Conceptos bsicos

Conceptos bsicos1ObjetivosExplicar las magnitudes y los sistemas de unidades utilizados en los circuitos elctricos. Identificar los elementos bsicos que constituyen un circuito elctrico.

2Conceptos bsicosAlbores de la ciencia elctricaCircuitos elctrico y flujo de corrienteSistema de unidadesVoltajePotencia y energa3Albores de la ciencia elctrica4Albores de la ciencia elctricaDefinicin de electricidadClasificacin bsica de electricidadHistoria de la electricidad5Definicin de electricidadLA ELECTRICIDAD es el fenmeno fsico que surge de la existencia e interaccin de cargas elctricas1La electricidad (del griego elektron, cuyo significado es mbar) es un fenmeno fsico cuyo origen son las cargas elctricas y cuya energa se manifiesta en fenmenos mecnicos, trmicos, luminosos y qumicos, entre otros.2

1. DORF, Richard. Circuitos elctricos. Sexta edicin. Alfaomega. Mexico.2006. P 22. WIKIPEDIA, LA ENCICLOPEDIA LIBRE. Electricidad. [Publicacin digital]. Actualizada al 10 de febrero del 2010. Disponible desde internet en http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad#cite_note-larousse-0. con acceso el 10 de febrero de 2010.6Clasificacin de la electricidadElectrosttica (Estudio de la carga elctrica en reposo)Electrodinmica (Estudio de la carga en movimiento continuo)7ElectrostticaCarga elctrica (Q o q): Elemento con defecto o exceso de electrones, se mide en C (Coulumbios)Propiedades de la carga elctrica:Repulsin o atraccin entre cargasEl electrn tiene una carga elctrica negativa de -1,61019C y el protn tiene una carga electrica positiva de 1,61019 CUn culombio corresponde a 6,241018 electrones.

8ElectrostticaLey de Coulomb

ke = 8.987x109 Nm2/C2.

Campo elctrico

9ElectrostticaSe tienen dos esferas cargadas elctricamente con 4x10-8 C y 2.3x10-7 C respectivamente y estn separadas 35 cm en el aire. Calcular la fuerza elctrica de repulsin o atraccin entre ellas.F =( k)Q1Q2/R2

F= 9 x 109 Nm2/C2 (4x10-8 C )(2.3x10-7C)/(0.35 m)2

F = 6.75x10-4 N en sentidos contrarios (Repulsin)10Ejemplo dosSuponga dos cargas sobre el plano horizontal Q1 de 2x10-3 C y Q2 de -3x10-4 C. Hallar la fuerza de la carga dos sobre la carga uno. Adems, el valor del campo elctrico sobre dicha carga en presencia de una carga de prueba del valor de Q1. las cargas estn separadas 5 cm.

11SolucinQ1= 2 x 10-3 CQ2= -3 x 10^-4 CR= 5 cm|K= 8,99 x 10^9F21=?E=?

F21= 2.16x106 N en direccin 0 grados.

E= 1.08x109 N/C en direccin del semieje positivo de las x

12Ejemplo tresSe localizan tres cargas en un triangulo equiltero de 0.5 metros de lado, hallar la fuerza neta sobre 7 C y el campo elctrico, si esta fuera la carga de prueba.

13Solucin (F13)

60 grados14Solucin F23

300 grados o -60 grados 15Solucin totalRequiere descomponerse cada fuerza en x y en yF13x= (5.04x10-1 N) x (cos 60) = 0.252 F13y= (5.04X10-1 N) x (sen 60) = 0.436476803F23x= (1.008 N) x (cos 300) = 0.504F23y= (1.008 N) x (sen300) = -0.872953Fx= 0.252 + 0.504 = 0.756Fy= 0.436476803 0.872953 = - 0.436476

16Solucin Magnitud

d.ramos05@hotmail.com17Solucin direccin

18Solucin campo elctrico

Con direccin 330 grados19ElectrodinmicaRama de la fsica que estudia los fenmenos y leyes de la electricidad en movimiento.3

3. ENCICLONET. Electrodinmica. [Publicacin digital]. Actualizada al 10 de febrero del 2010. Disponible desde internet en http://www.enciclonet.com/documento/electrodinamica/. Con acceso el 10 de febrero de 2010.20Historia de la electricidadTales de Mileto 600 AC (propiedades del ambar)Gilbert pblica De Magnet 1600Boyle (Electricidad en el vacio) 1675Von Guerick (generador elctrico) 1672Musschenbroek (Botella de Leyden) 1746Franklin (Clases de carga-1752-, pararrayos 1752)21Historia de la electricidadPriestley (primer libro de la historia de la electricidad) 1767Galvani (Experimentos de conduccin en ranas 1787)Volta (Pila) 1800Ampere (bases de la electrodinmica 1820)Prescott (Relacin corriente y calor) 1841

22Historia de la electricidadMaxwell (Leyes dela electrodinmica en trminos matemticos 1855)Cable telegrfico 1860Graham Bell (telfono) 18751881 primera central hidroelctrica (Niagara)1880-1900 se fundan diversas empresa de telefona, organizaciones de normalizacin1900 Desarrollo de las telecomunicaciones, la electrnica y la computacin23Circuitos elctricos y flujo de corriente24Circuitos elctricos y flujo de corrienteCircuito elctricoSeales usadasCarga e Intensidad de corriente25Circuito elctricoUna red elctrica o circuito elctrico es una interconexin de elementos elctricos unidos entre s en una trayectoria cerrada de forma que pueda fluir continuamente una corriente elctrica4.

