ELECTROTECNIA 1 63

7/29/2019 ELECTROTECNIA 1 63

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ELECTROTECNIA


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PRODUCCION TRANSPORTE YDISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA

Principio descubierto por Faraday 1820, Voltaje y corriente AC y DC, AT y BT,220.000 y 380.000 volts; 32.000, 13,000; 6.800; transformacin; elevacin yreduccin de voltajes, distribucin 380, 220, 127 Volts.


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Que descubri Faraday?


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LEYES ELECTROMAGNETICAS.

LEY DE FARADAY.En 1831 Michael Faraday descubri las corrientes inducidas alrealizar experimentos con una bobina y un imn.


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Experimento 1Variacin de flujo magntico induccin


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Experimentos de Faraday (1831)

En 1831 descubre que un campo magntico variableen la proximidad de un circuito elctrico (cerrado)induce en l una corriente elctrica.

A este fenmeno se le denomina induccinelectromagntica

Michael Faraday 1791-

1867


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Experimentos de Faraday


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Experimentos de Faraday

A la corriente elctrica que se genera se le llama: corriente inducida.

Al circuito donde aparece la corriente se le denomina circuito inducido, y aldispositivo que produce (induce) la corriente se denomina inductor.

Faraday observo que la corriente inducida depende de los siguientes factores:o Slo aparece corriente cuando hay variacin en el campo magntico ( cambio espacial: el

imn o el circuito se mueven o cambio temporal el campo magntico aparece ydesaparece -electroiman-)o La corriente es mayor si:

El campo B es ms intenso El circuito tiene una superficie (rea) mayor El cambio es ms rpido

Para entender y explicar el fenmeno Faraday invento el concepto de lneas decampo y el de flujo magntico


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En concretoLey de Faraday


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Ley de Faraday

De acuerdo con los experimentos realizados por Faradaypodemos decir que:

1.- Las corrientes inducidas son aquellas producidascuando se mueve un conductor en sentido transversal a

las lneas de flujo de un campo magntico. 2.- La induccin electromagntica es el fenmeno que da

origen a la produccin de una fuerza electromotriz (fem)y de una corriente elctrica inducida, como resultado dela variacin del flujo magntico debido al movimiento

relativo entre un conductor y un campo magntico.


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Experimento 2

Variacin de

corriente induccin


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En la actualidad casi toda la energa que seconsume en nuestros hogares y en la industria seobtiene gracias al fenmeno de induccin

electromagntica. Por todo el mundo existengeneradores movidos por agua, vapor, petrleoo energa atmica, en los cuales enormesbobinas giran entre los polos de potentes imanes

y generan grandes cantidades de energaelctrica.


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La fem y la corriente inducida en un circuito poseen unadireccin y sentido tal que tienden a oponerse a lavariacin que los produce.

La corriente inducida se debe al movimiento relativo

entre el imn y la espira.


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Los fenmenos de induccin electromagnticatienen una aplicacin prctica invaluable, puesen ellos se fundan los dinamos y los alternadores

que transforman la energa mecnica enelctrica, as como los transformadores, loscircuitos radioelctricos y otros dispositivos detransmisin de energa elctrica de un circuito a

otro.


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Supongamos una varilla conductora que se desliza a lo largo de dosconductores que estn unidos a una resistencia.

I

El flujo magntico vara porque el rea que encierra el circuito tambin lo hace.

xlBAB vlBdt

dxlB

dt

d

Como

dt

dm

El mdulo de la fem inducida ser

Fem de movimiento es toda fem inducida por el movimiento relativo de uncampo magntico y un segmento de corriente.

vlB


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Enunciado de la Ley deFaraday. Con base en sus experimentos, Faraday enunci

la ley del Electromagnetismo: la fem inducida enun circuito formado por un conductor o una

bobina es directamente proporcional al nmerode lneas de fuerza magntica cortadas en unsegundo. En otras palabras: la fem inducida enun circuito es directamente proporcional a la

rapidez con que cambia el flujo magntico queenvuelve.


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El campo magntico ejerce una fuerza magntica sobre la varilla que seopone al movimiento

I

mF

El resultado es que si impulsamos la varilla con una cierta velocidad hacia la

derecha y luego se deja en libertad, la fuerza magntica que aparece sobrela varilla tiende a frenarla hasta detenerla. Para mantener la velocidadconstante de la varilla, un agente externo debe ejercer una fuerza igual yopuesta a la fuerza magntica.


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La ley anterior, en trminos de la corriente inducida, seexpresa de la siguiente manera: la intensidad de lacorriente inducida en un circuito es directamenteproporcional a la rapidez con que cambia el flujo

magntico. La Ley de Faraday se expresa matemticamente como:

=

O bien

=


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Donde = fem media inducida en volts (V)

f= flujo magntico final en webers (wb)

i = flujo magntico innicial en webers (wb)

t =tiempo en que se realiza la variacin del flujo magntico

medido en segundos (seg).

El signo negativo (-) de la ecuacin se debe a la oposicinexistente entre la fem inducida y la variacin del flujo que laproduce (Ley de Lenz).


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Cuando se trata de una bobina que tiene N nmero devueltas o espiras, la expresin matemtica para calcularla fem inducida ser:

=

Al calcular la fem inducida en un conductor recto delongitud L que se desplaza con una velocidad v enforma perpendicular a un campo de induccinmagntica B se utiliza la expresin:

=


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Problemas de la Ley deFaraday 1.- Una bobina de 60 espiras emplea 0.04 segundos en

pasar entre los polos de un imn en forma de herraduradesde un lugar donde el flujo magntico es de 2x10-4webers a otro en el que ste es igual a 5x10-4 webers.Cul es el valor de la fem media inducida?

