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ESCUELA DE INGENIERIAS ELECTRICA ELECTRONICA Y DE TELECOMUNICACIONES

ESCUELA DE INGENIERIAS ELECTRICAELECTRONICA Y DE TELECOMUNICACIONES

CIRCUITOS ELECTRICOS I

Docente: Harbey Alexander Millan Cardenas

Clase 1.2

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

21 de agosto de 2014


Indice

1 CIRCUITOS ELECTRICOS EN INGENIERIA

2 CIRCUITO ELECTRICO

3 SISTEMA DE UNIDADES

4 CARGA Y CORRIENTE ELECTRICA

5 CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

6 EJEMPLOS 01

7 TENSION

8 POTENCIA Y ENERGIA

9 EJEMPLOS 02

10 ELEMENTOS DE CIRCUITOS

11 EJEMPLOS 03

12 BIBLIOGRAFIA


CIRCUITOS ELECTRICOS EN INGENIERIA

1. CIRCUITOS ELECTRICOS EN INGENIERIA

Los circuitos electricos son fundamentales para las ingenieras, enespecial Electrica y Electronica. Campos de profundizacion en in-geniera como Automatizacion, Control, Bio-ingeniera, Comunica-ciones, Instrumentacion, Maquinas Electricas, Electronica Industrial,Energa Fotovoltaica, .... entre otras...

necesitan de bases y conocimientos fuertes en Circuitos electricosjunto con la Teora Electromagnetica. Estas dos teoras son el primerescalon fundamental para el desarrollo de otros campos.



2.CIRCUITO ELECTRICO

Definicion (Circuito Electrico)

Un circuito electrico es una interconexion de elementos electricos.

Las interconexiones de elementos electricos pueden ser complejas osimples, dependiendo del numero elementos inter-conectados y sucomportamiento Ejemplos de ello pueden ser un simple circuito contransistores, diodos o un compleja red de transmision de energa.




Figura: 1. Circuito Electronico simple




Figura: 2. Casa Auto sostenible



3. SISTEMA DE UNIDADES

Figura: 3. Sistema de Internacional de Unidades



3. SISTEMA DE UNIDADES

Figura: 4. Prefijos



4.CARGA Y CORRIENTE ELECTRICA

Definicion (Carga)

carga es una propiedad de las partculas atomicas de las que secompone la materia, medida en Coulombs (C)

Figura: 5.Atomo




Sobre la carga electrica:

La carga del electron es negativa con un valor de1,602e19 (C)En 1 Coulombio hay 6,24e18 (electrones)La carga no se destruye ni se crea, solo se transfiere (ley deconservacion.)




Definicion (Corriente Electrica)

Es la razon de cambio de la carga con respecto al tiempo, medidaen Ampers (A)

Figura: 6.Corriente Electrica en un circuito basico




Matematicamente, la corriente electrica puede ser expresada de lasiguiente forma:

i(t) =dq

dt

Por lo tanto

1 amperio =1 Coulomb

Segundo[A]




Integrando ambos miembros de la ecuacion anterior, se determinala carga transferida en un intervalo de tiempo definido.

Q(t) =

tt0

i(t)dt


CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

5. CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

Definicion (Corriente Directa )

Una corriente directa (CD) es aquella que permanece constante enel tiempo.

Figura: 7. Corriente Directa



5. CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

Definicion (Corriente Alterna )

Una corriente directa (CA) es aquella que varia senoidalmente conel tiempo.

Figura: 8. Corriente Alterna



5. CONVENCION DE SIGNOS

Por convencion, se acepta que la corriente electrica es el flujo decargas positivas, pero en realidad es el flujo de cargas negativas.Por lo tanto, el signo de la corriente se asocia a la direccion de lacorriente, esta direccion es relativo.

Figura: 9. Convencion de Signos


EJEMPLOS 01

6. EJEMPLOS 01

1 Cuanta carga representan 4600 electrones?

2 Calcule la cantidad de carga representado por dos millones deelectrones

3 La carga total que entra a una terminal esta determinada porq(t) = 5t sin(4pit) mC. Calcule la corriente en t=0.5 seg.

4 La corriente que fluye a traves de un elemento es

Calcule la carga que entra al elemento en el intervalo de tiempo t= 0 seg a t = 2 seg (Rta = 6.667 C)


TENSION

7. TENSION

Definicion

Tension (o diferencia de potencial) es la energa requerida para mo-ver una carga unitaria a traves de un elemento, medida en volts(V).

Matematicamente la tension se expresa de la siguiente forma:

vab =dw

dq

Donde vab es la diferencia de potencial entre dos puntos (a y b)medida en voltios [V], w es la energa en Joules [J] y q es la cargaen Coulombs (C).


