TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
1. INTRODUCCION. En el átomo existen las mismas cantidades de p+ (cargas positivas) que de e- (cargas negativas) por lo que el átomo es neutro, es decir no tiene carga eléctrica. Algunos están
de
e-
estos
débilmente
ligados al núcleo y no permanecen siempre en 6 p+ 6n
el mismo átomo, si no que pasan de átomo a átomo
moviéndose
erráticamente: son los electrones libres.
•
Conductores: son sustancias que poseen muchos e- libres. El movimiento errático de estos e- puede encauzarse en una dirección y conseguir un flujo electrónico, por esto son precisamente buenos conductores de electricidad. Por ejemplo: la plata el cobre y el aluminio.
•
Aislantes o dieléctricos: son sustancias cuya estructura atómica retiene fuertemente a los e- por lo que es difícil que por el interior de tales sustancias circule un flujo electrónico. Por ejemplo: la porcelana y el vidrio.
•
Semiconductores: tienen propiedades intermedias entre ambos. La cantidad de e- libres depende de determinados factores como el calor y la luminosidad. Por ejemplo: el germanio y el silicio.
2. CORRIENTE ELECTRICA. En condiciones normales, los e- libres de un conductor se mueven erráticamente en todas las direcciones, los campos producidos se anulan y no hay flujo de e- en una dirección determinada.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
1
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
Si se aplica una diferencia de potencial d.d.p. entre los extremos del conductor, los e- en conjunto son transportados a través del conductor constituyendo la corriente eléctrica. “ La corriente eléctrica es un movimiento de e- libres desde los puntos de menor potencial (-) a los puntos de mayor potencial (+). Cuando se conecta una batería (pila, dispositivo que crea una d.d.p. entre sus bornes) como se indica, los e- libres del conductor son repelidos por el terminal negativo (-) y atraídos por el terminal (+), originándose un flujo de ea través de dicho conductor: corriente eléctrica.
MOVIMIENTO DE e-
Por ejemplo: si la tensión, voltaje o potencial que tenemos en el punto A (borne positivo de la pila) es VA=2V y la tensión en el punto B (borne negativo de la pila) es de VB=3V, tenemos: •
Partiendo del punto A: d.d.p. VB – VA = 3 – 2 = 1V ganancia de tensión VA – VB = 2 –3 = -1V caída de tensión
•
Partiendo del punto B: d.d.p. VA – VB = 2 – 3 = -1V ganancia de tensión El signo – indica que el punto B esta a un potencial mayor. VB – VA = 3 –2 = 1V caída de tensión
2
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
La ganancia de tensión es igual a la caída de tensión pero con signo contrario.
3. INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA (I).
I = cantidad de carga eléctrica que cruza la sección transversal de un conductor en un segundo. Sentido convencional de la I: del + al –
1mA= 10-3 A 1µA= 10-6 A 1nA= 10-9 A 1pA= 10-12 A Peligro de muerte por electrocución = 100mA
4. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA. •
Transporte de energía: al circular la corriente por las líneas transporta energía eléctrica.
•
Produce calor: aprovechable por ejemplo para la producción de algunos electrodomésticos: planchas, estufas...
•
Magnetismo: cuando la corriente eléctrica circula por un conductor arrollado sobre una pieza de material magnético, este se magnetiza: esta es la base de funcionamiento de los electroimanes, motores y alternadores.
•
Acción química: la corriente eléctrica descompone los líquidos cuando circula a través de ellos, por ejemplo se utiliza para cargar baterías.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
3
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
Las conmociones eléctricas producidas en el cuerpo humano son debidas a la acción química de la corriente sobre las células. Aunque nos preocupa el voltaje como causa que produce las conmociones eléctricas, es la corriente la que produce el daño (los nervios son los mejores conductores del cuerpo humano).
5. DIFERENCIA
DE
POTENCIAL
d.d.p.
Y
FUERZA
ELECTROMOTRIZ f.e.m. Cuando no se mantiene la d.d.p. entre dos puntos la corriente cesa en cuanto los e- sobrantes del terminal negativo (-) alcanzan el terminal positivo (+) y se igualan los potenciales en ambos puntos. Es necesario un dispositivo llamado generador eléctrico, capaz de proporcionar una fuerza, f.e.m., que mantenga la d.d.p., efectuando el trabajo de transportar las cargas negativas del terminal positivo (+) al negativo (-) por el interior del generador. La f.e.m. es la causa y la d.d.p. el efecto. La f.e.m. es la fuerza que mantiene la d.d.p. Son generadores eléctricos: Pilas y acumuladores: transforman la energía química en eléctrica.