Datos Frmula N=60 =-Nf-i t=0.04 seg t Sustitucin

i=2x10-4

wb . f=5x10

-4 wb =-60(5x10-4 wb- 2x10-4wb)/0.04 seg =-0.45 Volts


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2.- Un conductor rectilneo de 10 cm de longitud se mueveperpendicularmente a un campo de induccin magntica iguala 0.4 teslas con una velocidad de 3 m/seg. Cul es el valor dela fem inducida?

Datos Frmula Sustitucin

L=10 cm=0.10 m =BLv =0.4 Tx0.10mx

B=0.4 Teslas 3 m/seg

v=3 m/seg = 0.12 Volts

=?


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3.- El flujo magntico que cruza una espira de alambre vara de0.002 wb a 0.004 wb en 0.03 segundos. Qu fem media seinduce en el alambre?

Datos Frmula

f=0.004 wb =-f-i i=0.002 wb t t=0.03 seg

Sustitucin.

=-0.004 wb- 0.002 wb/0.03 seg

=-6.6 x10-2 Volts

= -66 milivolts


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4.- Calcular el nmero de espiras que debe tener una bobinapara que al recibir una variacin del flujo magntico de 8 x10-4webers en 0.03 seg se genere en ella una fem media inducidade 12 volts.

Datos Frmula N=? N= t

= 8 x10-4 wb t= 0.03 seg =12 volts 12 wb/seg Sustitucin N=12wb/segx0.03seg

8 x10-4 wb N= 450 vueltas


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5.- Calcular el tiempo necesario para efectuar unavariacin de 60 x10-4 Wb en el flujo magntico, aldesplazarse una bobina de 500 vueltas entre los polos deun imn en forma de herradura, el cual genera una fem

media inducida de 20 volts. Datos Frmula Sustitucin.

t=? t=-N t=500x60 x10-4 Wb

20 V

= 60 x10-4 Wb

N=500 t=0.015 seg

=20 V


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6.- Calcular la velocidad con que se mueve un alambre de 15cm perpendicularmente a un campo cuya induccin magnticaes de 0.35 teslas al producirse una fem media inducida de 0.5volts.

Datos Frmula Sustitucin.

v=? v = v=0.5 volts

L=15 cm=0.15 m BL 0.35 Tx0.15m

B=0.35 Teslas v= 9 m/seg

=0.5 V


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INDUCCIONELECTROMAGNTICATransformadores y Generacin de corrientealterna


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El flujo magntico () a travs de una superficie es una medida de la cantidad delneas de campo magntico que atraviesan esa superficie.

Flujo Magnetico (magnetick tok)

S

B De qu depende el valor del flujo?


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El flujo magntico que atraviesa la superficie de un circuito cerrado depende de lossiguientes factores:

o De la intensidad del campo magntico (modulo del campo magntico, B)

o Del rea del circuito cerrado (S)

o De la orientacin del circuito respecto del campo magntico. En concreto del nguloformado por B y la direccin normal (perpendicular) al plano del circuito

Flujo Magnetico (magnetick tok)

cosBS circuiton

B

En el sistema internacional el Flujo magntico se mide en Weber (1Wb=1T/m2)


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Ley de LENZLa ley natural de la sustentacin


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La Ley de induccin electromagntica de Faraday: la fuerza electromotriz inducida(fem, ) en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que

cambia en el tiempo el flujo magntico que atraviesa la superficie del circuito.

La Ley de Lenz: las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas sern de unsentido tal que se opondrn a la variacin del flujo magntico que las produjeron.

Ley de Lenz-Faraday. Fuerza electromotriz inducida.

La teora actual afirma que los campos magnticos variables producen una fuerzaelectromotriz (tensin, diferencia de potencial) inducida () que genera la corriente

elctrica inducida

+


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Si llamamos al flujo a travs una espira y hay N espiras esta expresin se

puede escribir:


Si llamamos al flujo que atraviesa la superficie del circuito la expresin

matemtica de estas leyes es:

(versin real y exacta de la ley, nos da la fem instantnea)

dt

dt

)(

tt

)(

tN

(versin aproximada de la ley, nos da la fem media)

dt

dN

L d L F d F l i i d id


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Observaciones: La palabra clave en la ley de Faraday es cambio,el flujo magntico tiene que

cambiar en el tiempo para que halla fuerza electromotriz inducida (y por tantocorriente inducida).

El flujo puede cambiar por distintas razones:

o Porque el causante (inductor) de un campo magntico permanente (el imn)se mueve respecto del circuito (inducido). Movimiento relativo entre inductor

e inducidoo Porque aunque no haya movimiento elcampo magntico est variando en el

tiempo. (Ej una bobina en la que la corriente varia crea un campo magntico

variable, porque es corriente alterna o porque se enciende y se apaga el

circuito)

o Porque el rea de la espira (del circuito cerrado) vara (Ej: la deformamos).

Nota: Las 2 expresiones para la fem inducida (la fem media y la fem instantnea)

dan el mismo resultado cuando el ritmo de variacin del flujo magntico es

constante.

