Revista educativa física 2

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

"Un Circuito Eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre si por los que puede circular una corriente eléctrica".

La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto, cualquier circuito debe permitir el paso de los electrones por los elementos que lo componen.

Solo habrá paso de electrones por el circuito si el circuito es un circuito cerrado.

Los circuitos eléctricos son circuitos cerrados, aunque podemos abrir el circuito en algún momento para interrumpir el paso de la corriente mediante un interruptor, pulsador u otro elemento del circuito.

C I R C U I T O R C S E R I E

Un circuito RC en serie es un circuito eléctrico compuesto de resistencias y condensadores. La forma más simple de circuito RC es el circuito RC de primer orden, compuesto por una resistencia y un condensador. Los circuitos RC pueden usarse para filtrar una señal alterna, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras.

El voltaje entregado VS es igual a la suma fasorial de la caída de voltaje en el resistor (Vr) y de la caìda de voltaje en el capacitor (Vc). Esto significa que cuando la corriente está en su punto más alto (corriente pico), será así tanto en el resistor como en el capacitor. Pero algo diferente pasa con los voltajes. En el resistor, el voltaje y la corriente están en fase (sus valores máximos y mínimos coinciden en el tiempo). Pero el voltaje en el capacitor no es así

En un circuito RC paralelo, el valor del voltaje es el mismo en el condensador y en la resistencia. La corriente (corriente alterna) que la fuente entrega al circuito se divide entre la resistencia y el condensador. (It = Ir + Ic).

La corriente que pasa por la resistencia y la tensión que hay en ella están en fase debido a que la resistencia no causa desfase. La corriente en el capacitor / condensador está adelantada con respecto a la tensión (voltaje), que es igual que decir que el voltaje está retrasado con respecto a la corriente.

C I R C U I T O R C P A R A L E L O

CIRCUITO RL

Son aquellos circuitos que poseen una resistencia (R), un inductor o bobina como solenoide (L) y un ferm (fuerza motriz) o fuente de voltaje. ahora a medida que la corriente avanza por el circuito, el inductor se comienza a cargar y comienza a generar una corriente eléctrica en el sentido opuesto. En partículas en este tipo de circuitos, no existen cambios bruscos de corriente.

CIRCUITO RL EN SERIE

Un circuito RL, se tiene una resistencia y una bobina en serie, La corriente en ambos elementos es la misma, la tensión en la bobina esta en fase con la corriente que pasa por ella, pero el voltaje en la bobina esta adelantado a la corriente que pasas por ella en 90° (ejemplo de circuito en serie)

CIRCUITO RL EN PARALELO

En un circuito RL Paralelo el valor del voltaje es el mismo para la resistencia y para la bobina.

La corriente que pasa por la resistencia esta en fase con el voltaje aplicado, en cambio en la bobina la corriente se atrasa 90° con respecto al voltaje. Su formula es V=VR= VL

CIRCUITO LC

Es un circuito eléctrico formado por una bobina representada por la letra L y un condensador eléctrico representado por la letra C, los cuales se encuentran conectadas entre si. el circuito actúa como un resonador eléctrico, como una analogía eléctrica un diapasón, basados en el almacenamiento de energía oscilante a la frecuencia de resonancia del circuito

CIRCUITO LC EN PARALELO

Al estar el condensador y la bobina en paralelo, la energía almacenada por el campo eléctrico del condensador (en forma de cargas electrostáticas), es absorbida por la bobina, que la almacena en su campo magnético, pero a continuación es absorbida y almacenada por el condensador; nuevamente en forma de campo eléctrico; para ser nuevamente absorbida por la bobina, y así sucesivamente. Esto crea un vaivén de la corriente (cargas eléctricas) entre el condensador y la bobina. Este vaivén constituye una oscilación electromagnética, en la cual el campo eléctrico y el magnético son perpendiculares entre sí, que cuando el campo magnético de la bobina está en su punto máximo, el campo eléctrico almacenado en el condensador es cero, y que cuando el campo eléctrico en el condensador es máximo, no existe campo magnético en la bobina.

CIRCUITO RLC

En electrodinámica, un circuito RLC es un circuito lineal que contiene una resistencia eléctrica, una bobina y un capacitor.

Existen dos tipos de circuitos RLC, en serie o en paralelo, según la interconexión de los tres tipos de componentes. El comportamiento de un circuito RLC se describe generalmente por una ecuación diferencial de segundo orden (en donde los circuitos RC o RL se comportan como circuitos de primer orden).

C I R C U I T O

Se tiene un circuito compuesto por un capacitor C, una inductancia y una resistencia conectadas en serie a un generador de funciones.

Un circuito en serie RLC que contiene una resistencia de 12Ω , una inductancia de 0,15H y un condensador de 100uF están conectados en serie a través de una 100V, 50Hz. Calcular la impedancia total del circuito, la corriente de los circuitos, factor de potencia y dibujar el diagrama de fasores de tensión.