•
Alternadores y dinamos: transforman la energía mecánica en eléctrica.
+ -
B A T
T
E R Y
2
POLO POSITIVO POLO NEGATIVO
1
•
6. CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. Es la que proporcionan las baterías de acumuladores, fotovoltaicas.
4
pilas, Se
dinamos
caracteriza
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
y
células
porque
los
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
electrones libres siempre se mueven en el mismo sentido por el conductor con una intensidad constante. Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes). En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones), además cambia de sentido de circulación a razón de 50 veces por segundo. Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) varía con el tiempo en forma de onda senoidal, no es constante. Esta onda senoidal se genera 50 veces cada segundo, es decir tiene una frecuencia de 50Hz (hertzios), en EEUU es de 60Hz. Como vemos pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima que es de 325V. Es tan rápido cuando no hay tensión que los receptores no lo aprecian y no se nota. Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con los valores de la intensidad lógicamente, en lugar de los de la tensión. Por qué se dice que hay una tensión de 220V en los enchufes?. Como la tensión varia constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz. Este valor es el valor que debería tener en corriente continua para que produjera el mismo efecto sobre un receptor en corriente alterna. Es decir si conectamos un radiador eléctrico a 220V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima de 325V (tensión variable), en este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión de 220V, aunque realmente no sea un valor fijo sino variable.
Vef = Vmax / √2
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
5
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
7. RESISTENCIA ELECTRICA R. Es la oposición que todo conductor presenta al paso de la corriente eléctrica. •
Cuantos más e- libres tenga un conductor mayor será la carga que pueda desplazarse, luego mayor es la resistencia.
•
Cuanto mayor es la longitud de un conductor mayor es su resistencia.
•
Cuanto mayor es la sección transversal del conductor menor es su resistencia.
1mΩ = 10-3 Ω 1KΩ = 103 Ω 1MΩ = 106 Ω 1
2 R
R
Por ejemplo, hallar la R de un conductor de cobre de 2 Km de longitud y 3 mm2 de sección:
6
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
8. VARIACIÓN
DE
LA
RESISTENCIA
CON
LA
TEMPERATURA. Por lo general, la resistencia aumenta con la temperatura en los conductores metálicos. Este aumento depende del incremento de la temperatura y de la materia de que este constituido dicho conductor. Esto, a veces, es un inconveniente, por ejemplo, en las medidas eléctricas, que pueden verse distorsionadas por este fenómeno. Por esta razón, es conveniente utilizar materiales con un bajo coeficiente de temperatura para la construcción de aparatos de medida. En otros casos, este aumento de resistencia puede ser beneficioso, como por ejemplo, para medir temperaturas por medio de resistencias que posean un alto coeficiente de temperatura (termómetros electrónicos).
