introducción a cd

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE C.D. M.C. AGUSTIN GUADIANA C

M.C. AGUSTIN GUADIANA CORONADO

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE C.D.

Fuente natural

Consumidor

Sistema eléctrico (Circuitos eléctricos)

• Ventajas: Transportación instantánea, más eficiencia a grandes distancias.

• · Medio de Conducción: • • • • • • · Agente transportación: El Electrón.


• Energía “x” Generador Electricidad.

Electricidad “Carga” Energía “x”:

�

• MOLÉCULA:

- El número atómico es igual al número de electrones y al número de protones.

� -El peso atómico es igual al número de protones.



� ÁTOMO:

NÚCLEO:

� El protón que se forma de la unión de un neutrón y un positrón, tiene mucho peso y mucha carga.

� El número de positrones = Al número de electrones = Al número atómico.

� El número de neutrones = Al número de positrones = Al peso atómico.


Un átomo alcanza su estabilidad atómica cuando:i Tiene ocho electrones de valencia.i Tiene su última órbita completa. Cuando alcanza su estabilidad atómica:i No tiene actividad electrónica.i Se comporta como un aislante perfecto. Se pueden presentar tres casos dependiendo del número de electrones que tenga en su última capa de valencia:

Menos de 4 electronesBusca soltar sus pocos electrones para quedarse con su última órbita completa.

Buen conductor eléctrico.

Cuatro electronesEs lo mismo soltar 4 electrones que buscar cuatro. Tiene uniones covalentes y estructura cristalina. Se comportan como aislantes

Semiconductor

Más de 4 electrones Buscan electrones para completar su última órbita.

Mal conductor eléctrico


� Banda de Valencia: Contiene a los electrones de valencia en forma natural. � Banda Prohibida: Cantidad de energía que tiene que adquirir un electrón de valencia para brincar hacia la banda de conducción y convertirse en “electrón libre”. � Banda de Conducción: Contiene a los electrones libres. � Electrón de Valencia: Está ubicado en a órbita externa del átomo.i Está bajo la influencia de los protones del núcleo.i Es retenido por el núcleo dentro de la banda de valencia. � Electrón libre: Abandona la banda de valencia y puede.i Puede salir y regresar al átomo libremente.i Brinca la banda prohibida alcanzando la banda de conducción.


A) Mal conductor o aislante: B) Semiconductor:

C) Conductor:

D) Superconductores:

Es un proceso de transportación de energía. A la temperatura ambiente, los electrones libres de un conductor se mueven a través de las bandas de conducción de sus átomos en una forma desordenada. Cuando en los extremos del conductor se aplica una fuerza electromotriz, los electrones libres adquieren un movimiento orientado y dirigido, como a continuación se muestra:

El flujo dirigido de electrones libres a través de las bandas de conducción de los átomos dl conductor forman una corriente eléctrica.


seg

Electrones

seg

coulombAmpere

1

10246

1

11

28

.

.

La intensidad de corriente eléctrica se mide en Amperes.


T Fuerza electromotriz (FEM): Es la fuerza (atracción/repulsión) que hace que se muevan los electrones en un conductor. Y se le conoce como: i Voltajei Tensión Eléctrica o Presión Eléctrica.

T Resistencia eléctrica: Es la fuerza con la que los electrones d valencia son retenidos por el núcleo del átomo para evitar que sean liberados de su influencia y se conviertan en electrones libres. Está representada por la banda prohibida:

Banda prohibida

ResistenciaCantidad de electrones

libres.Corriente

Mayor Mayor Menor Menor

Menor Menor Mayor Mayor

T Los parámetros fundamentales del proceso eléctrico son: i Intensidad de corriente (I).i Fuerza electromotriz (FEM).i Resistencia eléctrica (R).


Son dispositivos que cambian la forma de la energía que reciben. Un sistema eléctrico esta formado por transductores eléctricos. A) Transductores Eléctricos Activos (Fuentes): i Reciben cualquier tipo de energía.i Entregan o alimentan al sistema la energía eléctrica.i Son fuentes de energía eléctrica. B) Transductores Eléctricos Pasivos (Cargas): i Consumen energía eléctrica.i Entregan cualquier otro tipo de energía.

i Energía = Joules = Watts-hora i Energía = Trabajo = Potencia x Tiempo

VIP

AmpereVoltsWatts

CorrienteVoltajePotencia

segCoulomb

CoulombJoules

segJoules

WattsP

Es aquella que entrega a la carga:

� Un voltaje y

� Una corriente. En función a lo anterior para el análisis de los circuitos podemos clasificar a las fuentes en dos tipos: A) Fuentes de voltaje: Cuando la fuente entrega en sus terminales un voltaje constante y al variar la carga varía la corriente entregada por la fuente B) Fuente de corriente: Cuando la fuente entrega en sus terminales una corriente constante y al variar la carga varía el voltaje entregado por la fuente.


