UNIVERSIDAD SALESIANA DE BOLIVIA
INGENIERÍA DE SISTEMAS
DOSSIER
FÍSICA IPrimera versión
Segundo Semestre
ING. MERCADO CORTEZ
GESTIÓN 2 – 2012
INDICE
PROLOGO .……………………………………………………………………………………………………………………. 5
CAPITULO1.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FÍSICA PARA ELECTRICIDAD ………….…. 6
1.1 Fuerza gravitatoria 1.2 Fuerza Magnética 1.3 Fuerza Eléctrica 1.4 Carga Eléctrica Positiva 1.5 Carga Eléctrica Negativa 1.6 Interacción entre cuerpos con carga eléctrica 1.7 Ley de Coulomb 1.8 Ley Corriente Eléctrica
CAPITULO 2.- FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA CONTINUA ……………………………………….. 8
2.1 El concepto de Diferencia de Potencial 2.2 La pila Eléctrica. 2.3 La Batería Eléctrica. 2.4 Conexiones de Pilas y Baterías.
CAPITULO 3.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON RESISTENCIAS …………………….…………………… 9
3.1 El concepto de Resistencia Eléctrica. 3.2 Los Conductores para Conexión Eléctrica. 3.3 Las Conexiones en Serie. 3.4 Las Conexiones en Paralelo. 3.5 La ley de Ohm. 3.6 La Ley de Watt.
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CAPITULO 4.- LEYES DE KIRCHHOFF ……………………………………………………………..………..…. 10
4.1 La Ley de las Intensidades de Corriente Eléctrica. 4.2 La Ley de las Diferencias de Potencial Eléctrico.
CAPITULO 5.- ELEMENTOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS …………………….….. 11
5.1 El resistor. 5.2 El Capacitor. 5.3 El Inductor.
CAPITULO 6.- RÉGIMEN TRANSITORIO EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS ……………………………. 12
6.1 Circuito RL. 6.2 Circuito RC. 6.3 Circuito RLC.
CAPITULO 7.- FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA ALTERNA ……………………………………..…. 13
7.1 Sistema Monofásico. 7.2 Sistema Trifásico. 7.3 La conexión Estrella. 7.4 La conexión Triángulo.
CAPITULO 8.- ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS ……………………………………………………. 14
8.1 El concepto de Impedancia. 8.2 El Método de las Corrientes de Malla. 8.3 El Método de las Tensiones de Nudos o Nodos.
CAPITULO 9.- TEOREMAS DE LA ELCTRICIDAD ………………………………………………………..…… 15
9.1 Introducción. 9.2 El teorema de Thevenin. 9.3 El teorema de Norton.
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CAPITULO 10.- EL FENÓMENO RESONANCIA ELÉCTRICA Y LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ……………………………………………………………………………………............ 16
10.1 Resonancia en Circuito Serie RLC. 10.2 Resonancia en Circuito Paralelo RLC. 10.3 Resonancia en un circuito Paralelo de dos Ramas. 10.4 El Factor de Calidad Q. 10.5 Las Ecuaciones de Maxwell. 10.6 Propagación Electromagnética.
BIBLIOGRAFÍA ……………………………………………………………………………………………………………. 17
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PrólogoNo obstante el título de dossier, que en idioma francés significa expediente que
contiene documentos alusivos al tema o materia, el presente es en realidad un conjunto de apuntes relacionados a la asignatura de FISICA I, del plan de estudios de la carrera de Ingeniería de Sistemas de la Universidad Salesiana de Bolivia.
El objetivo primordial del presente documento es el de servir de instrumento de apoyo al estudiante, dotándole de apuntes conceptuales, para que conjuntamente con las clases presenciales, el alumno, pueda lograr consolidar su aprendizaje necesario.
En esta primera versión, no se incluye ilustraciones ni detalles adicionales y complementarios, puesto que los mismos serán expuestos en las clases presenciales.
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CAPÍTULO 1
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FÍSICA PARA ELECTRICIDAD
La electricidad es un fenómeno físico, para tener un conocimiento básico es necesario establecer algunos conceptos importantes como los siguientes.
1.1 FUERZA GRAVITATORIA
Es la fuerza que se origina en la masa de los cuerpos gravitatorios como la tierra, la
luna etc.
1.2 FUERZA MAGNÉTICA
Es la Fuerza que se origina en las propiedades magnéticas de algunos materiales tales como la magnetita, etc.
