Rizzoni Capitulo 2

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Fundamentos
de los circuitos eléctricos
ste capítulo presenta las leyes fundamentales del análisis de los circuitos y
constituye la base del estudio de los circuitos eléctricos. Los conceptos
fundamentales desarrollados en las primeras páginas serán utilizados a través del libro.
El capítulo inicia con las definiciones de carga, corriente, voltaje y potencia e
introduce las leyesbásicas del análisis de circuitos eléctricos: las leyes de Kirchhoff.
Enseguida, se presentan los elementos básicos de los circuitos, primero en su forma
ideal y luego incluyendo las limitaciones físicas más importantes. Entre los elementos discutidos en este capítulo se incluyen las fuentes de voltaje y de corriente, los
instrumentos de medición y la resistencia ideal. Una vez presentados loselementos •
básicos de los circuitos, se introduce el concepto de circuito eléctrico)' se estudian
algunos circuitos sencillos utilizando las leyes de Kirchhoff y la ley de Ohm. El
lector debe apreciar el siguiente hecho: a pesar de que el material presentado en esta
etapa es estrictamente introductorio, es posible discutir algunas aplicaciones útiles
de los circuitos eléctricos en problemas prácticosde ingeniería. Con este propósito,
se introducen dos ejemplos en los cuales se discute la aplicación de un dispositivo
resistivo sencillo para medir desplazamientos y fuerzas. Los temas tratados en el
capítulo 2 son la base del resto del libro y se deben dominar completamente. Al final
del capítulo, se deben cumplir los siguientes objetivos:

E

• Aplicación de las leyes de Kirchhoff y de la ley deOhm en circuitos resistivos elementales.
• Cálculo de la potencia en los elementos de los circuitos.
• Uso de la convención pasiva de signos para determinar las direcciones de los
voltajes y de las corrientes.
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Capítulo 2

Fundamentos de los circuitos eléctricos

• Solución de circuitosdivisores de voltaje y de corrieDte s~ncillos.
Asignación de voltajes nodales y de corrientes de malla en un circuito
eléctrico.
• Planteamiento de las ecuaciones del circuito para redes resistivas lineales
mediante la aplicación de la ley de voltajes de Kirchhoff y de la ley de las
corrientes de Kirchhoff.

2.1

Charles Coulomb (1736-1806).
Foto cortesía de la Embajada
de Francia, Washington, D. C.CARGA, CORRIENTE Y LEY
DE LAS CORRIENTES DE KIRCHHOFF

Las primeras reseñas de la electricidad son de hace 2,500 años, cuando se descubrió
que la carga eléctrica de un pedazo de ámbar podía atraer objetos muy livianos, tales
como plumas. La palabra en sí -electricidad- se originó alrededor de 600 años a. C.;
viene de electrón, la cual corresponde a la palabra del griego antiguo utilizada para
elámbar. Sin embargo, la verdadera naturaleza de la electricidad se entendió posteriormente. De acuerdo con el trabajo de Alessandro Volta l y su invento de la batería
cobre-zinc, se concluye que la electricidad estática y la corriente que fluye en los
alambres de metal conectados a una batería se deben al mismo mecanismo fundamental: la estructura atómica de la materia, consistente en un núcleo-neutrones y
protones- rodeados por electrones. La cantidad eléctrica fundamental es la carga y
la cantidad más pequeña que existe es la carga del electrón, igual a

qe = -1.602

X

10- 19 C

(2.1)

Como se puede observar, la cantidad de carga asociada con un electrón es muy
pequeña. Esto, lógicamente, tiene que ver con el tamaño de la unidad usada para
medir la carga, el Coulomb (C), denominada así enhonor de Charles Coulomb 2• Sin
embargo, la definición de Coulomb conduce a una unidad adecuada cuando se define la corriente eléctrica, ya que la corriente consiste en el flujo de una cantidad muy
grande de partículas cargadas. A la otra partícula portadora de carga en un átomo, el
protón, se le asigna un signo positivo y la misma magnitud. La carga del protón es
qp

La corriente i = dq/dt se...