L d L F d F l i i d id


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A


Ejemplo1 (ej4)Calcular el valor de la fem inducida (media) en una bobina de 200 vueltas que

tarda 210-1s en pasar entre los polos de un imn en forma de herradura desde un

punto en que el flujo magntico es 510-3 Wb a otro en el cul ste vale 810-3 Wb.Cunto valdr la intensidad de corriente media si la Resistencia de la bobina es

de 10?

Resolucin:-N=200

-t=210-1s

-1= 510-3 Wb

-2= 810-3 Wb

Vt

Nfem 3102

1051082001

33

RIfem AR

Ifem

3,0

L d L F d F l t t i i d id


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Ejemplo 2Un campo magntico uniforme de 0.4 T atraviesa perpendicularmente una espira

circular de 5cm de radio y 15 ohmios de resistencia. Calcula la fem y la intensidad de

corriente inducidas si la espira gira un cuarto de vuelta alrededor de su dimetro en0.1 s.)

Resolucin:Datos:

B=0,4T

r=5cm=0,05m.R=15t=0,1sGiro de un cuarto de vuelta(angulo inicial=0, angulofinal=90)

tt

inicialfinal

WbBSBSinicial 0,00314 00785,04,01)0cos(

WbBSfinal 0)90cos(

Inicial: Final:B

final=max

B

inicial=

0

2200785,0 mrS cosBS

final



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Ejemplo 2 (ej5)Un campo magntico uniforme de 0.4 T atraviesa perpendicularmente una espira

circular de 5cm de radio y 15 ohmios de resistencia. Calcula la fem y la intensidad

de corriente inducidas si la espira gira un cuarto de vuelta alrededor de sudimetro en 0.1 s.)

Resolucin:Datos:

B=0,4Tr=5cm=0,05m.R=15t=0,1sGiro de un cuarto de vuelta(angulo inicial=0, angulofinal=90)

tt

inicialfinal

Wbfinal 0,00314

Wbinicial 0

mVV,,

,

tt

inicialfinal4,3103140

10

0003140

mAmV

R

tI 09,2

15

4,31)(



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Ejemplo 3 (ej6)En un marco cuadrado de 30 cm de lado tenemos 10 vueltas de alambre enrollado. La

intensidad de la componente horizontal del campo magntico terrestre es de 0.2 Wb/m2. Si se

hace girar el marco alrededor de un eje vertical, a partir de un plano norte/sur hacia un planoeste/oeste, en 0.150 s

Cual es la fem inducida?

Cual es la corriente inducida si la resistencia de la bobina es de 2 ?

BBInicial: Final:

final

=max

inicial=

0

Vt

Nt

Ninicialfinal

2,1150,0

0108,110

2

AR

tI 6,02

2,1)(

S tid d l i t L d L


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La Ley de Lenz: las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas sern de unsentido tal que se opongan a la variacin del flujo magntico que las produjeron.

Sentido de la corriente. Ley de Lenz.

+

De otra forma:La Ley de Lenz: la corriente inducida y el campo magntico inducido tendrn un

sentido que se oponga al cambioque los produce.



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La Ley de Lenz: la corriente inducida y el campo magntico inducido tendrn unsentido que oponga al cambio que los produce.


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Sentido de la corriente Ley de Lenz


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Iinducida

Movimiento del imn

Caso A: El imn se acerca. El flujo magnetico aumenta hacia la

izquierda, por lo que el circuito se opone a este cambio

creando un campo magntico inducido hacia la derecha

intentando que el flujo no aumente

inducidoB

inducidoB

ex tB

extB

La Ley de Lenz: la corriente inducida y el campo magntico inducido tendrn unsentido que oponga al cambio que los produce.



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Movimiento del imn

Iinducida

Iinducida

Caso B: El imn se aleja. El flujo magntico disminuye hacia la

izquierda, por lo que el circuito se opone a este cambio creando

un campo magntico inducido hacia la izquierda intentando que el

flujo no disminuya44

La Ley de Lenz: las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas sern de unsentido tal que se opongan a la variacin del flujo magntico que las produjeron.


Animacin1 Animacin2

http://../Animaciones,videos/Circuitos%20electricos/ohm-1d.jarhttp://../Animaciones,videos/Circuitos%20electricos/cck-dc.jarhttp://../Animaciones,videos/Circuitos%20electricos/cck-dc.jarhttp://../Animaciones,videos/Circuitos%20electricos/ohm-1d.jar


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N S

+- +-

NS

A)B)

C) D)



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N S

NS

G)

H)



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N S

-+

E)

F)

Generador Produccin de Corriente alterna


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Generador. Produccin de Corriente alterna.

Si hacemos girar una espira en el interior de un

campo magntico (B), aproximadamente uniforme se

inducir en ella una fuerza electromotriz y por tantouna corriente elctrica.

Esta corriente est cambiando continuamente en el

tiempo.

La corriente cambia en magnitud y signo.

Este principio es utilizado en el generador electromagntico para producir corriente

alterna.

Es un ejemplo clsico de transformacin de energa mecnica (del movimiento) en

energa elctrica



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s el rea de la espira

el ngulo entre B y la direccin normal de la espira. vara de 0 a 360 .

Expresando el ngulo girado en funcin de la velocidad angular de giro

t representa el ngulo girado en radianes,

la velocidad angular en rad/s.

cosBS

tBSt cos

Si hacemos girar una espira en el interior de un

campo magntico (B), aproximadamente uniforme.