R L C S E R I E

En un circuito que presenta los tres elementos conectados en paralelo, la tensión total aplicada el circuito es la misma que la que tenemos en bornes que cada elemento, mientras que la intensidad que circula para cada uno de ellos es distinta y depende de los efectos de la R, de la L y de la C

R C U I T O R L C E N P A R A L E L O

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor, cuya circulación, define la fuerza electromotriz del generador.

La fuerza electromotriz (f.e.m) es la manifestación, en términos de diferencia de potencial eléctrico, de una corriente eléctrica inducida debida a una variación temporal del flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado (que no significa superficie cerrada) conforme la ley de Lenz-Faraday.

Por tanto, la f.e.m. no es una fuerza como tal, aunque es la causante del transporte de carga de un punto a otro (corriente eléctrica) mediante fuerzas no conservativas. La f.e.m. se define positiva pero, como ocurriera con la d.d.p., puede tener signo negativo si se mide en sentido contrario al movimiento natural de las cargas.

F U E R Z A E L E C T R O M O T R I Z

La ley de Faraday anunció que:

El valor de la fuerza electromotriz (fem) inducida en el conductor limita la superficie atravesada por el flujo magnético, depende de la rapidez de la variación del flujo magnético. Es decir, cuando más rápido cambia el flujo magnétcio mayor es la corriente inducida en la bobina.

Fuerza electromotriz inducida:

La fuerza electromotriz de un circuito es igual a la variación con respecto al tiempo (t) del flujo que atraviesa dicho circuito:

I N D U C I D A

También es igual a la velocidad por el valor del campo mágnetico y por la longitud del conductor. Su resultado lo obtenemos en voltios

U E R Z A E L E C T R O M O T R I Z

EJEMPLOS:

Un conductor de 0.8m de longitud se desplaza perpendicularmente a un campo magnético uniforme de 5*10^-2 wb/m`2 con una velocidad de 8m/s. Calcular:

a)¿Qué Fem existe en los extremos de la varilla?

b)¿Cuál es el valor de la corriente inducida si el conductor se conecta a un circuito donde se encuentra una resitencia de 2 ohmios?

Literal A

I N D U C I D A

Literal B

U E R Z A E L E C T R O M O T R I Z

EJEMPLOS:

El imán a cierta distancia de la espira establece a través de ella un flujo. Al acercar rápidamente el imán a la espira, el flujo varía.Si esta variación se produjo en un intervalo de tiempo de 0.10 segundos.Determine:

a.-El valor de la F.e.m. inducida en la espira mediante la ley de Faraday.

b.- Sabiendo que la resistencia de la espira es de 3 ohmios, calcule la corriente inducida:

I N D U C I D A

CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

Se llama corriente alterna (CA) al tipo de corriente eléctrica más empleado domésticamente, caracterizado por oscilar de manera regular y cíclica en su magnitud y sentido. La manera más usual de representarla es mediante una gráfica (sobre un eje x/y) en forma de ondas sinusoidales.

CORRIENTE ALTERNA EJEMPLOS

corriente alterna es la más utilizada en nuestra vida. Se la genera de diversos modos, en centrales eléctricas (hidroeléctricas, eólicas, nucleares, etc ) y mediante el uso de alternadores (como los de los automóviles), que aprovechan la corriente directa proveniente de baterías y otros acumuladores, para generar corriente alterna mediante inducción magnética (cambios continuos de polaridad en el campo eléctrico del material conductor).

C I R C U I T O D E

Los circuitos de corriente alterna o CA son simplemente circuitos alimentados por una fuente alterna, ya sea de corriente o de tensión. Una tensión o corriente alterna es aquella en la que la cantidad de la tensión o de la corriente se altera en torno a un valor medio distinto y se invierte el sentido periódicamente.

¿CÓMO SE ANALIZA UN CIRCUITO ELÉCTRICO?

La Ley de Ohm es la ley más importante en el análisis de circuitos. Tensión=Resistencia*Corriente (V=IR) indica que la tensión a través de un elemento es igual a la corriente del elemento por la corriente que fluye a través del elemento. La cantidad de potencial eléctrico medida en voltios se denomina tensión (V).