Fuente de Voltaje Fuente de Corriente

A) Señal continua


V,I ,P

V,I ,P

T Magnitud y polaridad fija. B) Señal directa:

T Magnitud variable.T Polaridad fija.

T Magnitud variable.T Polaridad Variable.T No es simétrica niPeriódica.V,I ,P

C) Señal pulsante:

D)Señal alterna: T (Senoidal, triangular yT cuadrada).T Magnitud variable.T Polaridad variable.

V,I ,P V,I ,P

V,I ,P


� La electricidad se desarrollo desde antes de conocer al electrón físicamente. � Los conceptos y leyes de la electricidad se generaron considerando hipotéticamente el comportamiento del electrón. Tomando como referencia el funcionamiento energético de un sistema eléctrico, haciendo una analogía con los sistemas energéticos mecánicos conocidos en ese tiempo: � El electrón se pudo observar físicamente hasta 1912, cuando ya la electricidad era ampliamente aplicada.

Energíaentregada

Tub eríaFluido

Alta pres ión

B aja P resión

Energía Recib ida

+ +

_ _


· Al salir de la fuente, los electrones (I) tienen alto nivel de energía (+).· Al llegar a la carga, los electrones entregan su energía.· Los electrones salen de la carga sin energía (-).· Los electrones regresan a la fuente, donde reciben energía del exterior.

I

I

• El fluido recibe energía de la bomba.• El fluido viaja hacia la carga llevando la energía

recibida (alta presión).• El fluido Entrega su energía a la carga y sale de ella

con baja presión.• El fluido regresa a la bomba para recibir nuevamente

energía.


REAL

T Se maneja desde que se conoció físicamente el electrón. T Se utiliza en aplicaciones de física y química. T La I sale por la terminal (-) de la fuente. T Entra por la terminal (-) de la carga.

ENERGÉTICO

� En una fuente la I sale por la terminal (+).

� En una carga la I entra por la terminal (+). T Este sentido de la I se maneja antes de conocerse físicamente el electrón.T Se utiliza en electricidad y electrónica aplicadas.

+

_


De acuerdo con su comportamiento voltaje/corriente las cargas eléctricas pueden ser de dos tipos: A) Cargas lineales: ö Su comportamiento V/I está regido por una ecuación lineal. Obedecen a la Ley de Ohm.ö Su comportamiento V/I describe una línea recta.ö Son bilaterales: Pueden conducir la corriente en ambos sentidos,ö Son 3 elementos: resistencias, inductancias y capacitancias. B) Cargas no lineales: ö No obedecen a la Ley de Ohm.ö Su comportamiento V/I es una curva no lineal.ö En general son unilaterales, conducen la corriente en un sentido y en el sentido contrario lo bloquean.ö Son los semiconductores principalmente.

� En el proceso de transducción toma energía de la fuente y esto se manifiesta como una reducción en la magnitud de la corriente.

� Se mide en Ohms ().

� La resistencia se opone en magnitud al flujo de la corriente.

� No almacena energía y toda la energía que consume la disipa en forma de calor.

� La resistencia no produce desfasamientos entre su voltaje y su corriente.

Resistencia: Transductor que convierte la energía eléctrica en calor.

� Capacitor: Transductor que convierte el voltaje en campo eléctrico y viceversa.

� Se mide en Faradios (F).

� Inductancias: Transductor que convierte la corriente en campo magnético y viceversa.

� Se mide en Henrys (H).

En el proceso de transducción la inductancia se opone a las variaciones de la corriente: A) Cuando hay exceso de corriente,la almacena en forma de campo magnético.B) Cuando baja la corriente, la inductancia convierte su campo magnético en corriente y la entrega al circuito de manera que:

� En una inductancia la corriente no sufre modificaciones (teóricamente).

� La inductancia actúa como un regulador de corriente. T El efecto inductivo de la inductacia esta en función de las variaciones de la corriente con respecto al tiempo.


dt

diLVV Linducido

En su funcionamiento el capacitor y la inductancia tiene dos etapas:

A) Período transitorio: Tiempo que tarda en cargarse el campo magnético.

B) Estado estable: Operación cuando el campo está completamente saturado.

El circuito equivalente en cc (di/dt=0) y en el estado estable de una inductancia es cero Ohms (corto circuito).


i En el proceso de transducción el capacitor se opone a las variaciones de voltaje. A) Cuando hay un exceso de voltaje la almacena en forma de campo eléctrico. B) Cuando hay bajo voltaje, el capacitor convierte su campo eléctrico en voltaje y lo entrega al circuito, de manera que: T En un capacitor el voltaje no sufre variaciones. T El capacitor actúa como un regulador de voltaje. T El efecto capacitivo de un capacitor está en función de las variaciones con respecto al tiempo.

De los tres tipos de cargas lineales solo el capacitor y la inductancia almacenan energía.

dt

dvCI c

0dt

di

0dtdi

0

0

L

LL

L

I

VR

dt

diV

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