TEORIA DE CIRCUITOS

Teoría básica y problemas propuestos de circuitos eléctricos de corriente continua

1. Objetivo general

2. Contenidos. Conocimientos previos

3. La corriente eléctrica

4. Resistencia eléctrica

5. Circuitos eléctricos y sus componentes

6. Ley de Ohm

7. Potencia eléctrica

8. Circuito serie-paralelo

9. Regla del divisor de tensión

10. Regla del derivador de corriente

11. Leyes de Kirchhoff

12. Conversión de fuentes de tensión a fuentes de corriente y viceversa

13. Análisis de circuitos por el método de las mallas

14. Análisis de circuitos por el método nodal

15. Redes en punte

16. Teorema de superposición

17. Teorema de Thevenin

18. Teorema de Norton

19. Problemas propuestos con respuestas

20. Preguntas de razonamiento

21. Problemas propuestos sin respuestas

22. Bibliografía recomendada

INTRODUCCIÓN

Si dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente. En cualquier sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina circuito eléctrico. La corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua (CC) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (CA) si fluye alternativamente en uno u otro sentido. Un circuito eléctrico es el trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluyen una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito.

En este material instruccional se introducirá en forma sucinta los lineamientos básicos sobre corriente eléctrica. Se resalta el concepto de resistencia eléctrica y su vinculación con el efecto Joule; el cual permitirá explicar la influencia del calor en la resistividad eléctrica de los materiales. La Ley de Ohm es abordada, y a partir de ella se introduce la noción de potencia eléctrica. Las Leyes de Kirchhoff son expuestas y empleadas al enseñar el método de las mallas y el método de los nodos; asimismo, se esbozará la regla del derivador de corriente y la regla del divisor de tensión, ambas usadas en el análisis de circuitos eléctricos serie – paralelo. Muy someramente, se tocará el teorema de Thevenin, el Teorema de Superposición y el Teorema de Norton. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.

OBJETIVO GENERAL

Al término de éste módulo, el estudiante tendrá la habilidad y pericia necesaria para aplicar los conceptos básicos de circuitos eléctricos en la resolución de problemas prácticos que involucren redes eléctricas en corriente continua.

CONTENIDOS

Corriente eléctrica.

Resistencia eléctrica.

Conductancia eléctrica.

Efecto Joule.

Potencia eléctrica.

Reducción de circuitos serie – paralelo.

Leyes de Kirchhoff.

Regla del divisor de tensión.

Regla del derivador de corriente.

Análisis de mallas.

Análisis nodal.

Redes en puente (delta – estrella)

Teorema de superposición.

Teorema de Thevenin.

Teorema de Norton.

CONOCIMIENTOS PREVIOS

1. Resolución de sistemas de ecuaciones: cualquier método.

2. Campo eléctrico.

3. Análisis matricial: teorema de cofactores.

4. Análisis matricial: calculo del determinante de una matriz.

5. Calculo integral: integrales simples definidas.

DESARROLLO TEÓRICO

1.1 La corriente eléctrica.

El flujo de una corriente continua está determinado por tres magnitudes relacionadas entre sí. La primera es la diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fuerza electromotriz (fem), tensión o voltaje. La segunda es la intensidad de corriente. Esta magnitud se mide en amperios; 1 amperio corresponde al paso de unos 6.240.000.000.000.000.000 electrones por segundo por una sección determinada del circuito. La tercera magnitud es la resistencia del circuito. Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una corriente eléctrica, y esta resistencia limita la corriente. La unidad empleada para cuantificarla ), que se define como la resistencia que limita elresistencia es el ohmio ( flujo de corriente a 1 amperio en un circuito con una fem de 1 voltio.

Cuando una corriente eléctrica fluye por un cable pueden observarse dos efectos importantes: la temperatura del cable aumenta y un imán o brújula colocada cerca del cable se desvía, apuntando en dirección perpendicular al cable. Al circular la corriente, los electrones que la componen colisionan con los átomos del conductor y ceden energía, que aparece en forma de calor.

Hasta aquí, se ha abordado muy someramente lo que es corriente eléctrica, pero, ¿cómo se produce la corriente eléctrica?. Imaginemos el incontable número de electrones concentrados en una terminal del generador (una batería, un generador o cualquier

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