1.1      Carga, corriente, tensión, y potencia

Carga

El concepto de carga eléctrica es el principio fundamental para explicar todos los fenómenos eléctricos. Asimismo, la cantidad básica en un circuito eléctrico es la carga eléctrica.

Carga es una propiedad eléctrica de las partículas atómicas de las que se compone la materia, medida en coulomb (C).

El coulomb es una unidad grande para cargas. En 1 C de carga, hay (6.24x10)18 electrones.

Una característica peculiar de la carga eléctrica es el hecho de que es móvil; esto puede ser transferido  de un lugar a otro donde puede ser convertida en otra forma de energía.

Figura 1
Definicion de corriente ilistrada a través del uso de una
 corriente que fluye a traves de un alambre conductor

Corriente

Corriente eléctrica es la velocidad de cambio de la carga respecto al tiempo, medida en amperes (A).

La corriente presenta una trayectoria discreta, como un alambre  metálico, tiene  un valor numérico y una dirección asociada a ella; es una medida de la velocidad a la cual la carga  pasa por un punto de referencia determinado en una dirección especificada.

Gráfico 1.
Valor de la carga total q(f) que pasó por
un punto de referencia determinado desde
t=0

Luego de determinar una dirección de referencia, se puede establecer en ese caso que q(t) sea la carga total que ha pasado por el punto de referencia desde un tiempo arbitrario t = 0, moviéndose en la dirección definida.

Matemáticamente, la relación entre la corriente i, la carga q y el tiempo t es

donde la corriente se mide en amperes (A)

La carga transferida entre el tiempo  t0 y t se obtiene  integrando ambos miembros  de ecuación

Si la corriente no cambia con el tiempo permanece constante, se conoce como corriente directa (CD)

Una corriente que varía con el tiempo se representa con el símbolo i. una forma  común de corriente que varía con el tiempo es la corriente sinodal o corriente alterna (Ca).

Un corriente alterna (Ca) es una corriente que varía senoidalmente con el tiempo.

Tensión

Una fuerza electromotriz también se conoce como tensión o diferencia de potencial. La tensión Vab entre dos puntos  a y b en un circuito eléctrico es la energía necesario para  mover una ccarga unitaria desde a hasta b.

Vab=dw/dq

Donde w es la energía en Joules  (J), y q es la carga en coulombs (c). La tensión , o simplemente v, se mide  en volts (V).

1 volt= 1 joule/ coulomb b= 1 newton metro/coulomb

Tensión (o diferencia de potencial) es la energía requerida para mover una carga unitaria a través de un elemento, medida en volts (V).

Potencia

Para relacionar potencia  y energía con tensión y corriente

P=dw/dt

Potencia es la variación respecto del tiempo desgasto o absorción de energía, medida en watts (w) donde p es la potencia en watts (w); w es la energía en joule (j) y t es el tiempo, en segundo  (j) y t es el tiempo, en segundo (j).

Potencia absorbida por el elemento se determina
mediante el producto p= vi. De forma análoga,
se dice que el elemento genera o suministra
una potencia -vi

1.2 Balance de Potencia y Energía

Es muy importante hacer un circuito siempre tomando en cuenta la potencia y la energía. Después que se analiza un ejercicio de un circuito eléctrico, se puede determinar el conjunto de elementos que absorben potencia y los elementos que suministran potencia con sus respectivos valores. La cantidad de potencia absorbida por algunos de los elementos es igual a la cantidad de potencia generada por los elementos restantes del circuito.

La suma de la totalidad de potencias absorbidas evaluadas en cada uno de los elementos del circuito es igual a cero

.

Donde n es el número de elementos del circuito, elementos activos y elementos pasivos.

Es de resaltar que algunos de estas potencias absorbidas resultarán de signo negativo, es decir, indican que el elemento se encuentra generando potencia. Es por esto que es posible encontrar en el ámbito la siguiente ecuación como forma de evaluar el balance de potencia

En forma de ecuación la potencia se determina con P=w/t donde W es la energía en Joules y t es la unidad de tiempo. La potencia entregada o absorbida por un dispositivo o sistema eléctrico puede hallarse en función de la corriente y voltaje de la forma siguiente: Se sabe que la energía es igual a:

1.3 conceptos y relaciones fundamentales de resistencia, capacitancia e inductancia.

Resistencia

La resistencia (R) de un elemento es una medida de capacidad que tiene un elemento para oponerse al flujo de la corriente, su unidad de medida es el Ohm (Ω).

Su simbología es: 

R=pl/A

  donde:

 R= Resistencia en Ohm                 l=Longitud (m)
p= Resistividad                               A= Área de la seccion transversal del material en m2

Código de colores para las resistencias.

Algunos tipos de resistencias.

Capacitancia.

Un capacitor o condensador es un objeto construido especialmente para almacenar cargas eléctricas.

La capacitancia es la medida de la capacidad de un capacitor de almacenar carga en sus placas; en otras palabras, su capacidad de almacenamiento. Su unidad de medida es el faradio (F).

Su simbología es:

La capacitancia o capacidad de un capacitor es el cociente entre la carga y la tensión eléctrica entre sus placas. Se mide en coulomb por cada volt, y a esa unidad se le conoce como faradio (F).

c=q/v

La corriente que fluye a través de un capacitor, se puede expresar en términos del voltaje y la capacitancia de éste, de acuerdo a la siguiente ecuación.

i=c(dv/dt)

Inductancia.

La inductancia es la propiedad por la cual un inductor presenta oposición al cambio de la corriente que fluye por él, su unidad de medida es en henrys (H).

Su simbología es:

Un inductor es un elemento pasivo diseñado para almacenar energía en su campo magnético (también se le conoce como bobina).

Su nivel de inductancia determina la fuerza del campo magnético alrededor de la bobina debido a una corriente aplicada. Cuanto más alto sea el nivel de inductancia, más grande será la fuerza del campo magnético.

Bibliografía:

www.areatecnologica.com

Charles K. Alexander. (2006). Fundamentos de circuitos electrónicos. México: McGRaw-ill.

Hayt Jr, William H. (2007). Análisis de Circuitos en Ingeniería. México, McGraw-Hill.