Conceptos Basicos
CARGA Y CORRIENTE
El concepto de carga eléctrica es el principio
fundamental para explicar todos los fenómenos eléctricos. La carga es una propiedad eléctrica de las
partículas atómicas de las que se compone la materia, medida en Coulombs (C).
Características importantes de la carga eléctrica:
Características importantes de la carga eléctrica:
1. La carga
es bipolar, lo que quiere decir que los efectos eléctricos se describen en
términos de cargas positivas y negativas.
2. La carga eléctrica
existe en cantidades discretas, que son múltiplos enteros de la carga
electrónica.
3. La carga eléctrica es móvil; esto es, puede ser transferida de un
lugar a otro, donde puede ser convertida en otra forma de energía.
4. Los
efectos eléctricos pueden atribuirse a la separación de las cargas y al
movimiento de éstas. En teoría de circuitos, la separación de las cargas crea
una fuerza eléctrica (tensión), mientras que el movimiento de una carga crea un
fluido eléctrico (corriente).
5. Las cargas de la misma polaridad se repelen, mientras que las cargas con polaridad diferente se atraen.
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| Figura 1. Átomo, cargas en reposo, expulsión y atracción de las mismas |
Corriente eléctrica es la velocidad de cambio de la carga respecto al tiempo, medida en amperes(A).
El movimiento de cargas crea Corriente eléctrica. Por convención se considera al flujo de corriente como el movimiento de cargas positivas (por ejemplo en baterías, diodos y transistores). Esto es, opuesto al flujo de cargas negativas. Esta convención la introdujo Benjamín Franklin (1706-1790), el científico e inventor estadounidense.
La corriente en
conductores metálicos se debe a partículas cargadas negativamente. Si de manera continua se transfieren
cargas entre las diferentes partes de un circuito, no se hace nada para cambiar
la cantidad total de carga. Quiere decir esto que los electrones o protones ni
se crean ni se destruyen cuando se operan circuitos eléctricos
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| Figura 2. Flujo de carga en un alambre. |
La corriente presente en un punto específico tiene un valor numérico y una dirección asociada a ella; es la medida de la velocidad a la cual la carga neta positiva se mueve a través de ese punto en una dirección específica.
André Marie
Ampere (1775-1836), matemático y físico francés definió la corriente eléctrica
y desarrolló una manera de medirla en la década de 1820. Inventó el
electroimán y el amperímetro. La unidad
de corriente eléctrica lleva su nombre.
Matemáticamente,
la relación entre la corriente
, la carga
y el tiempo
es:
Donde la
corriente se mide en amperes (A), y 1
ampere= 1 coulomb/ segundo.Así, se afirma que un coulomb se mide cada segundo
en un alambre que conduce una corriente de 1 ampere.
Los dos tipos de corriente mas comunes son:
Una corriente directa (DC) que permanece constante en el tiempo, por convención se representa como en la figura 3(a).
Los dos tipos de corriente mas comunes son:
Una corriente directa (DC) que permanece constante en el tiempo, por convención se representa como en la figura 3(a).
Una corriente alterna (AC) varia senoidalmente con el tiempo, se representa como en la figura 3(b).
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| Figura 3. Tipos de corriente eléctrica. |
TENSIÓN
Un elemento
básico ideal de un circuito tiene 3 atributos:
1. Incluye sólo
dos terminales que son puntos de conexión con otros componentes del circuito.
2. Se describe
matemáticamente en términos de corriente y (o) tensión.
3. No puede
subdividirse en otros elementos.
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| Figura 4. Elemento con dos terminales. |
Si por el terminal
Para mover el electrón en un conductor en una dirección particular es necesario que se transfiera cierto trabajo o energía. Este trabajo lo lleva a cabo una fuerza electromotriz externa (fem), conocida también como tensión o diferencia de potencial.
La tensión
Donde
es la energía en Joules (J), y
es la carga en coulombs (C). La tensión se mide en
Volts (V), así llamados en honor al físico italiano Alessandro Antonio Volta (1745-1827),
quien inventó la primera batería voltaica.
1 volt= 1 joule/coulomb = 1
newton-metro/coulomb
Los signos (+) y
(-) se usan para definir la dirección o polaridad de tensión de referencia. La
tensión puede interpretarse de dos formas
Puede existir
tensión entre un par de terminales eléctricas sin importar si fluye o no una
corriente. Por ejemplo, la batería de un automóvil tiene una tensión de 12 V
entre sus terminales incluso si no se conecta nada a ellas.
POTENCIA Y ENERGÍA
Para efectos
prácticos, se necesita saber cuánta potencia puede manejar un dispositivo
eléctrico.
Potencia es la variación
respecto del tiempo de entrega o absorción de la energía, medida en watts (W), matemáticamente
se expresa:
Donde P es la
potencia, en watts (W);
es la energía en joules (J), y
es el tiempo en
segundos (s).
Se obtiene:
La potencia
obtenida en es una cantidad que varía con el tiempo y se llama potencia instantánea. Si la potencia
tiene signo (+), está siendo absorbida
por el elemento. Si, por el contrario tiene signo (-), está siendo suministrada o generada por el
elemento.
La dirección de
corriente y la polaridad de tensión desempeñan un papel importante en la
determinación del signo de la potencia.
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| Figura 5. Potencia en un elemento de dos terminales. |
La convención pasiva de signos se satisface cuando la corriente entra por la polaridad positiva de la tensión. Si la corriente entra por el terminal negativo.
+potencia
absorbida= - potencia suministrada.
La potencia absorbida aparece físicamente
como calor y (o) luz, y también puede ser calculada en términos de resistencia
como:
Fin del capítulo.
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