Circuitos Electricos
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Los circuitos eléctricos son la base del análisis y diseño de sistemas eléctricos y electrónicos. Estos conocimientos son esenciales para el módulo de Ingeniería del EXANI-II del CENEVAL.
A continuación se presentan los conceptos clave: ley de Ohm, leyes de Kirchhoff, circuitos RC y RL, y potencia eléctrica.
Voltaje (V): Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Se mide en Voltios (V). Representa la energía por unidad de carga.
Resistencia (R): Oposición al flujo de corriente. Se mide en Ohmios (Ω). Depende del material, la longitud, el área transversal y la temperatura: R = ρ·L/A.
Capacitancia (C): Capacidad de almacenar carga eléctrica: C = Q/V. Se mide en Faradios (F).
Inductancia (L): Capacidad de almacenar energía en un campo magnético. Se mide en Henrios (H).
Esta relación es válida para materiales óhmicos (resistencia constante). Permite calcular cualquiera de las tres variables si se conocen las otras dos.
Ley de voltajes (LVK o KVL): La suma algebraica de las diferencias de potencial en cualquier malla cerrada es cero: ΣV = 0. Se basa en la conservación de la energía.
En paralelo: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ... El voltaje es el mismo en todas las resistencias y las corrientes se suman.
Para dos resistencias en paralelo: R_eq = (R₁·R₂)/(R₁ + R₂).
Circuito RC (descarga): V_C(t) = V₀·e^(−t/τ). Después de 5τ, el capacitor está prácticamente descargado (~99%).
Circuito RL: La corriente crece exponencialmente: I(t) = (V/R)·(1 − e^(−t/τ)), donde τ = L/R. La inductancia se opone a cambios bruscos de corriente.
La constante de tiempo τ indica qué tan rápido el circuito alcanza su estado estable. Es el tiempo en que la respuesta alcanza el 63.2% de su valor final.
Energía: E = P·t. Se mide en Joules (J) o kilowatt-hora (kWh).
Máxima transferencia de potencia: Se logra cuando la resistencia de carga es igual a la resistencia interna de la fuente: R_L = R_interna.
Te deseamos mucho éxito en tu Preparación EXANI-II.
A continuación se presentan los conceptos clave: ley de Ohm, leyes de Kirchhoff, circuitos RC y RL, y potencia eléctrica.
Conceptos fundamentales
Corriente eléctrica (I): Flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo: I = dQ/dt. Se mide en Amperios (A).Voltaje (V): Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Se mide en Voltios (V). Representa la energía por unidad de carga.
Resistencia (R): Oposición al flujo de corriente. Se mide en Ohmios (Ω). Depende del material, la longitud, el área transversal y la temperatura: R = ρ·L/A.
Capacitancia (C): Capacidad de almacenar carga eléctrica: C = Q/V. Se mide en Faradios (F).
Inductancia (L): Capacidad de almacenar energía en un campo magnético. Se mide en Henrios (H).
Ley de Ohm
La ley de Ohm establece que la corriente a través de un conductor es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia: V = I·R.Esta relación es válida para materiales óhmicos (resistencia constante). Permite calcular cualquiera de las tres variables si se conocen las otras dos.
Leyes de Kirchhoff
Ley de corrientes (LCK o KCL): La suma algebraica de las corrientes que entran y salen de un nodo es cero: ΣI = 0. Se basa en la conservación de la carga eléctrica.Ley de voltajes (LVK o KVL): La suma algebraica de las diferencias de potencial en cualquier malla cerrada es cero: ΣV = 0. Se basa en la conservación de la energía.
Asociación de resistencias
En serie: R_eq = R₁ + R₂ + R₃ + ... La corriente es la misma en todas las resistencias y los voltajes se suman.En paralelo: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ... El voltaje es el mismo en todas las resistencias y las corrientes se suman.
Para dos resistencias en paralelo: R_eq = (R₁·R₂)/(R₁ + R₂).
Circuitos RC y RL
Circuito RC (carga): Al cerrar el circuito, el capacitor se carga exponencialmente: V_C(t) = V₀·(1 − e^(−t/τ)), donde τ = R·C es la constante de tiempo.Circuito RC (descarga): V_C(t) = V₀·e^(−t/τ). Después de 5τ, el capacitor está prácticamente descargado (~99%).
Circuito RL: La corriente crece exponencialmente: I(t) = (V/R)·(1 − e^(−t/τ)), donde τ = L/R. La inductancia se opone a cambios bruscos de corriente.
La constante de tiempo τ indica qué tan rápido el circuito alcanza su estado estable. Es el tiempo en que la respuesta alcanza el 63.2% de su valor final.
Potencia eléctrica
Potencia: P = V·I = I²·R = V²/R. Se mide en Watts (W).Energía: E = P·t. Se mide en Joules (J) o kilowatt-hora (kWh).
Máxima transferencia de potencia: Se logra cuando la resistencia de carga es igual a la resistencia interna de la fuente: R_L = R_interna.
Cierre
El análisis de circuitos eléctricos mediante la ley de Ohm y las leyes de Kirchhoff es fundamental en todas las ramas de la ingeniería. Dominar estos conceptos junto con el comportamiento transitorio de circuitos RC y RL te preparará sólidamente para los problemas de circuitos del examen.Te deseamos mucho éxito en tu Preparación EXANI-II.