Conceptos básicos de Circuitos eléctricos
05/03/2016
Corriente: Considere un alambre de cobre de longitud pequeña, sin fuerzas aplicadas, dentro de este alambre de cobre se presenta un movimiento aleatorio de electrones libres creado por la energía térmica que los electrones adquieren del medio ambiente.
-Si 6.242x10^18 electrones se desplazan a una velocidad uniforme a través de una sección transversal en aproximadamente un segundo, el flujo de carga o corriente se dice ser de un Ampere.
La corriente asociada con solo unos cuantos electrones por segundo el irrelevante y de poco valor practico. Con el propósito de establecer valores numéricos que permitan comparaciones inmediatas entre niveles, se definió el Coulomb de carga, como la carga total asociada con 6.242x10^18 electrones.
6.242x10^18 = 1 Coulomb
Por lo tanto la corriente en ampere puede calcularse con la siguiente ecuación:
carga/electrón = Qe = 1 Coulomb/6.242x10^18 = 1.6x10^-19 C
1) I = Q/t Amperes
2) Q = I*t
3) t = Q/I
donde: Q = Coulomb (C)
I = amperes (A)
t = segundos (s)
Ejemplos:
I) La carga que influye a través de la superficie de un metal conductor es de 0.16 Coulomb cada 64 mili-segundos. Determine la corriente en Ampere.-Respuesta: 0.16 C/64x10^-3 s = 2.5 A
II) Determine le tiempo requerido para que 4x10^16 electrones cruzen a traves de una superficie de un conductor metálico, si la corriente es de 5 mili-Amperes
-Calculamos Q
4x10^16 e (1 C/6.242x10^18 e) = 6.482x10^-3 Coulomb
-Calculamos el tiempo
t = 6.482x10^-3 C/5x10^-3 A = 1.296 segundos.
Voltaje:
El flujo de carga se establece mediante una presión externa derivada de la energía que una masa tiene por virtud de su posición: energía potencial. La energía por definición es la capacidad para realizar un trabajo, si una masa "m" se eleva a cierta altura "h" por encima de un plano de referencia, tendrá un coeficiente de energía potencial expresado en Joules (j) y que esta determinado por:
w (Energía potencial) = mgh (Joules)
donde: g = aceleración gravitacional (9.74 m/s^2)
m = masa
h = altura
La carga puede elevarse en un mayor nivel de potencial mediante el gasto de energía de una fuente externa o puede perder energía potencial a medida que viaje a través de un sistema eléctrico. En todo caso, "se presentara una diferencia de potencial" de un volt entre 2 puntos si se intercambia un Joule de energía al mover un Coulomb de carga entre los dos puntos.
En un futuro será muy importante recordar que una diferencia de potencial siempre se mide siempre se mide entre dos puntos en un sistema. al cambiar cualquier punto puede cambiar la diferencia de potencial entre los dos puntos analizados.
En general la diferencia de potencial esta dada por:
V = W/Q
Ejemplo:
I) Encuentre la diferencia de potencial de dos puntos en un sistema eléctrico si se consumen 60 Joules de energía por una carga de 20 Coulomb entre estos dos puntos.
V = W/Q = 60 J /20 C = 3 volts
II) Determine la energía consumida al mover una carga de 50 micro-Coulomb mediante una diferencia de potencial de 6 volts.
Datos:
-Q = 50 mC
-V = 6 volts
-W = ?
W = Q*V = 50x10^-6 C * 6v = 3x10^-4 Joules = 300 mC
Para apoyar el entendimiento de cada definición resumimos lo siguiente:
-Potencial: El voltaje en un punto con respecto a otro punto dentro del sistema eléctrico. Por lo general, el punto de referencia es tierra lo cual se encuentra a un potencial de cero (0).
-Diferencia de potencial: La diferencia algebraica de voltaje entre dos puntos en una red eléctrica o en circuito.
-Fuerza electromotriz: la fuerza que establece el flujo de carga o corriente en un sistema debido a la aplicación de una diferencia de potencial. Este término normalmente se asocia con fuentes de energía.