TENSION

7. TENSION

Por lo tanto

1[V ] =1[J ]

1[C]=newtonmetro

coulomb

La diferencia de potencial vab tiene una polaridad asociada (+) y(-), y se puede interpretar que el punto a tiene un valor de vab mayorque el punto b.

Figura: 10. Diferencia de potencial entre dos putos


POTENCIA Y ENERGIA

8. POTENCIA Y ENERGIA

Definicion

Potencia es la variacion respecto del tiempo de entrega o absorcionde energa medida en (W)

Matematicamente la potencia se expresa de la siguiente forma:

p =dw

dt

Donde P es la potencia medida en vatios (W), w es la energa enJoules [J] y t es el tiempo en (Seg).


POTENCIA Y ENERGIA


hasta este momento se tiene la definicion de carga, corriente y ten-sion. Observando la expresion matematica de la potencia, es posibledefinir la siguiente expresion:

p = v(t) i(t) = dwdq

dqdt

=dw

dt

Donde P es la potencia medida en vatios (W), w es la energa enJoules [J] y t es el tiempo en (Seg).


POTENCIA Y ENERGIA


La expresion anterior se denomina Potencia instantanea. La potenciasuministrada o absorbida depende de la polaridad de la tension enlos terminales de un elemento y del flujo de la corriente a traves delelemento. Por lo tanto, al multiplicar la tension v(t) en los terminalespor el flujo de corriente i(t), se tendra una potencia asociada p(t),si es de signo negativo (-) se esta suministrando energa al elementoo si el signo es positivo (+) el elemento absorbe energa.


POTENCIA Y ENERGIA


Definicion.

La convencion pasiva de signos se satisface cuando la corriente entrapor la terminal positiva de un elemento y p = +vi. Si la corrienteentra por la terminal negativa, p = vi.


POTENCIA Y ENERGIA


Figura: 10. Absorcion de potencia signo (+)

Figura: 11. Absorcion de potencia signo (-)


POTENCIA Y ENERGIA


La ley de la conservacion de la energa se debe cumplir en un circuitoelectrico

Potencia Suministrada = Potencia absorbida

Por lo tanto en un circuito electrico se debe cumplir que la sumaalgebraica de las potencias es cero:

p = 0


POTENCIA Y ENERGIA


Definicion

Energa es la capacidad para realizar trabajo, medida en joules (J).

Finalmente, es posible obtener la energa suministrada a un elementoen un intervalo de tiempo [to,t], partiendo de la expresion de lapotencia instantanea

w =

tt0p(t)dt =

tt0v(t) i(t)dt


EJEMPLOS 02

9. Ejemplos 02

1 Una fuente de energa fuerza una corriente constante de 2 Adurante 10 s para que fluya por una bombilla electrica. Si 2.3kJ se emiten en forma de luz y energa termica, calcule lacada de tension en la bombilla.

2 Para mover la carga q del punto a al punto b se requieren 30J. Halle la cada de tension vab si a) q=2C y b) q=-6C

3 Un elemento de una estufa electrica requiere 15 A cuandoesta conectado a una lnea de 120 V. Cuanto tiempo tardaen consumir 30 kJ?


ELEMENTOS DE CIRCUITOS

10. ELEMENTOS DE CIRCUITOS

Hay dos tipos de elementos en los circuitos electricos: elementos pa-sivos y elementos activos. Un elemento activo es capaz de generarenerga, mientras que un elemento pasivo no. Ejemplos de elementospasivos son los resistores, los capacitores y los inductores. Los ele-mentos activos mas comunes incluyen a los generadores, las baterasy los amplificadores operacionales.




Definicion

Una fuente independiente ideal es un elemento activo que suministrauna tension o corriente especificada y que es totalmente indepen-diente de los demas elementos del circuito.

Figura: 12. Fuentes de voltaje y de corriente independientes




Definicion

Una fuente dependiente ideal (o controlada) es un elemento activoen el que la magnitud de la fuente se controla por medio de otratension o corriente.

Figura: 13. Fuentes de voltaje y de corriente dependientes (controladas)


EJEMPLOS 03

11. EJEMPLOS 03

Calcule la potencia absorbida o suministrada por cada componentedel circuito de la figura 14.

Figura: 14. Problema practico


BIBLIOGRAFIA

12. BILBIOGRAFIA

1 Edminister Joseph. Circuitos Electricos. Coleccion Shaum. 4aedicion.

2 Matthew N. O. Sadiku. Fundamentos de circuitos electricos.3a edicion.

3 j. David Irwin. Analisis de circuitos electricos. 5a edicion.

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