1.3 FUERZA ELÉCTRICA
Es la fuerza que se origina en la existencia de cargas eléctricas en el núcleo de la materia.
1.4 CARGA ELÉCTRICA POSITIVA
Es la carga eléctrica que tiene el componente importante de la materia como el protón.
1.5 CARGA ELÉCTRICA NEGATIVA
Es la carga eléctrica que tiene el componente importante de la materia llamado electrón.
1.6 INTERACCIÓN ENTRE CUERPOS CON CARGA ELÉCTRICA
Consiste en acciones de atracción o repulsión de ciertos materiales que se originan
en la actividad de los electrones y protones en el núcleo de los materiales.
1.7 LEY DE COULOMB
Establece la interacción de las cargas eléctricas de los materiales con la aplicación
de la expresión matemática correspondiente.
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1.8 LEY CORRIENTE ELÉCTRICA
Establece el comportamiento de la circulación de cargas eléctricas a través de los
materiales.
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CAPITULO 2
FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA CONTINUA
Son generadores de energía eléctrica que proporcionan voltaje continuo en el
tiempo.
2.1 EL CONCEPTO DE DIFERENCIA DE POTENCIAL
Debido a la circulación de la corriente eléctrica por un material se presentan
puntos de mayor o menor potencial eléctrico.
2.2 LA PILA ELÉCTRICA
Es un componente eléctrico que proporciona voltaje continuo, su construcción y
su funcionamiento se relacionan con reacciones químicas.
2.3 LA BATERÍA ELÉCTRICA
Es un conjunto de pilas eléctricas en forma de celdas.
2.4 CONEXIONES DE PILAS Y BATERÍAS
Las conexiones de pilas y baterías pueden efectuarse en modo serie o paralelo
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CAPITULO 3CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON RESISTENCIAS
3.1 EL CONCEPTO DE RESISTENCIA ELÉCTRICA
Se denomina resistencia eléctrica a la oposición que presenta un material al paso
de la corriente eléctrica.
3.2 LOS CONDUCTORES PARA CONEXIÓN ELÉCTRICA
Son fabricados generalmente de cobre, con diferentes grosores, con tipos de
aislación según la aplicación.
3.3 LAS CONEXIONES EN SERIE
Consiste en la conexión de resistencias una a continuación de otra.
3.4 LAS CONEXIONES EN PARALELO
Consiste en la conexión de resistencias una al lado de otra.
3.5 LA LEY DE OHM
Es una expresión matemática que relaciona Voltaje, Corriente y Resistencia.
3.6 LA LEY DE WATT
Es una expresión matemática que proporciona cantidad de potencia eléctrica emitida en forma de calor u otras manifestaciones como por ejemplo luz, sonido, etc.
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CAPITULO 4LEYES DE KIRCHHOFF
4.1 La LEY DE LAS INTENSIDADES DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Indica que la suma de las corrientes eléctricas con sentido de ingreso a un nodo es
igual a la suma de las que salen del mismo nodo.
4.2 LA LEY DE LAS DIFERENCIAS DE POTENCIAL ELÉCTRICO
Expresa que la suma algebraica de las diferencias de potencial de los elementos de
una malla es igual a cero.
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CAPITULO 5
ELEMENTOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOE ELÉCTRICOS
5.1 EL RESISTOR
Es un componente Pasivo que se opone al paso de la corriente eléctrica.
5.2 EL CAPACITOR
Es un componente activo que almacena cargas eléctricas.
5.3 EL INDUCTOR
Es un componente eléctrico que genera campos electromagnéticos.
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CAPITULO 6RÉGIMEN TRANSITORIO EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS
6.1 CIRCUITO RL
Está constituido por un resistor y un inductor en serie, tiene como característica más notable la que presenta una resistencia nula para un tiempo prolongado.
6.2 CIRCUITO RC
Está constituido por un resistor y un capacitor en serie, tiene como característica más notable la que presenta una resistencia muy grande para un tiempo prolongado.
6.3 CIRCUITO RLC
Está constituido por un resistor, un inductor y un capacitor en serie, tiene como característica más notable la que presenta una resistencia nula para una frecuencia determinada por los valores del inductor y del capacitor.
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CAPITULOO 7FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA ALTERNA
7.1 SISTEMA MONOFÁSICO
Se caracteriza por funcionar con un generador de voltaje alterno cuya forma de onda es una sinusoide, obviamente con una sola una fase.