4. DORF, Richard. Ob. Cit. P 826Carga y corriente

suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de rea A, como en la figura (Esta sera el rea de la seccin transversal de un alambre, por ejemplo.) La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. 27Carga y corrienteSi Q es la cantidad de carga que pasa por esta rea en un intervalo de tiempo t, la corriente promedio, i, es igual a la carga que pasa por A por unidad de tiempo:

i en |A| y Q o q en |C|

28CargaCantidad de electricidad responsable de los fenmenos elctricos

29SEALES USADAS30Corriente continua

i(t)=ti(t)31Corriente alterna

Ii(t)=Isenwt, t>=032Exponencial

i(t)=Ie-bt, t>=0iiitI33Ejemplo unoLa carga que ha ingresado a un elemento de circuito es q (t)=4(I-e-3t) cuando t mayor o igual a cero (0) q (t)=0 cuando t menor que 0. Calcule la corriente en este elemento del circuito para t mayor o igual a 0.Solucin:

34Ejemplo dosDetermine la corriente de un elemento si la carga total que ha entrado a el esta dada por: q (t)= 4sen (3t)

35Ejemplo tresDetermine la carga que ha entrado a un elemento en el momento t, Si i(t): 8t2 -4t |A|, t>=0 suponga que q (0)=0.Solucin:

C36Unidades de medicin37Sistema internacional de medicionesCreado en 1960 por la Conferencia Internacional de pesas y medidas que cumple algunas reglas:Las unidades fundamentales son la longitud, la masa, la temperatura, el tiempo, la corriente elctrica, la temperatura termodinmica, la cantidad de sustancia y la intensidad lumnica. Las que no aparecen aqu son derivadasLos smbolos de unidades que corresponden a nombres propios van en mayscula los dems NoHace uso del sistema decimal para relacionar cantidades (mltiplos y submltiplos)38Unidades bsicasCANTIDADNOMBRESIMBOLOLongitudmetromMasaKilogramoKgTiemposegundosCorriente elctricaampereATemperatura termodinmicaKelvinKCantidad de sustanciamolmolIntensidad luminosaCandela cd39Algunas unidades derivadasCANTIDADNOMBRE DE LA UNIDADFORMSIMBAceleracin linealMetro por segundo por segundom/s2Velocidad linealMetro por segundom/sFrecuenciahertzs-1HzFuerza newtonkgm/s2NPresin o esfuerzopascalN/m2PaDensidadKilogramo por metro cbicoKg/m3Energa o trabajojouleNmJPotenciawattJ/sWCarga elctricaCoulombAsCPotencial elctricoVoltW/AVResistencia elctricaOhmV/AConductancia elctricaSiemensA/VSCapacitancia elctricaFaradC/VFFlujo magnticoWeberVsWbInductanciaHenryWb/AH40Mltiplos y submultiplosMltiplos y submltiplos establecidos por el SIMltiplosSubmltiplosPrefijo Smbolo Valor numrico Prefijo Smbolo Valor numrico Tera-Giga-Mega-Kilo-Hecto-Deca-T G M K H D 1012 109 106 103 102 101 deci- centi- mili- micro- nano-pico-dcmnp10-110-210-310-610-9 10-1241Notacin cientfica42EjerciciosPresentar en notacin cientfica y en la unidad bsica las siguientes cantidades.470ms = 4, 7 * 10-1 s 1200micro H = 1, 2 *102 H0,002 micro F = 2 * 10-9 F 0, 31 Km = 3, 1 *102 m5) 200*10-4 s= 2* 10-9 s 6) 0, 00123 GHz = 1236 * 103 Hz 7) 0, 0723* 101 T = 7, 23 *1011

43Voltaje, potencia y energa44VoltajeVoltaje. Trabajo necesario para trasladar una carga elctrica positiva y unitaria desde una terminal a otra.

Vab=-Vba

En V45PotenciaCantidad de energa entregada o absorbida por unidad de tiempo.

Convencin Activa. Potencia Suministrada. Convencin Pasiva. Potencia Absorbida.

En W46Potencia

47EnergaEn un circuito elctrico hay transformacin de energia

En J48Ejemplo uno Considerando los elementos de la convencin pasiva, cuando el voltaje es 4 [V] y la corriente es 10 [A], calcular la potencia y energa absorbida durante el elemento por 10 [s].P=V*I=4[V]*10[A]=40[W]

49Ejemplo dosLa corriente que pasa por un elemento y el voltaje a travs del mismo, varan con el tiempo como se muestra en la figura, graficar la potencia que se entrega al elemento para t>0. Cul es la energa total entregada al elemento entre 0-25[s]. La corriente y el voltaje se apegan a la convencin pasiva.

vi50Solucin (0 a 10 s)

V=3051Solucin (10 a 15 s)

La i continua en 2t52SolucintVIP0-10302t60t10-15-5t+802t-10t2+160t15-255-3t+75-15t+37553Solucin

5833 |J| 54Solucin de 15 a 25 s

El voltaje es 555