Circuitos

UNIDAD I. CIRCUITOS ELECTRICOS

I.1 Corriente eléctrica
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 leyes de la electricidad tal como se conocen hoy en día. Por ejemplo se pueden mencionar los siguientes eventos cruciales en laciencia y las ingenierías eléctricas:


▪ 1750, Benjamin Franklin inventa el pararrayos.
▪ 1800, Alessandro Volta desarrolla la pila voltaica.
▪ 1821, Michael Faraday desarrolla el primer motor eléctrico.
▪ 1825, André-Marie Amperè establece las bases de la electrodinámica.
▪ 1875, Alexander Graham Bell inventa el teléfono.
▪ 1936, BBC de Londres inicia laradiodifusión de TV.
▪ 1946, Computadora digital ENIAC.
▪ 1962, Telstar 1 (primer satélite activo) retransmite señales de TV entre EUA y Europa.
▪ 1980, Primer cable de fibra óptica instalado en Chicago.
▪ 2000, Multimedia por comunicaciones móviles (voz, datos, e-mail, web).

Conceptos básicos


▪ Electricidad o energía eléctrica: es el fenómeno físico que surge de laexistencia e interacción de cargas eléctricas.


▪ Circuito eléctrico o red eléctrica: es una interconexión de elementos eléctricos unidos entre sí en una trayectoria cerrada de forma que pueda fluir continuamente una corriente eléctrica.

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Figura I.1 Circuito simple.

▪ Carga: es la cantidad de electricidad responsable de los fenómenos eléctricos. Así, q se define como la cargaexpresada en coulombs (C).


▪ Corriente: es la razón de cambio del flujo de carga eléctrica, respecto al tiempo, que pasa por un punto dado. La unidad de corriente i es el ampere (A); un ampere es 1 coulomb por segundo. Entonces la corriente i se puede expresar como:

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El flujo de corriente se representa como un flujo de cargas positivas. Esta es una convención que inició BenjaminFranklin. Ahora se sabe que el flujo de carga en los conductores metálicos es de electrones con carga negativa. Sin embargo, de acuerdo con el convenio aceptado, la corriente se considera como un flujo de cargas positivas.


En la figura I.2 se muestra el flujo de corriente en el elemento de un circuito. La corriente entra al elemento por la terminal a y sale por la terminal b. Siempre seindicará con una flecha la dirección de referencia del flujo de corriente en el circuito.


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Figura I.2 Flujo de corriente en el elemento de un circuito.

Si la corriente a través de un elemento es constante, se representará con la constante I, como se muestra en la figura I.3. Una corriente constante se llama corriente continua (cc) o corriente directa (cd).


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Figura I.3Corriente directa de magnitud I.

Una corriente variable con el tiempo, i(t), puede tomar muchas formas, tales como una rampa, una senoide, o una exponencial, como aparece en la figura I.4. La corriente senoidal se llama corriente alterna (ca).


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Figura I.4 (a) Rampa con pendiente M. (b) Senoide. (c) Exponencial.
I es constante. La corriente es cero para t < 0.


Si se conoce lacorriente i, la carga se obtiene como:

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Donde q(0) es la carga en t = 0.


Ejemplo I.1. Halle la carga que ha entrado a la terminal de un elemento de t = 0 s a t = 3 s, cuando la corriente es como aparece en la figura I.5.


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Figura I.5 Señal de corriente del ejemplo I.1.


Solución. De la figura i(t) puede describirse como

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Se tiene


[pic]Conceptos básicos (continuación)


Las variables básicas de un circuito eléctrico son la corriente y el voltaje. Si una corriente fluye hacia la terminal a de un elemento (ver figura I.6), entre las dos terminales existirá un voltaje o diferencia de potencial.


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Figura I.6 El flujo de corriente a través de un elemento produce un voltaje entre las terminales a y b,...