7.2 SISTEMA TRIFÁSICO
Se caracteriza por funcionar con un generador de voltaje alterno con una forma de onda compuesta por tres sinusoides, obviamente cada onda sinusoidal tiene su propia fase con una separación entre fases de 90 grados.
7.3 LA CONEXIÓN ESTRELLA
Es un sistema trifásico cuyos inductores del generador de voltaje están conectados en forma de estrella.
7.4 LA CONEXIÓN DELTA O TRIÁNGULO
Es un sistema trifásico cuyos inductores del generador de voltaje están conectados en forma de triangulo.
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CAPITULO 8
ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
8.1 EL CONCEPTO DE IMPEDANCIA
Es la oposición combinada al paso de la corriente continua o alterna de componentes pasivos (Resistor) y activos (Inductor, Capacitor).
8.2 EL MÉTODO DE LAS CORRIENTES DE MALLA
El primer paso consiste en ubicar las mallas correspondientes. EL segundo paso es plantear las ecuaciones de la segunda ley de Kirchhoff (De las tensiones o voltajes de malla), tomando las intensidades de las corrientes como variables desconocidas.
8.3 EL MÉTODO DE LAS TENSIONES EN LOS NUDOS O NODOS
El Primer paso consiste en determinar las tensiones en todos los nudos principales respecto del nudo de referencia. El segundo paso es plantear las ecuaciones de la primera ley de Kirchhoff (De las corrientes de Nudo o Nodo), tomando las tensiones como variables desconocidas.
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CAPITULO 9
TEOREMAS DE LA ELCTRICIDAD
9.1 INTRODUCCIÓN
Consiste en remplazar el circuito activo (Generador) por un circuito simple equivalente.
9.2 EL TEOREMA DE THEVENIN
Establece que cualquier circuito lineal activo con terminales de salida A y B puede sustituirse por una fuente (generador) de tensión “V” en serie con una impedancia “Z”.
9.3 EL TEOREMA DE NORTON
Establece que cualquier circuito lineal activo con terminales de salida A y B puede sustituirse por una fuente (generador) de intensidad de corriente “I” en paralelo con una impedancia “Z”.
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CAPITULO 10
EL FENÓMENO RESONANCIA ELÉCTRICA Y LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
10.1 RESONANCIA EN CIRCUITO SERIE RLC
La característica principal de la resonancia en serie es que la impedancia del circuito es mínima a la frecuencia de resonancia (La admitancia es Máxima).
10.2 RESONANCIA EN CIRCUITO PARALELO RLC
La característica principal de la resonancia en paralelo es que la impedancia del circuito es máxima a la frecuencia de resonancia (La admitancia es Mínima).
10.3 RESONANCIA EN UN CIRCUITO PARALELO DE DOS RAMAS
La característica principal de la resonancia en paralelo de dos ramas es que cuando se cumplen condiciones especiales en cuanto a los valores de inductor, capacitor y resistencias, el circuito entra en resonancia a todas las frecuencias.
10.4 EL FACTOR DE CALIDAD Q
El factor e calidad de un inductor (Bobina), de un capacitor (Condensador) o de un circuito en general está determinado por la relación entre la energía máxima almacenada sobre la energía disipada en un periodo de tiempo.
10.5 LAS ECUACIONES DE MAXWELL
Son expresiones matemáticas que corresponden a las leyes básicas del elecromagnetismo que devienen de los fundamentos, experimentos y trabajo teórico de los científicos Ampere y Faraday.
PROPAGACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
El electromagnetismo en forma de ondas se propaga en forma directa y también en forma reflejada alrededor del globo terráqueo, generalmente a este fenómeno se lo conoce con el nombre de Propagación de Ondas de radio directa y reflejadas en la ionósfera.
La ionósfera consiste en la formación de capas de en forma de nubes que contienen cargas eléctricas que tienen dependencia de las horas de día (Del Sol).
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BIBLIOGRAFIA
Schaum, Teoría y Problemas de Circuitos Eléctricos, McGRAW-HILL, New York, 1985.
Physical Science Study Commitee, Física, Editorial Reverte S.A. , Barcelona, 1972.
Paul B.Zbar, Basic Electricity, McGRAW-HILL Book Company, 1976.
Eugene Hecht (Biblioteca USB: Código 530 H447f), Física 2 Algebra y Trigonometria, Thomson Editores, Mexico, 199.
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