Conceptos de circuitos

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CONCEPTOS DE CIRCUITOS.

Elementos activos, modelar matemáticamente basándose en características de los elementos.

Introducción[1]

Desde el inicio de la historia, el hombre ha explorado los fenómenos eléctricos que experimenta en su vida diaria. A medida que los científicos desarrollaron el conocimiento de la carga eléctrica formularon las leyes de la electricidad tal como se conocen hoydía.

La electricidad es un fenómeno natural controlado para el uso del género humano. Con este fenómeno se han desarrollado las comunicaciones, el alumbrado y los dispositivos de computación.

La electricidad es el fenómeno físico que proviene de la existencia e interacción de cargas eléctricas.

Sistemas de Unidades[2]

En ingeniería se emplea el sistema internacional de unidades S. I.,que considera como magnitudes fundamentales la longitud (L), la masa (M), el tiempo (T) y la intensidad de corriente (I), cuyas unidades respectivas son el metro (m), el kilogramo (kg), el segundo (s) y el amperio (A).

Todas las formulas en esta sección se encuentran racionalizadas, es decir, la constante de la ley de Coulomb de la electrostática se iguala a [pic], y la correspondiente a la leyde Laplace del magnetismo se iguala a [pic].

La unidad de fuerza del sistema racionalizado mksa es derivada; se llama newton y tiene de símbolo N. Una fuerza de 1 newton es aquella que aplicada a un sólido de 1 kilogramo de masa le comunica una aceleración de 1 metro por segundo en cada segundo. Por consiguiente:
[pic]

La unidad de trabajo y, por tanto, la de energía, también es derivada;se llama joule o julio (J) y corresponde al trabajo realizado por una fuerza de 1 newton cuando su punto de aplicación se desplaza 1 metro en la dirección del movimiento. La unidad de potencia, en estas condiciones, se llama watt (W) y corresponde al julio por segundo. Resumiendo:

[pic] y [pic]
Ley de Coulomb

Establece que la fuerza (de atracción o de repulsión) entre dos cargaseléctricas puntuales, [pic] y [pic], es directamente proporcional al producto de ambas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia [pic]. Matemáticamente, se escribe de la forma:
[pic]
siendo [pic] la constante de proporcionalidad (con dimensiones) y que depende, por una parte, del sistema de unidades empleado y por otra, del medio donde estén situadas las cargas. Concretamente, enel sistema mksa en el que la unidad de carga eléctrica es derivada y se llama coulomb o culombio (C), y en el vacío o espacio libre el valor de dicha constante es:

[pic]
Como ya se ha dicho, el sistema mksa racionalizado es aquel que hace [pic], con lo que la ley de Coulomb adquiere la forma [pic]. En el vacío (subíndice cero) se tiene [pic], de donde:
[pic]

Si el medio donde se hallan lascargas no es el vacío, la fuerza que aparece entre las cargas inducidas reduce la resultante. En el aire, el valor de [pic] es ligeramente superior a [pic] y en la práctica, se consideran iguales. Para otros medios distintos del aire, el valor de [pic] se define por:
[pic]

en donde K es una constante de proporcionalidad adimensional que se llama constante dieléctrica relativa o capacidadinductiva específica del medio en cuestión. El valor [pic] se denomina permitividad o constante dieléctrica absoluta del medio, con lo que [pic] es la permitividad del vacío. Para el espacio libre, [pic] y [pic].

La carga elemental correspondiente al electrón (-e), o al protón (+e), vale [pic].

Diferencia de potencial e

La diferencia de potencial o tensión e entre dos puntos de un campoeléctrico es, por definición, el trabajo necesario para desplazar la unidad de carga eléctrica positiva de un punto al otro en contra o a favor de las fuerzas del campo. En el sistema mksa, la unidad de diferencia de potencial es el voltio (V) y corresponde al trabajo de 1 Julio (J) al desplazar 1 culombio (C) de carga de uno al otro punto, es decir, [pic].

Si entre dos puntos existe una...
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