∆to = elevación de la temperatura en o C Ro = resistencia a 20o C Α = coeficiente de temperatura a 20o C R = RO (1 + α ∆to )
9. DISIPACIÓN DE LAS RESISTENCIAS. Al circular por una R una corriente de I amperios durante t segundos se desarrolla un trabajo y una cantidad de calor:
Esta energía se conoce como perdida por calentamiento o por efecto Joule. En la mayoría de los aparatos conviene que sea mínima, por que no se
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
7
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
utiliza y aumenta la temperatura de los mismos. En planchas, estufas,...se favorece este calentamiento. Los excesos de temperatura que se pueden producir en los conductores los pueden destruir inmediatamente. Este es el caso del cortocircuito (corriente muy elevada que no puede durar mucho tiempo porque destruye todos los elementos del circuito que se encuentran a su paso). El cortocircuito se produce cuando se unen accidentalmente las dos partes activas del circuito eléctrico: error de montaje, fallo de un aislamiento que separa las partes activas…). En un cortocircuito la intensidad de corriente que aparece es muy elevada, debido a que la única resistencia que aparece en el circuito es la propia de los conductores de línea. En el caso de que esta resistencia sea muy baja o cuando trabajamos con tensiones elevadas, pueden llegar a establecerse miles de amperios. Si esta fuerte intensidad no se corta inmediatamente, los conductores se destruyen por efecto del calor en apenas unos milisegundos. Se produce una sobrecarga cuando hacemos pasar por un conductor eléctrico más intensidad de corriente que la intensidad para la cual ha sido calculada la línea. Las sobrecargas pueden venir provocadas por conectar demasiados receptores en una línea eléctrica, por un mal funcionamiento del receptor que tiende a un mayor consumo eléctrico o por un motor eléctrico, que es obligado a trabajar a mayor potencia que la nominal. Las sobrecargas originan un aumento de intensidad por los conductores que, con el tiempo suficiente, puede llegar a provocar su destrucción por elevación de temperatura. Un fusible está compuesto por un hilo conductor de menor sección que los conductores de línea. En caso de una sobrecarga o cortocircuito, la intensidad se eleva a
valores
peligrosos
para
los
conductores de la línea y el fusible 8
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
que es más débil se funde debido al efecto Joule e interrumpe el circuito antes de que la intensidad de la corriente alcance esos valores peligrosos. Para que el hilo del fusible se caliente antes que los conductores de la línea, debe ser de mayor resistencia eléctrica (hilo de menor sección). Los fusibles están calibrados en amperios, que indican la intensidad que puede pasar por él sin fundirse.
10.
CLASIFICACION DE LAS RESISTENCIAS.
FIJAS
VARIABLES
RESISTENCIAS
Aglomeradas
DEPENDIENTES Potenciómetros de capa NTC (disminuye
De película de de carbón
temperatura)
carbón
PTC
De
Potenciómetros película bobinados
(aumenta
con
la
con
la
temperatura)
metálica
Potenciómetros
LDR (modifica su resistencia
bobinadas
multivuelta
en función de la intensidad
Potenciómetros miniatura
luminosa que incide sobre su superficie) VDR (modifica su resistencia en
función
del
potencial
aplicado a sus extremos) MDR (la resistencia depende de la inducción magnética a la que es sometida)
Existen tres tipos de resistencias, fijas, variables y dependientes. Resistencias fijas, se caracterizan por mantener un valor óhmico fijo, para potencias inferiores a 2 W suelen ser de carbón o de película metálica. Mientras que para potencias mayores se utilizan las bobinadas. ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
9
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
Resistencias variables, la variación puede ser rotativa o lineal.
Según la forma constructiva pueden ser bobinadas, para potencias grandes, o de pista de carbón. Cuando se varían con ayuda de una herramienta se denominan ajustables, mientras que cuando disponen variarlas
de
un se
vástago
para
denominan
potenciómetros.
Y a la vez pueden ser, de conexión vertical y ajuste horizontal, o de conexión horizontal y ajuste vertical.
10
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
Resistencias dependientes, existen cinco tipos de resistencias dependientes: NTC, PTC, LDR, VDR y MDR. NTC: Resistencia de coeficiente negativo de temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la misma
disminuye
su
valor
óhmico. Si nos pasamos de la temperatura máxima o estamos por debajo de la mínima se comporta de forma inversa. Se utiliza en aplicaciones relacionadas con la temperatura. PTC: Resistencia de coeficiente positivo de temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la misma aumenta su valor óhmico. En realidad es una NTC que aprovechamos su característica inversa entre dos valores de temperatura conocidos, T1 y T2
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
11
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
LDR: Resistencia dependiente de la
luz.
Cuando
intensidad
aumenta
luminosa
sobre
la la
misma disminuye su valor óhmico. Se
utiliza
en
relacionadas
con
aplicaciones la
intensidad
luminosa.
VDR: Resistencia dependiente de la tensión. Cuando aumenta la tensión en sus extremos disminuye su valor óhmico, y circula más corriente por sus extremos. Se utiliza como protección para evitar subidas de tensión en los circuitos. Cuando se supera la tensión de la VDR la corriente se marcha por ella y protege al circuito.
