Carga, Corriente, Voltaje y Potencia Aspectos Básicos
Generalidades •
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En ingeniería, a menudo interesa interesa comunicar o transferir energía de un punto a otro. Hacerlo requiere una interconexión interconexión de dispositivos eléctricos. A tal interconexión se le conoce como circuito eléctrico, y a cada componente del circuito se le denomina elemento.
Generalidades
Carga
Carga
Carga Eléctrica •
Características importantes de la carga eléctrica: –
La carga es bipolar.
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Existe en cantidades discretas.
–
Los efectos eléctricos pueden atribuirse a la separación de las cargas y al movimiento de éstas.
Corriente Eléctrica •
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Cuando un alambre conductor se conecta a una batería, las cargas son obligadas a moverse. Este movimiento de cargas crea corriente eléctrica.
Corriente Eléctrica •
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Aunque la corriente está formada por electrones discretos en movimiento, no tenemos necesidad de considerarlos individualmente, debido a la enorme cantidad de ellos que hay. En lugar de ello, pensamos en los electrones y en su correspondiente carga como en una entidad que fluye de forma continua. Por tanto, i se trata como una variable continua.
Corriente Eléctrica
Corriente Eléctrica •
Los efectos eléctricos causados por las cargas en movimiento se conoce como corriente eléctrica
i = corriente en amperios (A), q = carga en culombios (C) ,
t = tiempo en segundos (s).
Corriente Eléctrica •
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La definición de la corriente i en la ecuación indica que no es necesario que esta sea una función de valor constante. Dado que la carga puede variar con el tiempo de diversas maneras, puede haber varios tipos de corriente: directa y alterna.
Corriente Eléctrica
Corriente Eléctrica
Sentido de la Corriente Eléctrica •
Flujo de corriente en dirección contraria al flujo de electrones.
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Flujo de corriente en dirección al flujo de electrones.
Tensión o Diferencia de Potencial •
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Para mover el electrón en un conductor en una dirección en particular es necesario que se transfiera cierto trabajo o energía. Este trabajo lo realiza una batería externa la cual proporciona la tensión o diferencia de potencial en un circuito.
Tensión o Diferencia de Potencial •
La tensión entre dos puntos (llamémoslos a y b) en un circuito eléctrico es la energía (o trabajo) necesaria para mover una carga unitaria desde el punto referido como a hasta el punto b.
Tensión o Diferencia de Potencial
Tensión o Diferencia de Potencial •
La tensión es la energía por unidad de carga creada por la separación entre terminales.
v = tensión en voltios (V) , w = energía en julios (J) , q = carga en culombios (C)
Tensión o Diferencia de Potencial •
A continuación tenemos dos representaciones de la misma tensión: –
–
En la primer parte se observa una caída de tensión de a a b. La segunda muestra aumento de tensión de b a a.
Corriente y Tensión •
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Corriente y Tensión son las dos variables básicas de un circuito eléctrico.
El término Señal será dado a una cantidad eléctrica como una corriente o tensión. Al igual que la corriente , una tensión constante se llama Tensión de CD. Una tensión que varía senoidalmente en el tiempo se llama Tensión de CA.
Polaridad •
La convención por la cual se distingue la energía suministrada a un elemento o suministrada por el elemento mismo se realiza por medio de los signos: –
(+) Positivo o más, y
–
(-) Negativo o menos
Potencia •
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La potencia es la tasa temporal de gasto o de absorción de energía. Es la rapidez con la que se gasta la energía.
p = potencia en vatios, w = energía en julios,
t = tiempo en segundos.
Potencia •
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La potencia asociada con el flujo de carga se sigue directamente de la definición de la tensión y de la corriente:
Entonces: –
p = potencia en watios,
–
V = tensión en voltios,
–
i = corriente en amperios.
Potencia
Potencia •
La dirección de corriente y polaridad de tensión determinan el signo de la potencia. p será positiva si la corriente entra por la polaridad positiva de la tensión.
–
p será negativa en cualquier otro caso.
–
Energía
w = energía en julios, t = tiempo en segundos.
p = potencia en watts, V = tensión en voltios, i = corriente en amperios .
Resumen •
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Carga: Es una propiedad eléctrica de las partículas atómicas de las que se compone la materia, medida en coulombs (C). Corriente eléctrica: es la velocidad de cambio de la carga respecto al tiempo, medida en amperes (A).
Resumen •
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Tensión o diferencia de potencial: es la energía requerida para mover una carga unitaria a través de un elemento, medida en volts (V). Potencia: Es la variación respecto del tiempo de entrega o absorción de energía, medida en watts (W).
Resumen •
Energía: es la capacidad para realizar trabajo, medida en jouls (J).
Ejercicios •
La carga total que entra a una terminal está determinada por
mC •
Calcular la corriente en t = 0.5 s
Respuesta: 31.42 mA
Ejercicios •
Determine la carga total que entra a una terminal entre t = 1s y t = 2s si la corriente que pasa por la terminal es i = (3t 2 – t ) A.
Ejercicios •
Una fuente de energía fuerza una corriente constante de 2 A durante 10 s para que fluya por una bombilla eléctrica. Si 2.3 kJ se emiten en forma de luz y energía térmica, calcule la caída de tensión en la bombilla.
Ejercicios •
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Halle la potencia que se entrega a un elemento en t = 3 ms si la corriente que entra a su terminal positiva es:
y la tensión es:
Ejercicios •
Dos circuitos eléctricos, representados por las cajas A y B, están conectados como se muestra en la Figura.
Ejercicios •
La dirección de referencia para la corriente i y la polaridad de referencia para la tensión v en la interconexión se muestran en la figura.
Ejercicios •
Para cada uno de los siguientes conjuntos de valores numéricos, calcule la potencia en la interconexión e indique si esta potencia fluye de A a B o viceversa.
Ejercicios •
Cuando una automóvil se queda sin batería, a menudo puede ser arrancado conectando la batería de otro coche a sus terminales. Los terminales positivos se conectan entre sí, al igual que los negativos.
Ejercicios •
La conexión se ilustra en la Figura Siguiente.
i
