la misma corriente finita para cualquier voltaje entre sus terminales, sin importar lo grande que sea este voltaje.
Una fuente de corriente independiente es una fuente ideal de corriente que representa unaaproximación aceptable de una fuente práctica de corriente y no representa con exactitud ningún dispositivo físico real.
Fuentes de DC o CC
A una fuente independiente de voltaje que tiene un voltaje CONSTANTE entre sus terminales, se le llama fuente independiente de voltaje de corriente directa o continua, y se representa por:
A una fuente independiente de corriente a través de la cual fluye una corrienteCONSTANTE, se le llama fuente independiente de corriente de corriente directa o continua, y se representa por:
Fuentes dependientes o controladas
Su valor está determinado por un voltaje o corriente presente en cualquier otro lugar del circuito.
Fuentes como estas aparecerán en los modelos eléctricos equivalentes de transistores, amplificadores operacionales y circuitos integrados.
Elementos activos
Son elementos que tienen la capacidad de entregar potencia a algún dispositivo externo.
Elementos pasivos
Son elementos que solo son capaces de recibir potencia. Se verá más adelante que algunos elementos pasivos pueden almacenar cantidades finitas de energía y luego devolverla a un circuito externo.
Ejemplos de elementos pasivos: resistor, inductor, capacitor, inductancia mutua.
Red
Es la interconexión de dos o más elementos simples de circuito.
Circuito eléctrico
Es una red que tiene por lo menos una trayectoria cerrada.
Todo circuito es una red, pues cuenta con dos o más elementos simples de circuito interconectados.
Toda red no es un circuito, pues no tiene por lo menos una trayectoria cerrada.
Red activa
Red que contiene por lo menos un elemento activo, como una fuente.
Red pasiva
Red que no contiene ningún elemento activo.
Los elementos pasivos pueden combinarse en redes y circuitos que representan dispositivos reales como el transistor, el amplificador, etc.
El transistor
Modelo A: apropiado para representar un transistor si solo se necesita conocer su comportamiento a frecuencias que no sean ni extremadamente altas ni extremadamente bajas.
Modelo B: apropiado para aplicaciones de alta frecuencia.
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Elementos de un circuito eléctrico
Se denomina circuito eléctrico al conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permitengenerar,transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). Los elementos utilizados para conseguirlo son los siguientes:
2. Resistencias de los conductores eléctricos
La resistencia es la oposición que encuentra la corriente eléctrica para pasar por los materiales y esta depende de tres factores:
3. Interpretación del código de colores de una resistencia
Las resistencias comerciales (las que se acostumbran a usar para hacer prácticas de circuitos eléctricos) tienen 4 anillos pintados que sirven para identificar su valor.
El primer anillo corresponde a la primera cifra, el segundo anillo a la segunda cifra, el tercer anillo al número de ceros y el cuarto anillo al límite de tolerancia de la resistencia.
El código de colores de las resistencias es el siguiente:
Resistencia (Ω)
4. Asociación de resistencias
Las resistencias (y otros elementos del circuito)pueden conectarse de dos formas diferentes:
Para entender y poner en práctica, dispones de un juego interactivo sobre la asociación de resistencias.
Todos los componentes de un circuito eléctrico son representados graáficamente mediante símbolos elementalesaceptados por normas internacionales. Los esquemas de los circuitos eléctricos son dibujos simplificados que se utilizan para ver de forma clara y rápida como están conectados los circuitos.
 6. La Ley de Ohm
Son varias las leyes que han estudiado los circuitos eléctricos. Entre ellas destaca la del año 1827 cuando, de forma experimental, Georg Simon Ohm encontró la relación que se podía expresar de forma matemática entre las tres magnitudes más importantes de un circuito eléctrico: diferencia de potencial, intensidad de corriente y resistencia.
La ley de Ohm es la ley fundamental de la corriente eléctrica que dice:
"En un circuito eléctrico, la intensidad de la corriente que lo recorres directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia que este presenta".
Y se expresa de la siguiente manera:
V=R • I
En el siguiente juego interactivo puedes entender de una manera más gráfica la ley de Ohm.
7. La Ley de Joule
Cuando por un conductor circula corriente eléctrica, este se calienta y produce calor. Esto es debido a que parte deltrabajo que se realiza para mover las cargas eléctricas entre dos puntos de un conductor se pierde en forma de calor.
El año 1845, James Prescott Joule fue capaz de encontrar la ley que permite calcular este efecto, viendo que este trabajo disipado en forma de calor es:
Se expresa de la siguiente manera:
W = R • I 2 • t
El efecto Joule limita la corriente eléctrica que pueden transportar los cables de las conducciones eléctricas. Este límite asegura que la temperatura que pueden conseguir los cables no pueda producir un incendio. Una manera de asegurar que no supere el límite es utilizando un fusible: un dispositivo formado por un hilo de metal que va conectado en serie al circuito general de la instalación eléctrica. |
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