Los símbolos de estas resistencias son:
12
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
Los fabricantes, además de dar el valor en ohmios de las resistencias, indican la potencia de la misma en watios. La potencia indicada requiere unas condiciones de instalación que permita la ventilación del calor desarrollado fácilmente. Como en los aparatos electrónicos se acumulan muchas resistencias en un espacio muy reducido, sin buena
ventilación
deben
elegirse
resistencias
de
potencia
superior:
aproximadamente de 2 a 4 veces más que la necesaria. •
Bobinadas: potencia > 2W
•
Composición: potencia <=2W (1/4w, 1/2w,1w)
11.
CODIGO DE COLORES DE LAS RESISTENCIAS.
Para indicar el valor de una resistencia y la tolerancia (diferencia entre su valor real y su valor nominal) se emplean colores. A cada color le corresponde un número.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
13
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
Para determinar el valor de una resistencia se sitúa la resistencia con el anillo de tolerancia hacia la derecha; dicho anillo suele encontrarse más distanciado del resto. El primer anillo, comenzando desde la izquierda, indica la primera cifra del valor de la resistencia; el segundo anillo la segunda cifra, y en el caso de estar trabajando con una resistencia de 5 anillos, el tercero indicará la tercera cifra. A continuación se multiplica la cifra obtenida por el valor indicado en el multiplicador y obtendremos el valor de la resistencia. El último anillo, es decir, la tolerancia, indica los márgenes en los cuales podrá fluctuar el valor de la resistencia.
14
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
Por ejemplo, si tenemos una resistencia con los colores, rojo, violeta, amarillo y oro, colocados en este orden, dicha resistencia tendrá, el siguiente valor: Rojo=2
amarillo=104
violeta=7
oro=±5%
27 × 10000 = 270000 Ω = 270KΩ
12.
256500Ω 283500Ω
MEDIDA DE LA INTENSIDA. AMPERÍMETROS.
Los aparatos empleados para medir la I se llaman amperímetros: poseen dos terminales, uno marcado con el signo (+) y otro con el signo (-) que sirven para conectarlo a los circuitos.
Se debe conectar el amperímetro al circuito en serie: se corta uno de los hilos de la línea y se intercala entre los dos extremos cortados, uniendo la borna (+) del amperímetro con el trozo de hilo que va al (+) del generador y la borna (-) del amperímetro al trozo que va al (-) del generador. Si se invierten las tensiones la intensidad marcada será en sentido contrario).
+
A
-
1
1
50mA
2
5K 2
10V
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
15
TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.
2
10V
13.
1
A
50mA
5K
-
2
1
+
El amperímetro esta soportando toda la tensión de la batería. Un amperímetro no resiste las más pequeñas tensiones y si se conecta entre los dos hilos de una línea se quema.
MEDIDA DE TENSIONES. VOLTÍMETROS.
Se utiliza el voltímetro.
Hay que intercalarlo entre los dos hilos de la línea.
1
1
+
V
-
V
-
1
1
+
5K 2
2
10V
16
2
5K 2
10V
Hay que conectar los bornes del voltímetro con los del mismo signo del generador o de la carga.
El conductor interior del voltímetro esta calculado para que la corriente que circule por el mismo sea despreciable. Se quemaría.
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES.
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
1. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA. La corriente continua (C.C.) no varia con el tiempo ni de magnitud ni de sentido. Circula únicamente por un circuito cerrado que proporcione a los e - un paso continuo desde el terminal negativo (-) al positivo (+).
2. LEY DE OHM. Entre dos puntos de un circuito, la intensidad de corriente que circula es directamente proporcional a la tensión existente entre los mismos e inversamente proporcional a la resistencia que existe entre dichos puntos:
•
Amperio: intensidad de corriente que circula por un conductor de un ohmio cuando en sus extremos se aplica un voltio.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
1
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
•
Ohmio: Resistencia de un conductor cuando al aplicar entre sus extremos un voltio circula un amperio.
•
Voltio: tensión que debe existir entre extremos de un conductor de un ohmio para que circule un amperio.
Ejemplo 1: hallar la intensidad de la corriente que circula por un conductor de 0,08 Ω si entre sus extremos existe una tensión de 10 voltios.
0 ,0 8
-
2
10V
1
+
Ejemplo 2: hallar el valor de la resistencia de un conductor si al aplicarle entre sus extremos 10 V circula una corriente de 4 Amperios.
Ejemplo 3: ¿qué tensión hay que aplicar entre extremos de un conductor de 1 Kohmio para que por ella circule una corriente de 10 mA?.
