Análisis de Circuitos electricos

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Jonatan Rueda Calderón

ingeniería eléctrica

Conceptos del capítulo 1 y 2

Aunque hay especialidades claramente definidas dentro del campo de ingeniería todos los ingenieros comparten una cantidad considerable de terreno en común, especialmente cuando se trata de resolución de problemas. De hecho, muchos ingenieros en el ejercicio de su profesión descubren que es posible trabajar en una amplia variedad de circunstancias, e incluso fuera de su especialidad tradicional, ya que su conjunto de habilidades con frecuencia es transferible a otros entornos. En la actualidad, los egresados de ingeniería se emplean en una amplia gama de trabajos, desde el diseño de componentes individuales y sistemas hasta la ayuda en la resolución de problemas socioeconómicos como contaminación de aire y agua, planeación urbana, comunicación, transporte masivo, generación y distribución de energía eléctrica, y uso eficiente y conservación de recursos naturales.

El análisis de circuitos ha sido desde hace tiempo una introducción tradicional al arte de resolución de problemas desde una perspectiva de ingeniería, incluso para aquellos cuyos intereses son ajenos a la ingeniería eléctrica. Esto tiene muchas razones, pero una de las mejores es que en el mundo actual es extremadamente improbable que cualquier ingeniero encuentre un sistema que no incluya de alguna manera circuitos eléctricos.

Al volverse más pequeños los circuitos y demandar menos potencia, y al hacerse más pequeñas y baratas las fuentes de potencia, los circuitos embebidos parecen estar presentes en todas partes.

Los ingenieros adquieren una comprensión básica de los principios científicos, los combinan con el conocimiento empírico a menudo expresado en términos matemáticos y (con frecuencia con una gran creatividad) llegan a la solución de un problema determinado. El análisis es el proceso a través del cual determinamos el alcance de un problema, se obtiene la información que se requiere para comprenderlo y se calculan los parámetros de interés.  El diseño es el  proceso  por  medio  del  cual  sintetizamos  algo  nuevo como parte de la solución de un problema. En general, se espera que un problema que requiera de diseño no tenga una solución única, mientras que la fase de análisis típicamente la tendrá. Por lo tanto, el último paso en el diseño es siempre el análisis del resultado para ver si cumple con las especificaciones.

Cuando se lleva a cabo un análisis de circuitos en particular, a menudo tratamos de determinar corrientes, tensiones o potencias específicos, por lo que el capítulo comenzará con una breve descripción de dichas cantidades. En términos de los componentes que pueden utilizarse para construir circuitos eléctricos, se cuenta con mucho de dónde escoger. Primero estudiaremos la resistencia, un componente pasivo simple, y luego una variedad de fuentes activas ideales de tensión y de corriente. A medida que avancemos, se agregarán nuevos componentes al inventario a fin de poder considerar circuitos más complejos (y útiles).
Un rápido consejo antes de comenzar: es necesario poner mucha atención en el papel de los signos “+” y “−” cuando indiquen las tensiones, así como en la importancia de la flecha que define la corriente; muchas veces estos elementos establecen la diferencia entre las respuestas equivocadas y las correctas.

Carga

Uno de los conceptos más importantes en el análisis de circuitos eléctricos es el de
la conservación de la carga. De la física básica sabemos que hay dos tipos de carga:
positiva (correspondiente a un protón) y negativa (correspondiente a un electrón). En
la mayor parte de los casos, este texto analiza circuitos en los que sólo resulta relevante el flujo de electrones. Existen muchos dispositivos (como baterías, diodos y transistores) en los que resulta determinante el movimiento de carga positiva para entender la operación interna, pero respecto a lo externo del dispositivo es mejor concentrarse en los electrones que fluyen por los alambres de conexión. Si bien continuamente se transfieren cargas entre las diferentes partes de un circuito, no se hace nada para cambiar la cantidad total de carga. En otras palabras, ni creamos ni destruimos electrones (o protones) cuando se operan circuitos eléctricos. La carga en movimiento representa una corriente.

Corriente

La idea de “transferencia de carga” o “carga en movimiento” es de vital importancia cuando  estudiamos los circuitos eléctricos, debido a que al mover una carga de un lugar a otro, también se necesita transferir energía de un punto a otro. La familiar línea de transmisión eléctrica que surca los campos es un ejemplo práctico de un dispositivo que transfiere energía. Igual importancia tiene la posibilidad de variar la tasa a la cual se transfiere la carga para comunicar o transferir información. Tal proceso constituye la base de sistemas de comunicación como la radio, la televisión y la telemetría.
La corriente presente en una trayectoria discreta, como un alambre metálico, tiene un valor numérico y una dirección asociada a ella; es una medida de la velocidad a la cual la carga pasa por un punto de referencia determinado en una dirección especificada.

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