conceptos de circuitos basicos
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8/16/2019 Conceptos de circuitos basicos
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CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
Universidad de Guadalajara
Centro Universitario de CienciasExactas e Ingenierías
Dr. J. Marcos García
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Libro de texto
Dr. J. Marcos García Circuitos Eléctricos I 3
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Concepto de Circuito Eléctrico
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La Estructura de los átomos.
Los átomos son neutros, los electrones giranalrededor del núcleo que contiene protones y
neutrones.
Átomo de Hidrógeno Átomo de Helio
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Ubicación de los ElectronesLos electrones se ubican en capas, cada capa
puede contener 2n^2 electrones; lo cual resulta
en 2, 8, 18, 32, etc.
Dentro de cada capa, los electrones sedistribuyen en subcapas con límite deelectrones cada una.
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N r
QQk F
2
21
Fuerza de Atracción
Ley de Coulomb: las cargas distintas se atraen ylas cargas iguales se repelen.
La fuerza de atracción decrece rápidamente conla distancia. Por lo cual es mas fácil extraer un
electrón de capas externas e incompletas.Establecer una corriente requiere que los átomos
permitan que los electrones se muevan.
2
29109
C
Nmk
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El CobreEl cobre se usa ampliamente en la industria
eléctrica y electrónica
Debido a la distancia el núcleo atrae débilmenteal 29vo electrón, éste adquiriendo suficienteenergía abandona su átomo convirtiéndose enun electrón libre.
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Problema 1La cantidad de electrones que poseen el
aluminio es 13. Dibuje las configuraciones
electrónicas, incluyendo las capas y subcapas, ydiga si este elemento es un buen conductor.
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Iones Positivos
Cuando los átomos pierden electrones sellaman iones positivos.
Los electrones libres se mueven dentro de losiones positivos, los iones oscilan en unaposición fija.
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La Corriente Eléctrica
La energía química de la batería colocara una carganeta positiva en una terminal y negativa en la otra.
Al hacer la conexión los electrones libres se desplazaranhacia la terminal positiva y la terminal negativa seconvierte en una fuente suministradora de electrones
La dirección del flujo real se llama flujo electrónico y ladirección opuesta flujo convencional.
En el análisis de circuitos se utiliza el flujo convencional
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t
Q I t I Q
I
Qt
)( ampere I )(C CoulombsQ )(stiempot
electrones10242.61 18C C 19106.1electrón1
La Corriente Eléctrica …La corriente se define como el flujo de carga a
través de un conductor por unidad de tiempo.
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Corriente Cero
Debido a la energía térmica se crean electroneslibres, sin fuerzas externas, los electrones libres
se mueven al azar creando un flujo de carganeto igual a cero.
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Problema 2Calcule la corriente en Amperes si 650C de
carga atraviesan un alambre en 50s.
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Energía y Diferencia de PotencialLa energía es la capacidad para realizar trabajo.
La energía potencial se determina con:
En una batería la acción química establece,
mediante un gasto de energía una acumulaciónde cargas negativas en una terminal y positivasen la otra, este posicionamiento genera una
diferencia de potencial.Los electrones en la terminal negativa tendránsuficiente energía para alcanzar la terminalpositiva.
mghW )( Joules
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)(voltsQ
W V V QW
V
W Q
El Voltaje.Cuando al mover 1 Coulomb de carga entre
dos puntos se intercambia 1 Joule de energíase tiene una diferencia de potencial de 1 Volt.
El voltaje indica cuanta energía se gasta almover una carga.
La diferencia de potencial se mide entre dospuntos.
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Problema 3Si la diferencia de potencial entre dos puntos es
de 42V, ¿Cuánto trabajo se requiere para llevar
6C de un punto al otro?
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Terminología del Voltaje E se utiliza para fuentes de voltaje (V)
V se utiliza para caídas de voltaje (V)
Otros términos utilizados son:
Potencial, diferencia de potencial, voltaje,diferencia de voltaje ( caída o elevación), y
fuerza electromotriz.Fuerza electromotriz (emf) es la fuerza que
establece el flujo de carga.
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Fuentes de CDLas fuentes de corriente directa (CD) establecen
un flujo de carga unidireccional.
Tipos de fuentes de CD:Baterías
Generadores de CD
Rectificadores
Celdas solares
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Las Baterías.Pueden ser del
tipo primario o
secundario.Las de tipo
secundario sonrecargables, enellas la reacciónquímica puedeser invertida
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Generador eléctricoLos generadores transforman la energía
mecánica en energía eléctrica.
La energía mecánica se aplica como un parmecánico y una velocidad y la energía eléctricase obtiene como un voltaje y una corriente.
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Rect ificador Convierte corriente alterna en corriente directa o
continua
La reducción del voltaje de alimentación se hacemediante un transformador o un circuitoelectrónico
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Celdas solaresTransforman la energía luminosa en energía
eléctrica
Las celdas se conectan en serie para alcanzarel nivel de voltaje requerido
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ConductoresSe dice que un material es conductor cuando
permite que se establezca a través de el una
corriente considerable cuando se aplica unvoltaje de magnitud moderada.
Usualmente, los conductores buenos tienen un
solo electrón en la última orbita.
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Conductividad relativaEn la tabla se muestra la resistencia relativa de
diversos materiales con respecto las resistividad
del cobre.METAL CONDUCTIVIDAD
RELATIVA %
plata 105
cobre 100
oro 70.5
Aluminio 61
Tungsteno 31.2
Níquel 22.1
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AislantesLos materiales aislantes son aquellos que
requieren que se les aplique un voltaje muy alto
para establecer a través de ellos una corrienteSe llama voltaje de ruptura al nivel de voltaje
requerido para establecer una corriente
significativa
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AislantesSon muy utilizados en la industria eléctrica
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Esfuerzos de Ruptura. MATERIAL ESFUERZOSPROMEDIO DE
RUPTURA (kV/cm)Aire 30
porcelana 70
Aceites 140
Baquelita 150
caucho 270Papel (recubierto deparafina)
500
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Tarea 1La cantidad de electrones que poseen la plata es47. Dibuje las configuraciones electrónicas,incluyendo las capas y subcapas, y diga si es un
buen conductor.¿Cuántos electrones pasan a través de un
conductor en 1 min si la corrientes es de 1A?
¿Cuál es el voltaje entre dos puntos si se requieren96 mJ de energía para mover 50x10^18 electronesentre los dos puntos?
Si un conductor con una corriente de 200mA quepasa a través de el, convierte 40J de energíaeléctrica en calor en 30s, ¿Cuál es al caída devoltaje a través del conductor?