3. CAIDA DE TENSIÓN. Dado el circuito:
2
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1). 1
2
100
-
2
150V
1
+
1
2
V
-
100
150V 2
150V
1
+
Con el conmutador abierto, medimos la tensión en los bornes del generador y obtenemos un valor de 150V.
A Si aplicamos la ley de Ohm para averiguar la intensidad que circula por R tenemos:
Sin embargo si cerramos el conmutador indicamos que el voltímetro indica 100V y el amperímetro 1 A. Por lo tanto ha habido una caída de tensión de 50V.
-
V
100
100V 2
150V
1
+
A •
1A Caída de tensión interna: la corriente también tiene que circular a través del generador y el interior del generador presenta una resistencia interna que no hemos tenido en cuenta: RG. Los 50V que han desaparecido han sido consumidos por la resistencia interna del generador.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
3
1
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
2
1
R G
150V
100V
100 2
+
V
A 1A
La RG es difícil de medir, pero fácil de calcular: basta dividir la diferencia entre las tensiones a circuito abierto (CA) y a circuito cerrado (CC) por la intensidad de corriente a circuito cerrado:
•
Caída de tensión externa: por la ley de Ohm sabemos que para hacer circular por los 100Ω una corriente de 1ª:
se emplean en el circuito exterior. Podemos comprobar que:
La caída de tensión entre dos puntos es la d.d.p. que debe existir entre dichos puntos para hacer circular una corriente por la porción de circuito considerado. La suma de las caídas de tensión a lo largo de un circuito es igual a la f.e.m.
4
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
La tensión de los generadores se puede expresar de dos formas: •
Como f.e.m., que es la tensión a circuito abierto o sin carga.
•
Como d.d.p., entre bornas, tensión a circuito cerrado o bajo cargas que es la tensión entre dichas bornas con el circuito cerrado.
En la mayoría de los casos que se presentan en electrónica solo interesa lo que ocurre en el circuito en funcionamiento. Así que no hace falta conocer la RG del generador para hallar la tensión entre bornes del mismo y la corriente que circula. Puede determinarse de la siguiente forma: •
Si se dispone de un amperímetro que mide 1ª:
•
Si se dispone de un voltímetro que mide 100V:
4. CORTOCIRCUITO Y CIRCUITO ABIERTO. Dos puntos están en cortocircuito cuando la R que los une es extremadamente pequeña. La intensidad de corriente es muy grande cuando la R tiende a cero. En tal caso el calore desprendido por efecto Joule es muy grande y existe peligro de incendio por fusión de los conductores. Para evitar accidentes, debido a la fusión de los conductores, se utilizan fusibles, que son hilos o laminas de aleación plomo-estaño con una
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
5
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
temperatura de fusiรณn baja. Se instalan en los circuitos en sitios convenientes y al fundirse abren el mismo evitando peligro de incendio. F1
Si un circuito presenta alguna discontinuidad en uno de sus puntos que impide el paso de la corriente se dice que esta en circuito abierto.
5. CIRCUITOS SERIE. Un circuito serie es aquel en el que la corriente total, para cerrar su camino hacia el generador, ha de pasar por cada uno de los componentes del circuito.
R 1
R 2
+
BAT
T
ER Y -
R 3
R 4 โ ข
La resistencia total de todo el circuito es igual a la suma de las resistencias.
6
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
•
La corriente es la misma en cualquier punto del circuito.
•
La suma de las caídas de tensión entre las resistencias es igual a la tensión aplicada.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
7
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
V3 R 3 270
22V
+
R 2
I=0,02A A
560
V2
R 1 270 V1
La caída de tensión en cada una de ellas puede medirse conectando un voltímetro entre sus extremos o calcularse por la ley de Ohm: Sabemos que la resistencia total es:
Por lo tanto la intensidad que circula:
Aplicando la ley de Ohm a cada una de las resistencias:
Si sumamos las caídas de tensión parciales:
8
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
6. CIRCUITOS PARALELOS O EN DERIVACIÓN. La corriente del generador, I1 + I2, sale de A y se divide en D: I1 circula por R1 e I2 por R2 reuniéndose en C. Desde este punto hasta B, y por el interior del generador, entre B y A, circula de nuevo la corriente total. En la practica puede existir cualquier numero de caminos o ramas: tales ramas forman un circuito paralelo o en derivación.
