Circuitos Electricos En Corriente Directa

Circuitos de cd en serie A4

Objetivos

• Familiarizarse con las características de un circuito en serie y cómo determinar el voltaje, la corriente

y la potencia para cada uno de los elementos.

• Desarrollar una clara comprensión de la ley del voltaje de Kirchhoff y de su importancia para

el análisis de circuitos eléctricos.

• Entender cómo se divide el voltaje entre los componentes conectados en serie y aprender a aplicar correctamente la ley divisora del voltaje.

• Entender el uso de la notación de subíndice simple y doble para definir los niveles de voltaje de una red.

• Aprender a utilizar un voltímetro, un amperímetro y un óhmmetro para medir las cantidades importantes de una red.

A4.1 INTRODUCCIÓN

Actualmente, el consumidor puede encontrar dos tipos de corriente y disponer fácilmente de ellos. Uno es la corriente directa (cd), en la cual el flujo de carga (corriente) no cambia de magnitud (o de dirección) con el tiempo. El otro es la corriente alterna senoidal (ca) en la cual al paso del tiempo el flujo de carga cambia continuamente de magnitud (y dirección). Los siguientes capítulos son una introducción al análisis de circuitos sólo desde un punto de vista de la cd. Los métodos y conceptos se analizan a detalle; cuando es posible, basta un breve tratamiento para cubrir cua- lesquier variaciones que pudiéramos encontrar cuando consideremos la ca en capítulos anteriores.

La batería que se bosqueja en la figura A4.1, dada la diferencia de potencial entre sus termi- nales, tiene la capacidad de hacer que fluya carga (o “presión”) a través del circuito sencillo. La terminal positiva atrae los electrones a través del conductor a la misma velocidad en que la termi- nal negativa suministra los electrones. En tanto la batería esté conectada en el circuito y mantenga sus características terminales, la corriente (cd) que fluye a través del circuito no cambiará de mag- nitud o de dirección.

Si consideramos que el alambre es un conductor ideal (es decir, que no se opone al flujo), la diferencia de potencial V que pasa a través del resistor es igual al voltaje aplicado de la batería: V (volts) E (volts).

Batería

—V = —E

E (volts)

Iconvencional I = R R

R V Ielectrones

S

FIG. A4.1

Introducción de los componentes básicos de un circuito eléctrico.

102  CIRCUITOS DE dc EN SERIE S

I E La corriente está limitada sólo por el resistor R. Cuanto más alta es la resistencia, menor es la corriente, y a la inversa, como lo determina la ley de Ohm.

Para todos los circuitos de cd

con una fuente de voltaje

FIG. A4.2

Definición de las direcciones de flujo convencional para circuitos de cd con una sola fuente.

V I R

Para cualquier combinación de fuentes

de voltaje en el mismo circuito de cd

FIG. A4.3

Definición de la polaridad debido a una corriente convencional I a través de un elemento resistivo.

R1 R2 R3

a

Por convención (como se vio en el Anexo 2), la dirección del flujo de corriente convencional (Iconvencional) como se muestra en la figura A4.1 se opone a la del flujo de electrones (Ielectrones). Asimismo, el flujo de carga uniforme dicta que la corriente directa I debe ser la misma en cualquier parte del circuito. Si seguimos la dirección del flujo convencional, observamos que el potencial a través de la batería ( a ) se eleva y decae a través del resistor ( a ). Para circuitos de cd con una sola fuente de voltaje, el flujo convencional siempre pasa de un potencial bajo a uno alto cuando circula a través de una fuente de voltaje, como se muestra en la figura A4.2. Sin em- bargo, el flujo convencional siempre pasa de un potencial alto a uno bajo cuando circula a través de un resistor con cualquier número de fuentes de voltaje en el mismo circuito, como se muestra en la figura A4.3.

El circuito en la figura A4.1 es la configuración más sencilla posible. Este anexo y los capítulos correspondientes del texto agregan elementos al sistema de una manera muy específica para introducir una serie de concep- tos que constituirán una parte importante de los fundamentos requeridos para analizar sistemas más complejos. Tenga en cuenta que las leyes, reglas, y guías presentadas en los Anexos 4 y 5 se utilizarán en sus estudios de sis- temas eléctricos, electrónicos y computacionales. No son reemplazados por otros más avanzados a medida que avance hasta un material más complejo. Es por consiguiente crítico que entienda plenamente los conceptos, y que sea capaz de aplicar los diversos procedimientos y métodos con seguridad.

10

RT

b

30

FIG. A4.4

100

A4.2 RESISTORES EN SERIE

Antes de que se describa la conexión en serie, considere primero que todo resistor fijo tiene sólo dos terminales para conectarse en una configuración, la cual se conoce como dispositivo de dos terminales. En la figura A4.4, una terminal del resistor R2 está conectada al resistor R1 en un lado, y la ter-

Conexión en serie de resistores.

minal restante está conectada a un resistor R3 en el otro lado, con lo que el resultado es una y sólo una conexión entre los resistores adjuntos. Cuando se conectan de esta manera, los resistores establecen una conexión en serie.

R1

10

R2

30

Si se conectaran tres elementos al mismo punto, como se muestra en la figura A4.5, no habría una conexión en serie entre los resistores R1 y R2.

Para resistores en serie,

R4 220

la resistencia total de una configuración en serie es la suma de los niveles de resistencia.

En forma de ecuación para cualquier número (N) de resistores,

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