magnitudes eléctricas

1. Definición de Voltaje y Corriente

1.1. Corriente

La corriente eléctrica es un movimiento dirigido de electrones libres.

La intensidad depende del número de electrones que atraviesa la sección del conductor en un tiempo determinado.

Para que exista corriente es necesario que los conductores formen un circuito cerrado.

Átomos

Electrones

Puesto que todos los electrones tienen la misma carga, su fuerza de repulsión tiene que ser igual; por tanto debe haber la misma separación entre ellos, es decir, al mismo tiempo que el primer electrón se desplaza una distancia, se desplazarán todos los electrones, del primero al último, la misma distancia.

Corriente Eléctrica

Sentido de la CorrienteComo los electrones tienen cargas negativas

se mueven en sentido contrario, van del polo negativo (-) al polo positivo del generador.

Antes de conocer que la causa de la corriente eléctrica eran los electrones libres, Faraday eligió como sentido de la corriente el que va desde más a menos del generador.

G cargaFuente de alimentación

+

-Movimiento de los electrones

Sentido de la corriente

1.2.Potencial eléctrico y Diferencia de Potencial Eléctrico (Voltaje)

Al colocar una carga en una región del espacio se crea una zona de influencia, llamada campo eléctrico, que se pone de manifiesto con la presencia de una segunda carga, ya que aparecen fuerzas de atracción o repulsión; pero esta región del espacio estará afectada tanto por la primera carga como por la segunda; para obtener una descripción de dicho campo es útil calcular la energía potencial de cada carga con respecto a la carga de unidad positiva. Este nuevo concepto se conoce como Potencial Eléctrico y se simboliza por la letra V .

La unidad del potencial eléctrico es el voltio, V (en honor de Volta), y se expresa en Joule/Coulomb.

C

JV

1

11

2. Clases de Corriente

Según que la tensión (o voltaje) en el generador sea o no constante tanto en valor como en sentido, se podrá considerar tres tipos de corriente:

ContinuaAlternaMixta

2.1. Corriente ContinuaEs una corriente eléctrica que circula

siempre en el mismo sentido y con la misma intensidad.

I

I

t

El movimiento de los electrones siempre tienen el mismo sentido

2.2. Corriente AlternaEs la que cambia periódicamente de sentido e

intensidad.

I

t

Tf

1

Imáx

-Imáx

Movimiento de los electrones en un sentido Movimiento de los electrones en sentido opuesto

2.3. Corriente MixtaEs la superposición de una corriente continua

y una corriente alterna.

I

t

I

t

I

t+ =

3. Elementos Pasivos de Circuito

Los elementos pasivos del circuito (resistencias, inductancias y capacitancias) están convenientemente definidos por la forma en que el voltaje y la corriente se relacionan con el elemento individual.

Los elementos pasivos absorben o almacenan la energía procedente de las fuentes.

Elemento de circuito

Unidades Voltaje Corriente Potencia

Resistencia, R

Ohms

() Ley de Ohm

Inductancia, L

Heinris

(H)

Capacitancia, C

Farads

(F)

Riv

dt

diLv

2

1kidt

Cv

R

vi

1

1kvdt

Li

dt

diLivip

dt

dvCi

Rivip 2

dt

dvCvvip

3.1. Resistencia Eléctrica

Es el grado de dificultad que presentan los distintos materiales al paso de la corriente eléctrica en función de su estructura y de su constitución.

El símbolo de la resistencia eléctrica es R, y tiene por unidad en el SI el Ohmio (símbolo ).

G

1R

[G]iaConductanc

1][aResistenci

Resistividad Factor que hace que cada material

presente una resistencia distinta, para iguales dimensiones físicas (longitud y sección).

Es constante para cada material.La resistividad indica el grado de

dificultad que encuentran los electrones al desplazamiento por el material

Valores bajos de es característico de buenos conductores.

Valores muy altos de es característico de los materiales aislantes.

Relación entre Resistencia R y Resistividad

A

lρR

Aσ

lR

: Resistividad [·mm2/m]

L: Longitud [m]

A: Sección [mm2]

Conductividad: Parámetro relacionado con la facilidad que encuentran los electrones para desplazarse a través del material conductor.

: Conductividad [m /·mm2]

L: Longitud [m]

A: Sección [mm2]

Configuraciones de ResistenciasResistencias en Serie:

BAR3R2R1

BReq

A R3R2R1Req

Resistencias en Paralelo:

BA

R3

R2

R1

BReq

A

=

= R3

1

R2

1

R1

1

Req

1

3.2. Capacidad EléctricaUn condensador es un componente que

sirve para almacenar una cantidad grande de electricidad sobre una superficie pequeña.

Son dispositivos formados por dos placas o laminas conductoras separadas por un dieléctrico.

Son construidos especialmente para ofrecer una capacidad determinada.

armaduras

dieléctrico

Capacidad de un CondensadorSe define como el cociente entre la carga de una

de las armaduras y la tensión o diferencia de potencial que existe entre las mismas, es decir:

V

QC

Para el caso de un condensador plano se deduce a partir de la ecuación anterior que:

d

AC ε

C = Capacidad [F] = Permitividad del dieléctrico

A = Superficie enfrentada de las armaduras [m2] d = Espesor del dieléctrico. [m]

Unidades:

1 [F] (microfaradio)= 10-6 F

1 [nF] (nanofaradio) = 10-9 F

1 [pF] (picofaradio) = 10-12 F

Configuraciones de CondensadoresCondensadores en Serie:

BAC3C2C1 B

CeqA

C3

1

C2

1

C1

1

Ceq

1

Condensadores en Paralelo:

BA

C3

C2

C1

BCeq

A

=

= C3C2C1Ceq

3.3. InductanciaLa Inductancia es un elemento de circuito

que almacena energía durante algunos periodos y que la devuelve durante otros, de modo que la potencia promedio es cero.

La inductancia L es numéricamente igual al flujo de un circuito cuando circula la unidad de corriente.

I

NL

L en [Wb/A] ; 1 H = 1[Wb/A]

N en [Wb]

I en [A]

Configuraciones de InductanciasInductancias en Serie:

BA L3L2L1 BLeqA

Inductancias en Paralelo:

BA

L3

L2

L1

BLeqA

=

= L3

1

L2

1

L1

1

Leq

1

L3L2L1Leq

4. Elementos Activos de CircuitoLos elementos activos de circuitos son

fuentes de voltaje o corriente, capaces de suministrar energía a la red eléctrica.

+V

+

-V I

Fuentes de Voltaje Fuente de Corriente

Si en lugar de generador fuese receptor, las expresiones anteriores serían las mismas, pero con la diferencia de que la potencia sería absorbida en vez de cedida.

Energía y Potencia en elementos ResistivosToda energía eléctrica absorbida por un conductor

homogéneo en el que no existen f.e.m. (fuerzas electromotrices) y que está recorrido por una corriente eléctrica, se transforma íntegramente en calor.