•
Cuando varias resistencias están conectadas en paralelo, la tensión aplicada a cada una de ellas es la misma. Podríamos comprobarlo conectando un voltímetro a cada una de las resistencias y al generador.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
9
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
•
La corriente total que circula por un circuito con varias resistencias en paralelo es igual a la suma de las que circulan por cada una de las resistencias.
•
La resistencia efectiva o equivalente del circuito puede calcularse por la ley de Ohm. Es siempre menor que la menor de las resistencias. Para una tensión aplicada de 9v y una corriente de 0,2A tenemos:
v
A
+ -
B
9V
A
R T
45
IT=0,2A
7. CALCULO DE LA RESISTENCIA EFECTIVA. Si necesitamos conocer la resistencia efectiva de un circuito paralelo sin conocer la tensión o la corriente: 10
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
•
Método de desiguales:
•
Método del producto partido por la suma de dos resistencias desiguales:
•
Método de las resistencias iguales. La resistencia efectiva de varias resistencias iguales agrupadas en paralelo se obtiene dividiendo el valor de una por el numero de las mismas:
las
inversas
para
varias
resistencias
8. POTENCIA Y ENERGIA ELECTRICA. Potencia es el trabajo realizado en un segundo:
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
11
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
Se define el vatio como la potencia consumida entre dos puntos cuando al aplicarles una tensión de un voltio circula una corriente entre los mismos de un amperio. Ejemplo: ¿qué intensidad puede circular por una resistencia de 100Ω de 4w de potencia?
Se emplean también:
Como potencia es la velocidad con que se realiza un trabajo, la energía total consumida vendrá dada por:
Comercialmente se utiliza el kilovatio × hora, que es la energía consumida en una hora a razón de un kilovatio cada segundo:
12
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
ACTIVIDADES: 1. 2. 3. 4.
¿Qué es la resistencia eléctrica?. Señala algunos factores que influyan en la resistencia eléctrica. ¿Qué es la resistividad?. ¿Cuanto vale la resistencia de un hilo de aluminio de 2 Km. de longitud y 2mm 2 de sección?. Resistividad del aluminio = 0,0283Ω × mm2/ m. 5. La resistencia de un conductor de cobre es de 100Ω a 0ºC, ¿cuál es su resistencia a 50ºC?.acobre=0,00427 6. ¿Qué colores utilizaríamos para indicar las siguientes resistencias: • • • • • • • • •
100Ω 10Ω 1MΩ 500Ω 180Ω 1kΩ 390Ω 6k8 4k7
7. ¿Qué corriente circula por un conductor que tiene una resistencia de 6Ω si se le aplica una tensión de 48v?. 8. ¿Cuál es la resistencia de una lámpara eléctrica por la que circula una corriente de 1A cuando se aplica una tensión de 110v?. 9. ¿Cuántos voltios son necesarios para producir una corriente de 1,5A a través de un timbre eléctrico cuya resistencia es de 6Ω?. 10. ¿Qué se entiende por caída de tensión entre dos puntos?. 11. ¿Por qué la tensión entre bornas de un generador no es la misma a circuito abierto que a circuito cerrado?. 12. ¿De cuantas formas se puede expresar la tensión de un generador?. 13. ¿Cuándo existe cortocircuito entre dos puntos de un circuito eléctrico?. 14. Hallar los valores de las magnitudes que se indican en los circuitos siguientes: •
RT, I1, I2, E2, suma de las caídas de tensión
+ 12V
R 1
E
120
R 2 470 •
E1, E3, I3, R2, R3. ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
13
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
R1 100 + 60V
R3
E T -
IT=0,5A R2
E2=2V 15. En la figura siguiente aparecen 3 lámparas y una batería. Conecta las lámparas en serie con la batería. Si cada filamento tiene una resistencia de 20Ω y están fabricados para que circule por ella una corriente de 0,3A , ¿cuál debe ser la tensión de la batería?. LA M P 1 LA M P 2 LA M P 3
+
-
16. Deducir en el circuito de la figura la resistencia que conectada al generador produzca el mismo efecto que las tres que aparecen en el circuito.
