Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Análisis de circuitos eléctricos Tema 1. Introducción a los circuitos eléctricos y sus unidades Objetivo de la actividad Al finalizar la actividad serás capaz de: • Mencionar la importancia de los circuitos en las diversas áreas de especialización de la ingeniería eléctrica. • Mencionar los sistemas de unidades y las unidades utilizadas en ingeniería eléctrica. • Definir ampliamente los conceptos corriente, voltaje, potencia y energía. de carga, D.R. © Universidad TecMilenio 1 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Temas • Introducción • Sistema de unidades • Carga • Corriente • Tensión o Voltaje • Potencia • Energía ega Introducción a los Circuitos Eléctricos En la ingeniería eléctrica, por lo general existe el interés de comunicar o de transferir energía de un punto a otro. Por lo tanto, requerimos interconectar los dispositivos que forman un circuito eléctrico. “Electricity for the Future." Online . Encyclopædia Britannica Online. 13 Apr. 2008 http://0search.eb.com.millenium.itesm.mx :80/eb/art-94737 D.R. © Universidad TecMilenio 2 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Sistema de Unidades Sirve para establecer un lenguaje común; vamos a utilizar el Sistema Internacional de Unidades (SI), que tiene 6 unidades básicas: – – – – – – Metro (m) Kilogramo (kg) Ampere (A) Kelvin (K) Segundo (s) Candela (cd) Metric System: Use in World Trade." Online . Encyclopædia Britannica Online. 15 Apr. 2008 http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx:80/eb/art82784 Sistema Internacional de Unidades "weights and measures." Online Art. Encyclopædia Britannica Online. 15 Apr. 2008 <http://0-search.eb.com.millenium.itesm.mx:80/eb/art-54141>. D.R. © Universidad TecMilenio 3 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Sistema de unidades Magnitud Símbolo Unidad SI Descomposición Unidad CGS Longitud l metro (m) m centímetro (cm) Masa m kilogramo (kg) kg gramo (g) Tiempo p t segundo g ((s)) s segundo (s) Corriente Eléctrica I ampere (A) A ampere (A) Energía W joule (J) kg m2 s-2 erg Densidad de Energía w joule/metro3 (J/m3) kg m-1 s-2 erg/cm3 Fuerza F newton (N) kg m s-2 dina (dyn) Potencia P watt (W) kg m2 s-3 watt (W) Densidad Corriente J ampere/metro3 (A/m3) A m-2 A/cm2 Permeabilidad μ henry/metro (H/m) A t i d Autoinducción ió L h henry (H) Flujo Magnético Ф weber (Wb) Densidad de Flujo B Intensidad de Campo H Imanación Potencial Magnético m kg s-2 A-2 G/Oe k m2 A-22 s-22 kg h henry (H) kg m2 A-1 s-2 maxwell kg A-1 s-2 gauss (G) ampere/metro (A/m) A m-1 oersted (Oe) M ampere/metro (A/m) A m-1 gauss (G) A weber/metro (Wb/m) kg m A-1 s-2 maxwell/cm tesla (T) weber/metro2 (Wb/m2) Prefijos del SI Multiplicador Prefijo Símbolo 1012 tera T 109 giga G 106 mega M 103 kilo K 10-3 mili m 10-6 micro µ 10-9 nano n 10-12 pico p D.R. © Universidad TecMilenio 4 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Carga • Base para describir todos los fenómenos eléctricos. • La carga eléctrica existe en cantidades discretas, discretas que son múltiplos enteros de la carga del electrón. • Los efectos eléctricos pueden atribuirse a la separación de cargas y al movimiento de éstas. electrón Carga de un electrón 1.60218 x 10 –19 C 1 C = carga de 6.24 x 10 18 electrones Átomo Corriente En los circuitos eléctricos, la corriente se debe al flujo de electrones libres. Cuando se aplica voltaje o presión eléctrica, y existe un camino para la corriente, los electrones se desplazan a lo largo del camino desde la terminal negativa hacia la terminal positiva. La terminal negativa repele los electrones y la terminal positiva los atrae. - + Alambre Cond Conductor ctor Electrones D.R. © Universidad TecMilenio 5 