C O R R I E N T E A L T E R N A

I R C U I T O D E

Calcular los valores de impedancia, intensidad, tensiones en todos los receptores, potencia activa, reactiva y aparente del siguiente circuito en serie RLC:

Se empieza a calculando la reactancia inductiva con su fórmula:

Sustituimos los valores de la frecuencia y del coeficiente de autoinducción (en henrios) y operamos:

La reactancia capacitiva la calculamos con la siguiente fórmula:

Sustituimos los datos de la frecuencia y de la capacidad (en faradios) y operamos:

En este circuito, la reactancia inductiva es mayor que la reactancia capacitiva:

C O R R I E N T E A L T E R N A

Por lo que el triángulo de impedancias queda:

I R C U I T O D E

Del triángulo de impedancias obtenemos la fórmula para calcular la impedancia:

Sustituimos los valores de la resistencia, la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva y operamos:

Calculamos también el ángulo φ a partir del coseno:

Sustituimos valores de R y Z y operamos:

Realizamos la inversa del coseno y operamos, obteniendo el valor del ángulo φ :

Una vez tenemos calculada la impedancia, podemos calcular la intensidad del circuito dividiendo la tensión total entre la impedancia:

Sustituimos la tensión y la impedancia por sus valores y operamos:

C O R R I E N T E A L T E R N A

C I R C U I T O D E

Pasamos ahora a calcular las tensiones del circuito

La tensión en la resistencia la calculamos multiplicando la intensidad por la resistencia:

Sustituimos valores y operamos: La tensión en la bobina la calculamos multiplicando la intensidad por la reactancia inductiva:

Sustituimos valores y operamos:

Multiplicamos la intensidad por la reactancia capacitiva para obtener la tensión en el condensador:

Sustituimos valores y operamos: A partir del triángulo de potencias:

calculamos las diferentes potencias del circuito.

Empezamos calculando la potencia aparente multiplicando la tensión total por la intensidad:

C O R R I E N T E A L T E R N A

La potencia activa es igual a la potencia aparente por el coseno de φ:

I R C U I T O D E

Y la potencia reactiva total la calculamos multiplicando la potencia aparente por el seno de φ:

El diagrama vectorial queda de la siguiente forma:

C O R R I E N T E A L T E R N A

ECUACIONES DE MAXWELL

Las ecuaciones de Maxwell se pueden formular de distintas maneras. Se pueden formular de forma integral o de forma diferencial y también se pueden expresar dependiendo de si la onda se propaga por el vacío o por un material.

¿QUIÉN FUE SU CREADOR?

Fue un matemáticoy científico escocés Su mayor logro fue la formulación de la teoría clásica de la radiación electromagnética, que unificó por primera vez la electricidad, el magnetismo y la luz como manifestaciones distintas de un mismo fenómeno. Las ecuaciones de Maxwell, formuladas para el electromagnetismo, han sido ampliamente consideradas la “segunda gran unificación de la física”, siendo la primera aquella realizada por Isaac Newton.

JAMESCLERKMAXWELL IMPORTANCIA

La importancia de las ecuaciones de Maxwell es que nos permiten evaluar el comportamiento del campo electromagnético en una región del espacio o en un material, lo cual es la base del estudio de la electricidad y el magnetismo, los circuitos eléctricos y electrónicos, la luz visible, y las ondas radioeléctricas que nos permiten tener sistemas, como el radar, la televisión, los hornos de microondas, la telefonía celular, las comunicaciones satelitales y las comunicaciones en misiones espaciales

LEYDEGAUSSPARAELECTRICIDAD

LEYDEGAUSSPARAMAGNETISMO

LEYDEINDUCCIÓNDEFARADAY

LEYDEAMPERE

A X W

L

Las ecuaciones de Maxwell son un total de ocho ecuaciones escalares (tres para cada uno de los rotacionales de los campos eléctrico y magnético y una para las divergencias).

Maxwell reescribió estas ecuaciones integrales en forma diferencial haciéndolas compatibles. De este modo apareció la llamada corriente de desplazamiento definida como:

Entonces las ecuaciones en el sistema internacional (de forma diferencial) son:

La ley de Ampère se encontró que esta última ecuación, juntamente con la ley de Faraday conducían a un resultado que violaba el principio de conservación de la carga, con lo cual decidió modificarla para que no violase este principio dándole la forma

FUERZADELORENTZ

C U A C I O N E S D E M A X W E L L

LAS ECUACIONES DE MAXWELL PARA MEDIOS MATERIALES SON: LEYDEGAUSS

LEYDEFARADAY

LEYDEGAUSSPARA ELCAMPOMAGNÉTICO

LEYDEAMPÈREMAXWELL

Esta versión de las ecuaciones es equivalente a la del vacío, pero para ser completas, deben ser suplementadas con relaciones constitutivas, propias de cada medio material:

E M A X W E L L

Cuando estamos en el vacío podemos suponer que no existen fuentes y las ecuaciones de Maxwell nos quedan de la forma:

FUENTES BIBLIOGRAFICAS

hhttps://n9.cl/qay9g

https://n9.cl/02j01

https://n9.cl/j1szm

https://n9.cl/1ux5s

https://n9.cl/ktq0j

https://n9.cl/dq5k

https://n9.cl/ftse9

https://n9.cl/8jk2x

https://n9.cl/mf3ye

https://n9.cl/vub9r

https://n9.cl/yc9t

ttps://n9.cl/5eljxs