+ 16V
R 1 120
R2 150
R3 100
17. Deducir del esquema el valor de las corrientes que circulan por cada resistencia, las caídas de tensión en las mismas y el valor de la resistencia equivalente del conjunto.
+ 10V -
R2 180
R3 180
R 1 10
14
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
18. En la figura siguiente aparecen 3 lámparas y una batería. Conecta las lámparas en paralelo con la batería. Si cada filamento tiene una resistencia de 20Ω y están fabricados para que circule por ella una corriente de 0,3A , ¿cuál debe ser la tensión de la batería?. LA M P 1 LA M P 2 LA M P 3
+
-
19. Deducir de la figura reproducida los siguientes valores: • Caída de tensión en RA. • RA. • RE. • Caída de tensión en RC. • Corriente que circula por RD. • RC. • Corriente que circula por RB.
20. Deducir para cada uno de los circuitos siguientes los valores que se indican: •
RT, IT, IA, IB, IC, ID, caída de tensión en cada rama.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
15
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
RA 68
+ E =12V
RB 47
R C 82
-
16
•
RT, IB, IC, ID, RD, RA, I3.
•
EA, EB, ED, IB, ID, RC.
•
EA, EC, RB, IC, IE, EE, ED, RD.
ELEMENTOS DE SITEMAS DE TELECOMUNICACIONES
RD 56
TEMA 2: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (1).
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.
17
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
1. LEY DE OHM APLICADA A UN GENERADOR. Los generadores son capaces de convertir la energía eléctrica a otra forma de energía y mantener una d.d.p. entre sus bornas: por ejemplo, las pilas transforman la energía química en energía eléctrica, los alternadores y dinamos transforman la energía mecánica en eléctrica.
Por el principio de conservación de la energía:
2. LEY DE OHM APLICADA A UN RECEPTOR. Los receptores realizan la operación inversa a la de los generadores: absorben energía eléctrica transformándola en energía mecánica (motores), energía calorífica (lámparas...). cuando son atravesados por una corriente eléctrica se crea en ellos una f.c.e.m. (e) en sentido opuesto a la f.e.m. del generador.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓNES
1
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
3. LEY DE OHM GENERALIZADA.
Un generador de f.e.m. Eg alimenta a un receptor que genera una f.c.e.m. (e):
Por el principio de conservación de la energía tenemos:
Ley de Ohm generalizada: “La f.e.m. del generador menos la f.c.e.m. del receptor es igual a la caída de tensión total que se produce en un circuito.”
4. AGRUPAMIENTO DE GENERADORES IGUALES. 2
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
•
SERIE: E G
E G RG
EG=nEG
E G
I
RG=nRG
RG
RG I
I
I
La f.e.m. total es igual a la suma de las parciales. La RG del conjunto es igual a la suma de las parciales. La I del conjunto es la misma que la de cada uno de los componentes. •
PARALELO: I
I
E G
E G
I
E G
E G I=nI
RG
R G
R G
RG=RG/n
La f.e.m. total es igual a la de uno de los componentes. La RG total es igual a la de uno de los componentes dividida por el numero de los mismos. La I total es la suma de las que proporciona cada componente. •
PARALELO – SERIE: E G RG I
E G RG
E G I
E G
RG
R G I
E G RG
E G R G
La f.e.m. del conjunto es igual a la suma de las de una serie. La I total es igual a la suma de las que proporciona cada serie. La RG total es igual a la de una serie dividida por el numero de estas. Ejemplo 1: ¿qué corriente suministran 5 pilas de 1,5V y 0,2Ω de resistencia interna a una resistencia de 33Ω conectadas en:
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓNES
3
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
1. Paralelo: +
1 ,5 V
-
+
1 ,5 V
-
R G
0 ,2
+
1 ,5 V
-
R G
0 ,2
+
+
1 ,5 V
-
RG
0 ,2
RG
1 ,5 V
0 ,2
R G
R
33
-
RG
0 ,2
2. Serie: + 1 ,5 V
-
R G
+
0 ,2
1 ,5 V
-
R G
+
0 ,2
1 ,5 V
-
R G
+
0 ,2
1 ,5 V
-
RG
+
0 ,2
1 ,5 V
0 ,2 R
Ejemplo 2: dos series de 4 pilas, cada una de f.e.m. igual a 1,5V y resistencia interna igual a 0,2Ω se conectan en paralelo. ¿Qué corriente proporciona el conjunto a un circuito cuya resistencia exterior es de 18Ω?.