El flujo magntico que la atraviesa ser:



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Expresando el ngulo girado en funcin de la velocidad angular de giro

t representa el ngulo girado en radianes,

la velocidad angular en rad/s.

Por lo tanto en la espira se inducir una fuerza electromotriz de valor:

Si la bobina tiene N espiras:

tBSt cos

tBSsendt

dt )(

tNBSsent )(



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Si mantenemos constante la induccin del campo y la velocidad de giro, sindolo tambin

el nmero de espiras y el rea de las mismas, tendremos:

Como puede verse en la frmula la f.e.m. resultante tendr forma senoidal.

cteNBS max

tsent max

)(

Generadores de corriente


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Generadores de corriente AC: Alternador

anima

cin

Si no te funciona la animacin

de esta pgina pulsa este icono

http://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swfhttp://animaciones%20inducccion/alternator1.swf


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Generadores de corriente DC: Dinamo

animacin

Si no te funciona la animacin

de esta pgina pulsa este icono

Transformadores
http://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swfhttp://animaciones%20inducccion/split_ring1.swf


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Transformadores

SP

tNt

tNt

SSS

PPP

)(

)(

S

S

P

P

NN

1

1

2

2

N

N

Si

suponemo

s:

tt

SP

t

Transformadores


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Transformadores

Si adems suponemos que en el transformador no se pierde

energa en forma de calor (tampoco se puede crear energa) la

potencia en el circuito primario tiene que ser la misma que enel circuito secundario:

2211 II

2211 ININ

Si la fem aumenta la intensidad tiene

que disminuir:

1

2

1

2I

N

NI

12

1

1

2

N

N

12 II

Autoinduccin


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Autoinduccin

Li

Aplicaciones


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Aplicaciones

Detectores de metales


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Detectores de metales

Micro y altavoces


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60

y


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Generador elctrico

EFECTO TERMICO


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EFECTO TERMICO

Efecto Lumnico


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Efecto Lumnico

EFECTO QUIMICO


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EFECTO QUIMICO

EFECTO MAGNTICO


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EFECTO MAGNTICO

LA ELECTRICIDAD


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LA ELECTRICIDAD

La electricidad se fundamenta en los fenmenos que se dan a nivel atmico

Estructura atmica


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Estructura atmica

A i l i d


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Atraccin y repulsin de cargas

La masa en el tomo


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La masa en el tomo

La Carga en el tomo


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g

La carga y el tomo


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g

La carga y el tomo


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La carga y el tomo

Transferencia de cargas


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Transferencia de cargas

T t d


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Transporte de cargas

j l


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ejemplo

MOVIMIENTO DE ELECTRONES


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MOVIMIENTO DE ELECTRONES

Si tomamos dos bolas cargadas con diferente cantidad de carga, lo cualsupone que la una es positiva con respecto a la otra y las unimos conun alambre conductor; entonces las cargas elctricas negativas severn atradas por las positivas y viceversa, por tanto las negativasatravesarn el conductor produciendo un flujo de cargas, al cualdenominaremos corriente elctrica.

ACUMULADOR


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ACUMULADOR

La conclusin es evidente

Circuito Elctrico


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Circuito Elctrico

Diagrama elctrico bsico

MOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CIRCUITO


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Al pasar los electrones por el material de mayor resistenciaeste se calienta y emite fotones que lo vuelven visible

FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDADl lf l


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POR REACCION QUIMICA: El cido sulfrico disuelvelas barra de cinc y de cobre, pasando sus tomos a ladisolucin. Por un lado, el cinc cede tomos a ladisolucin, dejando acumulados gran cantidad de suselectrones en la barra de cinc. Con la barra de cobre

pasa algo similar, pero en ella se acumulan muchosmenos electrones. El resultado es que la barra de cincse hace mucho ms negativa que la barra de cobre,apareciendo una diferencia de cargas, o tensinelctrica, entre las dosMientras exista material activo en las barras paradisolverse, esta pila elemental producir fuerzaelectromotriz, pero la pila deja de ser til cuando seagotan dichos materiales.

Sin embargo, los acumuladores elctricos, como losque constituyen las bateras de los automviles, sepueden recargar una vez agotados. Para ello basta conhacerles pasar una corriente elctrica cuando estndescargados. Esto se consigue conectndolos a unafuente de energa elctrica.

POR PRESION: Existen ciertos materiales, como loscristales de cuarzo, que cuando son golpeados o

presionados, entre sus caras aparece una tensinelctrica. De alguna manera lo que ocurre es queal presionar el cristal los electrones salendesplazados de una de las caras a la otra,originando una diferencia de cargas. Estapropiedad se denomina "piezoelectricidad".

FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD


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POR LUZ: Mediante la clulas fotovoltaicas es posibletransformar directamente la energa luminosa en energaelctrica.

La clula fotovoltaica se construye con materialessemiconductores sensibles a la luz. Al incidir energaluminosa en estos semiconductores, se provoca eldesprendimiento de electrones en las ltimas rbitas de sustomos, provocando una diferencia de cargas entre su carasLas aplicaciones de esta forma de producir electricidad son:generadores de energa elctrica para satlites espaciales ypara suministro autnomo de energa en instalaciones

apartadas de la red elctrica.