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Corriente • • Es una medida de la rapidez con que las cargas pasan por un punto de referencia en una dirección específica. Otra definición: es la cantidad de carga ( razón de cambio) que pasa por un punto en un tiempo dado. Corriente i (t ) I (constante) i ( varía con el tiempo) dq dt UNIDAD : Ampere [ A = C/s ] t q (t ) i (t )dt dq i dt t0 Tipos de Corriente i 1) • Corriente Directa (cd ó dc) • Corriente Alterna Senoidal ((ca ó ac)) t 2) i i t 3) • t Corriente Exponencial (capacitores ó inductores) D.R. © Universidad TecMilenio 6 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Corriente 3A -3A (son iguales) Las flechas son muy importantes para indicar la dirección de la corriente. i (t) i (t) MAL BIEN Voltaje Cuando separamos cargas positivas y negativas tenemos que gastar energía en el proceso. El voltaje es la energía por unidad de carga creada por la separación. Es el trabajo realizado para mover una carga de 1 coulomb de carga de un punto t a otro. t Unidad: Volt [V = J/C] V W Q v dw dq W=1J 1c l l x y Vxy=1V D.R. © Universidad TecMilenio 7 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Voltaje Fuerza electromotriz El voltaje se denomina a veces "fuerza electromotriz" (EMF). La EMF es una fuerza eléctrica o presión que se produce cuando los electrones y protones se separan. La fuerza que se crea, va empujando hacia la carga opuesta y en dirección contraria a la de la carga de igual polaridad Este proceso se produce en una batería, polaridad. batería donde la acción química hace que los electrones se liberen de la terminal negativa de la batería. Potencia Es la rapidez con que se gasta energía. Unidades: Watts [W = Joules/segundo] P W V Q t t p dw d dt P V I 1 Watt tasa a la que se gasta energía para transferir un coulomb por segundo a través del elemento del circuito. D.R. © Universidad TecMilenio 8 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Potencia • Si la potencia de un elemento es positiva, quiere decir que el elemento consume energía. q g • Si la potencia de un elemento es negativa, quiere decir que el elemento genera energía. Para obtener la potencia de un elemento, la fórmula es: – P=VI, si la corriente entra por la terminal + – P=-VI, si la corriente entra por la terminal - Cierre • El sistema de unidades sirve para establecer un lenguaje común común. • Para comprender los conceptos de voltaje y corriente, se requiere comprender la estructura atómica por ser esta última la base de todo fenómeno eléctrico. • El movimiento de los electrones genera un flujo llamado corriente eléctrica. La unidad de medición es el Ampere. D.R. © Universidad TecMilenio 9 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos • En una diferencia de potencial de 1 volt entre dos puntos, se requiere un joule de energía para mover un coulomb de carga de un punto a otro. • La potencia en watts puede ser medida en cualquier instante de tiempo, mientras que la energía en joules debe ser medida durante un cierto periodo como por ejemplo un segundo, segundo una hora o un año. año Bibliografía • Boylestad, R. Introducción al análisis de circuitos. Décima Edición. México: Pearson Educación, 2004. ISBN: 9702604486. • Alexander, Charles K. Fundamentos de circuitos eléctricos. Tercera Edición. México: McGraw-Hill, 2002. ISBN: 9701034570. D.R. © Universidad TecMilenio 10 Universidad Tec Milenio: Profesional Análisis de circuitos eléctricos Créditos Diseño de contenido: Ing. Yesika Arteaga León, MTL Coordinador C di d académico dé i d dell á área: Ing. Norma Yolanda Loera Hdz. M.A Edición de contenido: Lic. Yolanda Domínguez Medina, MTE Edición Edi ió de d ttexto: t Lic. Jimena Morales Andrade Diseño Gráfico: Ing. Felipe Leyva Silva, MGTI D.R. © Universidad TecMilenio 11