4
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
33
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
+ R G + R G
R G
RG
RG
R G + -
1 ,5 V 0 ,2
1 ,5 V 0 ,2
+ -
1 ,5 V
1 ,5 V 0 ,2
+ -
1 ,5 V
0 ,2 + -
R G
0 ,2
0 ,2 + -
+ -
1 ,5 V
RG
1 ,5 V
R
18
0 ,2 1 ,5 V 0 ,2
5. LEYES DE KIRCHHOFF. 1ª LEY: “En todo lazo cerrado, la suma algebraica de las f.e.m. encontradas es igual a la suma algebraica de los productos. R × I, de las resistencias que forman el lazo por las intensidades de corriente que recorre cada una”.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓNES
5
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
2ª LEY: “En todo nudo la suma de las corrientes que convergen es igual a la suma de las corrientes que se separan”.
Aplicación de las leyes de Kirchhoff: 1. indicar sobre cada conductor del circuito el sentido en el que se supone circula la corriente positiva. 2. recorrer cada lazo del circuito en el sentido de las agujas del reloj. Cada producto R×I se tomará con signo positivo si se pasa por la R en el sentido que se supuso anteriormente para la corriente y negativo si se pasa en sentido contrario. 3. la f.e.m. se considerará positiva si su sentido es el mismo que el escogido para recorrer el lazo; en caso contrario se toma negativa. 4. deben obtenerse tantas ecuaciones como lazos independientes haya. Dos lazos son independientes cuando al recorrer uno de ellos se encuentran elementos que no pertenecen al otro. Ejemplo: deducir del esquema las corrientes que circulan por cada resistencia y sus sentidos:
6
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
6. TEOREMA DE THEVENIN.
La corriente que circula por la R exterior RL es la misma que si sustituimos la red por un solo generador de tensión cuya f.e.m. fuera el valor de la d.d.p. entre a y b en circuito abierto (sin resistencia exterior RL) y cuya resistencia interna fuera la resistencia medida entre a y b cortocircuitando los generadores de la red y sin la resistencia RL.
Ejemplo: calcular la corriente que circula por RL por el procedimiento convencional y aplicando el teorema de Thevenin: R 3 + E 1=22V 330
a
120 220
R2
100
R L
R1 b
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓNES
7
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
7. TEOREMA DE NORTON.
La tensi贸n en bornes de la resistencia exterior es la misma que si sustituy茅ramos la red por un solo generador de intensidad, en el cual el valor de la intensidad del generador es el que circule por los puntos a y b estando estos en cortocircuito, y cuya resistencia interna fuera la medida entre a y b cortocircuitando los generadores de la red y sin la resistencia exterior.
Ejemplo: calcular la corriente que circula por RL por el procedimiento convencional y aplicando el teorema de Norton:
8
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
R 3 120
+ E 1=22V 330
a
220
R 2
100
R L
R1 b
8. ECUACIONES DE KENNELLY. Existen
determinadas
configuraciones
de
resistencias
que
para
resolverlas es necesario transformar una estrella en triangulo o viceversa.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIĂ&#x201C;NES
9
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
•
TRIANGULO EQUIVALENTE:
•
ESTRELLA EQUIVALENTE:
Ejemplo: calcula la corriente que suministra la batería:
10
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓNES
11
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
1. Hallar las corrientes que circulan por cada una de las ramas del circuito y la caída de tensión en R3:
2. Hallar las corrientes que circulan por cada resistencia así como la caída de tensión en las mismas: R 1 R2 100
24V
120
180
R 3
10V
5V
R4 130
3. Hallar las corrientes I1, I2 e I3 así como V24.
4. Hallar el equivalente de Thevenin y de Norton en el circuito anterior. 5. Calcula la corriente que suministra la batería y la resistencia equivalente del circuito.
12
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
TEMA 3: CIRCUITOS RECORRIDOS POR CORRIENTE CONTINUA (2).
6. Calcular la resistencia exterior RL que hay que conectar en siguiente circuito sabiendo que por ella circula una corriente de 50mA.
ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓNES
13