POR CALOR: Algunos cuerpos poseen propiedadestermoelctricas, con los cuales se pueden construir parestermoelctricos. stos constan de dos metales distintos yunidos, que al ser calentados, manifiestan una diferencia depotencial entre sus extremos Este fenmeno se debe a queuno de los metales desprende ms electrones que el otro,por efecto del calor, generndose una pequea diferenciade cargas entre sus extremos que es proporcional a latemperatura de la unin. La energa elctrica que seproduce mediante este sistema es muy pequea. Medianteeste fenmeno se fabrican termopares para la construccinde termmetros (especialmente para medir temperaturasen hornos).

FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD


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POR ACCION MAGNTICA: Esta forma de

producir electricidad se basa en elprincipio de Faraday, y es de esta formacomo se produce la energa en lasgrandes centrales elctricas mediante losalternadores o, en otros casos, con lasdinamos en forma de corriente continua.

Cuando se mueve un conductor elctrico(hilo metlico) en el seno de un campomagntico (imn o electroimn) apareceuna corriente elctrica por dichoconductor. Lo mismo ocurre si se mueveel imn y se deja fijo el conductor. En un

generador elctrico se hacen moverbobinas en sentido giratorio en lasproximidades de campos magnticosproducidos por imanes o electroimanes.

Conceptos Bsicos


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Conceptos Bsicos

Carga elctrica. Campo elctrico

Voltaje

Corriente

Potencia Ley de Ohm

Leyes de Kirchhoff

Circuitos serie y paralelo

Generadores AC y DC Instrumentos de medida

CARGA ELECTRICA


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CARGA ELECTRICA

Entre las propiedades de la materia podemos encontrar una que se denominacarga elctrica designada arbitrariamente: vidrio positiva y ambar negativa.

Las cargas del mismo tipo se repelen y de distinto se atraen.

La menor carga elctrica es la carga negativa del electrn, o positiva del protn,igual a 1,6.10-19 C .

En el S. I. de unidades la carga se mide en culombios (C).

CAMPO ELECTRICO


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CAMPO ELECTRICOEl entorno de una carga, que denominaremos q ,presenta una propiedad que se manifiesta

cuando otra carga q esta presente en l; semanifiesta a manera de una fuerza cuyamagnitud responde a la relacin:

Cuando la carga de prueba q tiene magnitud 1 o si

analizamos la fuerza por unidad de carga puededimensionarse al campo elctrico como:

Se dice, entonces que, CAMPO ELECTRICO ES LAFUERZA POR UNIDAD DE GARGA QUE PRESENTAEL ENTORNO DE UNA CARGA

E= F/q

INTERACCIONES


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INTERACCIONES

UNIDADES Y MAGNITUD


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UNIDADES Y MAGNITUD

0 = permeabilidad dielctrica del vacio = 8,85 x 10-12 F/m = permeabilidad relativa al vacio

Carga del electrn= -1,6x10-19 C

1/40 = 9x109 V m/C

El campo elctrico se mide en Newtons/C

TENSION


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TENSIONLa tensin elctrica o voltaje

en un punto A respecto a otroB, es el trabajo realizado sobreuna carga puntual para llevarladesde B hasta A esto es:

El signo del trabajo es negativo, si se ha

hecho una fuerza en contra del campo paratrasladar la carga y el signo del trabajo espositivo, si la carga se ha desplazado por laaccin de las fuerzas del campo.

TRABAJO Y POTENCIA


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TRABAJO Y POTENCIA

En consecuencia para trasladar unacarga desde un punto a otro serealizar un trabajo:

W=qVSi recordamos que la potencia es eltrabajo realizado por unidad detiempo diremos que:

P= (dw/dt)=V(dq/dt)P=VxI

Donde I representa las cargas porunidad de tiempo

V se mide en voltiosW se mide en juliosI se mide en amperios= C/segP se mide en watios = Julios/seg

CORRIENTE


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CORRIENTE

La corriente es la cantidad de carga que atraviesa el rea de unconductor, por unidad de tiempo. No olvidar que se trata devectores. (Se dice es el movimiento de cargas positivas)

RESISTENCIA


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RESISTENCIA

La resistencia elctrica es la oposicinque encuentran las cargas paracircular por el medio, dispositivo,conductor o elemento

De acuerdo con la Ley de Ohm, un

ohm, es el valor de una resistenciaelctrica; cuando circula por ella unamperio provocado por un voltio detensin en sus extremos

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resistencia/ke_resistencia_4.htm

LEY DE OHM


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LEY DE OHMCuando una corriente atraviesa una resistencia se produce una cada de voltaje que sedisipa en el dispositivo resistente

El valor a la cada de voltaje(V) es proporcional a la corriente (I) que circula por unvalor cuya magnitud se la conoce como resistencia (R) y se la mide en Ohms {}Cuando alimentamos a una resistencia con un voltaje se produce una corrienteelctrica cuya magnitud decrece con el grado de dificultad al paso de los electrones enla estructura material de la resistencia; la energa perdida se disipa en calor yvibracin.

Se suele relacionar la resistencia con las dimensiones del conductor con unaconstante llamada resistividad

V= IR R=(l/A)dondel es longitud en metros

A es rea en mm2 es la resistividad; es especfica

para cada material y vieneexpresada : Ohm. mm2/m

MOVILIDAD


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MOVILIDAD

A velocidad que alcanza una carga por unidad de campo elctricose la denomina movilidad.

= En consecuencia la conductividad vendr dada por la movilidad

por la carga involucrada esto es la densidad de cargas por unidadde volumen por la carga del electrn= . .

Siendo la conductividad el inverso de la resistividad esta ser:

= 1 = 1.. =

RESISTENCIA vs TEMPERATURA


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RESISTENCIA vs. TEMPERATURA

Por lo general, la resistencia aumenta con la temperatura en losconductores metlicos. Este aumento depende del incrementode temperatura y de la materia de que est constituido dichoconductor.

=(1+)

Rt = resistencia en caliente

Ro = resistencia a 0Ct = variacin de temperatura

= coeficiente de temperatura

Ejercicio


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Ejercicio

Cul ser el aumento de temperatura que experimentauna lmpara incandescente con filamento de wolframio, sial medir su resistencia a temperatura ambiente (20 C)obtuvimos un resultado de 358 ohmios, habindosecalculado una resistencia en caliente de 807 ?.

Determinar la corriente que aparecer en la lmparaincandescente al conectarla a 230 V y en lo siguientes.casos: a) al conectarla, b) una vez encendida.

Rigidez dielctrica


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Rigidez dielctrica

La tensin necesaria paraprovocar la perforacin deldielctrico viene expresadaen kilovoltios por milmetrode espesor del aislante. Este

dato no es constante, ydepende de la humedadcontenida en el aislante, de latemperatura, de la duracinde la tensin aplicada, y deotras muchas variables. As,por ejemplo, la rigidezdielctrica de los siguienteselementos es:

Instalacin domiciliaria


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Instalacin domiciliaria"Interruptor de control de potencia (ICP)"

EFECTO JOULE


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EFECTO JOULEHemos visto que los conductores y las resistencia se calientan

cuando son atravesados por una corriente elctrica. Estefenmeno es tambin conocido por "efecto Joule". El fsico P.James Joule estudi la relacin que existe entre la energa y sutransformacin plena en calor. A base de experimentar con uncalormetro, lleg a la conclusin de que la energa de 1 Julio esequivalente a 0,24 caloras.

Q = 0,24, EQ = calor en caloras

E= energa en Julios

De esta manera, si quisiramos determinar el calor que se produce enuna resistencia R en un tiempo determinado t cuando es recorrida por

una corriente elctrica I, tendremos que:E = P t; a su vez P = R I2;

si llevamos estos valores a la primera expresin, tenemos:

Q = 0,24RI2t

Ejercicio resuelto


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Ejercicio resuelto

Calcular el calor desprendido por un horno elctrico de 2000 Wen 5 minutos de funcionamiento,

Solucin: La energa en julios consumida durante ese perodo detiempo, es:

t=5x60=300s

E = P t = 2.000 x 300 = 600,000 Julios

Como cada julio se transforma en 0,24 caloras, tendremos que:

Q = 0,24 E= 0,24, 600.000 = 144.000 caloras= 144 Kcal.

Ejercicio


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Ejercicio

Calcular el calor desprendido por un conductor de cobre de100m de longitud y 1,5 mm2 de seccin que alimenta ungrupo de lmparas de 1500 W de potencia a una tensin de230 V durante un da, resistividad del cobre 0.0017 Ohm-mm2

Calor Especfico


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pEl calor especfico de una substancia es lacantidad de calor que se precisa para aumentar latemperatura en 1 C una masa de 1 gramo, As,por ejemplo, para elevar la temperatura de ungramo de agua en un grado se necesita unacalora, bastante ms que lo que se necesita parahacer lo mismo con un gramo de cobre (0,093caloras), En la Tabla se expone el calor especfico

de diferentes substancias, expresado en caloras/gramo CConociendo el calor especfico de una substanciay su masa es posible calcular la cantidad de calorque es necesario aplicar para elevar sutemperatura. Para ello aplicaremos la expresin:

Q=m.c.tQ=cantidad de calor ( calorias)m= masa (gramos)c = calor especifico ( cal/grC)t=variacin de temperatura

Ejercicios


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Ejercicios

Determinar el calor necesario para elevar la temperatura deun litro de agua de 20 a 50 "C. Determinar la potencia quedeber tener un termo elctrico de agua para calentar undepsito de 50 litros en1 hora. El agua entra a 12 C y sedesea calentarla hasta 60 C. Calcular tambin el valor hmicode la resistencia de caldeo para una tensin de 230 V. *Nota:Para hacer los clculos no tener en cuenta el calentamientode la cuba ni de la resistencia calefactora.

Averiguar cul ser el costo de la energa del Ejemplo si elprecio del KWh es de USD 17 ctvs.

Determinar el aumento de temperatura que experimentaruna plancha elctrica de acero si se la calienta mediante unaresistencia de caldeo de 10 ohmios a 125 V durante 10minutos. La plancha posee una masa de 7 kg y se supone quese pierde un 25 % del calor generado.

CIRCUITOS ELECTRNICOS


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CIRCUITOS ELECTRNICOSLa electrnica es una disciplina que se dedica a analizar y utilizar circuitoscompuestos por componentes o dispositivos que tienen especficos

comportamientos de corriente y voltaje entre sus terminales.Dicho comportamiento lo representamos por modelos matemticosaproximados, en tanto los comportamientos reales son muy complejos o dentrode una determinada utilizacin son despreciables. Ej: resistencia de los hilosconductores.

INTERRUPTOREShttp // google com ec/search?tbm isch&hl es&so rce hp&bi 1138&bih 737&q interr ptores+electricos&gb 2&oq i
http://www.google.com.ec/search?tbm=isch&hl=es&source=hp&biw=1138&bih=737&q=interruptores+electricos&gbv=2&oq=interruptores+&aq=0&aqi=g10&aql=&gs_sm=1&gs_upl=144667l144667l1l153250l1l1l0l0l0l0l359l359l3-1l1l0http://www.google.com.ec/search?tbm=isch&hl=es&source=hp&biw=1138&bih=737&q=interruptores+electricos&gbv=2&oq=interruptores+&aq=0&aqi=g10&aql=&gs_sm=1&gs_upl=144667l144667l1l153250l1l1l0l0l0l0l359l359l3-1l1l0


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El interruptor es un elemento que a sus terminales presenta dos estados:conectado y desconectado.

En el estado conectado su resistencia es cero, su voltaje es cero y deja el pasolibre a la corriente.

En desconectado no permite el paso de corriente aunque el voltaje entre susterminales sea muy alto.

http://www.google.com.ec/search?tbm=isch&hl=es&source=hp&biw=1138&bih=737&q=interruptores+electricos&gbv=2&oq=interruptores+&aq=0&aqi=g10&aql=&gs_sm=1&gs_upl=144667l144667l1l153250l1l1l0l0l0l0l359l359l3-1l1l0

FUENTES DE CORRIENTE Y TENSION
http://www.google.com.ec/search?tbm=isch&hl=es&source=hp&biw=1138&bih=737&q=interruptores+electricos&gbv=2&oq=interruptores+&aq=0&aqi=g10&aql=&gs_sm=1&gs_upl=144667l144667l1l153250l1l1l0l0l0l0l359l359l3-1l1l0http://www.google.com.ec/search?tbm=isch&hl=es&source=hp&biw=1138&bih=737&q=interruptores+electricos&gbv=2&oq=interruptores+&aq=0&aqi=g10&aql=&gs_sm=1&gs_upl=144667l144667l1l153250l1l1l0l0l0l0l359l359l3-1l1l0http://www.google.com.ec/search?tbm=isch&hl=es&source=hp&biw=1138&bih=737&q=interruptores+electricos&gbv=2&oq=interruptores+&aq=0&aqi=g10&aql=&gs_sm=1&gs_upl=144667l144667l1l153250l1l1l0l0l0l0l359l359l3-1l1l0


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Son dispositivos que desde sus terminales entregan voltaje o corriente el unoindependiente del otro y se los utiliza para alimentar de energa elctrica a los

circuitos, para modelar el comportamiento de otros dispositivos o paragenerar seales de funcin requerida.

FUENTES DE TENSION IDEALES


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FUENTES DE CORRIENTE IDEALES


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VOLTIMETRO


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VOLTIMETRO

El aparato mide tensiones eficaces tanto en continua como en alterna,se lo coloca en paralelo con el elemento a medir o entre los puntossobre los cuales se desea medir la tensin

ERRORES AL MEDIR CON UNVOLTMETRO


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VOLTMETRO

El voltmetro tiene una resistencia serie muy grande que se puededecir que es infinita

AMPERMETRO


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El aparato mide valor medio de la corriente y su utilizacin es en seriedel circuito cuya corriente se pretende medir

ERRORES AL MEDIR CON UNAMPERMETRO


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AMPERMETRO

El ampermetro tiene una resistencia en paralelo muy pequea quepuede considerarse despreciable

OHMETRO


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El aparato mide el valor de la resistencia proporcionndole unatensin y midiendo su corriente, y por ello debe separarse elelemento de su circuito para ser medido independiente de l.

SEALES


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Las seales son magnitudes fsicas, generalmente elctricas, quecambian de valor con respecto a otra magnitud, quecomnmente suele ser el tiempo; sin embargo, puede tomarsecomo referencia un voltaje, la corriente, una fuerza, eldesplazamiento u otra.

Esta variacin puede convertirse en informacin y trasladarse enun medio portndola en la seal, transformarla, si fuere del casoy ser recuperada en otra parte.

Las seales pueden construirse y ser representadas por ciertas

funciones sencillas que resultan una buena aproximacin en elanlisis.

ESCALON


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La funcin escaln puede representarse grficamente como un pasode un nivel a otro a manera de grada

Puede representarse como una funcin, con la siguiente expresin:

RAMPA


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Conformada por una recta dependiente establecida:

= . = . ( )

O puede ser obtenida por laintegracin de una escaln:

. = . ( ).d

PULSO


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Se la puede obtener de la suma de

dos funciones paso (rampa): =

Ejercicio


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j

EXPONENCIAL


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Esta seal es de especial importancia pues es base de las sealessinusoidales en plano complejo:

= . . /

PROPIEDADES DE LA FUNCIONEXPONENCIAL


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EXPONENCIAL

El valor de la funcin despus de transcurrir un tiempo igual ala constante de tiempo es el 37% del valor inicial.

Despus de 3 constantes de tiempo el valor es el 5% delinicial, y despus de 5 es menor que el 1% del valor inicial.

Nunca alcanza el valor cero

La recta tangente a la exponencial en t =0 corta al eje deabscisas en t =

Grafica de la Exponencial


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p

FUNCIONES SENOIDALES


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Es una funcin cuya amplitud es devariacin cclica y peridica

Valor medio


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rea comprendida entre las abscisas y la funcin, dividida para eltiempo del intervalo de evaluacin

VALOR MEDIO


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VALOR EFICAZ


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VALOR


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MEDIOYEFICAZ

CALCULAR VALOR MEDIO YEFICAZ DE


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EFICAZ DE

LA RESISTENCIA


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Todos los dispositivos o elementos presentan un comportamiento (v, i) queconstituye el comportamiento de voltaje respecto a la corriente y viceversa. Esarelacin puede ser cualesquiera, para cada voltaje le corresponde una corriente yun incremento de voltaje uno de corriente. As se puede establecer que lapendiente de la curva v, i constituye la resistencia del dispositivo para aquel valorde tensin

=

RESISTENCIA


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Si la relacin v, i es lineal, laecuacin representativa es: =


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CONDENSADORRELACION CON LA RESISTENCIA

CAMPO ELECTRICO YPERMITIVIDAD


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PERMITIVIDAD Supongamos que tenemos una carga positiva en el vaco(por el momento), que genera un campo de fuerzas,

verificado al colocar en su entorno una carga puntualpositiva de prueba, de magnitud unitaria. Si representamosaquel campo de fuerzas por lneas que toman la direccinde la fuerza en cada punto (tangentes) y con magnitudproporcional a la densidad de lneas dibujadas, tendremosun dibujo como el indicado. A Este campo lo llamaremoscampo elctrico y lo representaremos por :

=

donde la Fuerza est dada por Coulomb:

= .40

Estar claro que alrededor de la carga el campo es de igualmagnitud a distancia igual; es decir , la densidad de lneasde campo elctrico es igual a una distancia dada r.

Puesto que el rea es la de la esfera (4) podemos decir que, siendo la densidad de carga q/4;entonces

= 0

Si se trata de otro medio habr que sustituir 0 por del material utilizado.

Tablas dePermitividad


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CAPACITANCIA PRINCIPIO FISICO


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Recordando que:

= . Entonces = . /

Si hacemos

=. entonces = C se mide en faradios= Coulomb/voltio

El condensador o capacitor es un dispositivo que por

tener dos placas aisladas con un dielctrico (noconductor), no permite circulacin de cargas elctricas ytoda carga que llega a sus terminales, por ejemplo deuna pila o batera queda almacenada en sus placas, lapresencia de cargas negativas (por ejemplo) en una desus placas, obliga a desplazar cargas negativas de la otra

placa por efecto del campo elctrico generado, la cargaalmacenada es proporcional al voltaje aplicado como loes al campo elctrico establecido

EL CONDENSADOR


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EL CONDENSADOR

La corriente que ingresa al condensador est provocada porlas cargas en movimiento; en consecuencia su valor ser de:

= Sabiendo que

= . Al derivar ambos miembros de la ecuacin obtendremos:

=

Y por tanto

=

Las expresiones indicadas implican que las variaciones de voltaje no pueden se instantneaspues su derivada seria infinito y en consecuencia la corriente tambin tomara dicho valor locual no es posibleAs mismo, si el voltaje en el condensador se vuelve constante; entonces, la corriente es cero

CONDENSADORES EN PARALELO


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El voltaje V en los condensadores es el mismo e igual al condensadorequivalente. Suponiendo cargas iniciales cero, la carga equivalente serigual a la suma de las cargas de los condensadores:

= 1 + 2 = 1 + 2 = 1 + 2 = 1 + 2

CONDENSADORES EN SERIE


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En los condensadores en serie el voltaje total V es la suma de losvoltajes de los condensadores; la carga es la misma puesto que sedesplaza en igual cantidad del terminal inferior de C1 al superior de C2(suponer cargas iniciales cero)

= 1 + 2 = 1 + 2 = ( 11 + 12)1 =

11 +

12

Voltaje y Corriente en un condensadorDe la expresin


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=

= 1 qSe puede obtener la relacin

= 1 =

En el numerador de esta expresin (carga) la integral aparece desde a , que podemos dividir entiempo de inicio (desde a 0, que constituye carga inicial) y de funcionamiento (desde 0 a )

= +

= 0 +

Esta relacin matemtica puede escribirse :

= 0 + 1

Cuya interpretacin es que el voltaje en el condensador se agrega al voltaje inicial debido a la cargade inicio del condensador o lo que es lo mismo , que un condensador puede representarse comouna fuente de voltaje constante en serie con un condensador sin carga

CIRCUITO R-C (a)En el circuito de la figura, en el tiempo t=0, el interruptor cambia de

d d l f l l l l


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posicin desde conexin a tierra, a la fuente; por lo cual la carga inicial escero; la fuente es una seal escaln que en t=0 toma el valor Va.La ecuacin de malla es:

=+Pero =

Por tanto:

Va = + La ecuacin homognea es:

0 = + Que puede escribirse como:

=

Integrando los dos lados de la ecuacinln = + 1Que corresponde a la solucin:

=

=

CIRCUITO R-C (b)


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La solucin general es la solucin de la ecuacin homognea ms una solucinparticular; en el caso del condensador, sabemos que cuando haya pasado un

tiempo muy grande la corriente ser cero lo cual dice que el voltaje delcondensador es Va para = : = En consecuencia

=+

=

+ Para el caso presente, en t=0 el condensador no tiene carga alguna puesto que lainicial es cero; en consecuencia, el Vc=0; por tanto:0 = + =y la solucin general para Vc ser:

= ( 1 )El voltaje en la Resistencia es igual al voltaje de la fuente menos aquel delcondensador

=

Grficas de la Solucin


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ELECTROTECNIA 1 63