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CIRCUITOS ELECTRICOS - Contenido educativo

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Subido el 18 de enero de 2018 por Isabel L.

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En esta ecuación vamos a estudiar los circuitos eléctricos. 00:00:04
Los circuitos eléctricos, pues digamos que son los entes materiales que van a hacer que de alguna manera se convierta la energía eléctrica en otros tipos de energía. 00:00:08
Vamos a tratar estos 10 puntos claves. Primero, la naturaleza eléctrica de la materia, los portadores de carga, las magnitudes eléctricas, elementos de circuito, símbolos eléctricos, ley de Ohm, aplicación de la ley de Ohm, asociación de resistencias, asociación de resistencias en paralelo y ley de Ohm. 00:00:29
Está claro que toda la materia está constituida por moléculas que se unen entre sí, 00:00:57
pero a su vez las moléculas se forman porque los átomos se unen entre sí buscando la mínima energía. 00:01:13
Entonces, esta configuración de mínima energía supone un cambio en las propiedades de los propios átomos. 00:01:23
Los átomos, aunque su nombre etimológico signifique que no se pueden dividir, no divisibles, lo cierto es que la ciencia nos ha mostrado que están formados por partículas subatómicas. 00:01:30
En esencia, una nube de electrones y un núcleo en donde se concentra la carga positiva y la masa en forma de protones y neutrones. 00:01:46
Es cierto que hoy en día sabemos que hay partículas todavía más subatómicas 00:01:55
y se llevan a cabo diversas teorías 00:02:02
Pero, bueno, pues en principio parece claro que el hecho de que estas partículas subatómicas tengan carga 00:02:04
pues indica que la carga es una característica de la materia de la misma forma que lo es la masa 00:02:13
En un circuito eléctrico nosotros lo que necesitamos es que se muevan las cargas 00:02:20
Y para que se muevan las cargas necesitamos lo que son portadores de cargas 00:02:29
Hay portadores de cargas de dos tipos 00:02:34
De primera especie, es decir, que disminuyen su resistividad cuando aumenta la temperatura 00:02:37
O de segunda especie, que aumentan su conductividad cuando aumenta su temperatura 00:02:44
O sea, los de primera especie aumentan su resistencia cuando aumenta la temperatura 00:02:52
Y los de segundo disminuyen su resistencia cuando aumenta la temperatura. 00:02:58
Bien, los primeros son del tipo electrones y huecos. 00:03:04
Los protones nunca pueden ser portadores de carga, porque si los protones se moviesen, daría lugar a transmutaciones en los átomos. 00:03:10
Y los portadores de segunda especie son los iones. 00:03:19
Cationes, positiva carga positiva, o aniones. 00:03:23
Los iones son átomos con exceso o defecto de carga negativa. 00:03:27
Vuelvo a decir que la carga positiva en un átomo no se puede modificar, porque entonces se modificaría el propio átomo. 00:03:33
En esta tabla hemos representado las magnitudes eléctricas principales. 00:03:49
Empecemos por la energía eléctrica, que como sabemos, la energía es la capacidad de transformarse en trabajo. 00:03:53
la unidad de energía eléctrica del sistema internacional es el julio 00:04:01
y consecuencia de la energía eléctrica tenemos la potencia 00:04:06
cuya unidad es el vatio 00:04:12
la carga, pues también ya lo hemos definido 00:04:14
la unidad de carga es el colombio 00:04:19
debería ser una unidad fundamental del sistema internacional 00:04:22
pero no lo es 00:04:29
Y para las cargas eléctricas, pues tenemos principalmente la intensidad, que es la variación de la carga, la cantidad de carga por unidad de tiempo, y el voltaje. 00:04:30
El voltaje es la cantidad de energía por unidad de tiempo. 00:04:45
De tal forma la intensidad se mide en amperios, el voltaje se mide en voltios 00:04:49
De tal forma que la potencia tal y como la hemos definido es el producto de la intensidad por el voltaje 00:04:54
Y finalmente tenemos la resistencia 00:05:02
La resistencia está relacionada con dos factores 00:05:06
Un factor que es de tipo intrínseco, depende del material 00:05:10
Los materiales pueden ser conductores o pueden ser aislantes 00:05:17
Conductores si dejan pasar la corriente eléctrica, aislantes si no la dejan pasar 00:05:22
Y luego en la resistencia interviene otro factor que es un factor geométrico 00:05:27
Que es la longitud de la sección 00:05:32
La unidad de resistencia es el ohmio 00:05:34
Establecer cuáles son las categorías de los diferentes elementos 00:05:38
Tenemos generadores que pueden ser de corriente continua 00:05:49
Si el voltaje y la intensidad no varían con el tiempo 00:05:54
O de corriente alterna 00:05:58
En este caso se llaman alternadores 00:06:00
Y para los de corriente continua pueden ser pilas o dinamos 00:06:03
Después tenemos el cable 00:06:07
Que es el que va a permitir que la corriente circule a través de él 00:06:11
¿Vale? Elementos de protección, por ejemplo, el fusible, por ejemplo, el diferencial, que lo que hacen es proteger o bien a otros elementos del circuito o bien a las personas que están utilizando ese circuito. 00:06:15
Y luego ya finalmente tenemos los elementos activos, que aquí entran todos los elementos que son capaces de transformar energía, el motor, transformar la energía en energía mecánica, la bombilla, energía luminosa, el timbre, energía sonora, la bobina, en energía magnética y la resistencia de forma general. 00:06:32
se asocian a símbolos que están normalizados para poder diseñar circuitos. 00:06:56
Y los símbolos son importantes, hay que aprendérselos, etc. 00:07:09
La ley básica que rige los circuitos eléctricos es la ley de Ohm. 00:07:13
Es una ley empírica en la cual si representamos voltaje frente a intensidad, 00:07:22
pues nos sale siempre una línea recta con ordenada en origen cero, de esta forma. 00:07:27
la pendiente que es la resistencia 00:07:33
depende 00:07:36
del tipo de circuito 00:07:37
la pendiente es la resistencia 00:07:39
luego dependerá de lo que haya en el circuito 00:07:41
este es un ejemplo de aplicación de la ley de Ohm 00:07:43
simplemente pues tenemos 00:07:50
un voltaje y una 00:07:52
una intensidad 00:07:54
que son 50 miliamperios 00:07:56
entonces pues la resistencia 00:07:58
en este caso nos ha salido 100 ohm 00:08:01
un ejemplo de aplicación muy sencillito 00:08:02
de la ley de Ohm 00:08:04
lo normal evidentemente es tener más de un elemento 00:08:05
Y entonces podemos hablar de dos tipos de asociaciones 00:08:12
En serie, cuando por las dos resistencias o por los dos elementos pasa la misma cantidad de corriente 00:08:17
Por lo tanto están unidos por el mismo hilo 00:08:24
O en paralelo, cuando hay bifurcaciones 00:08:26
Si yo establezco un balance energético 00:08:30
La potencia que nos proporciona la pila 00:08:36
tiene que repartirse entre los elementos que haya en el circuito 00:08:40
esto es general, independientemente de cuál sea la topología del circuito 00:08:46
pero claro, si ahora yo considero esa topología 00:08:51
y tengo en cuenta que la intensidad es igual en todos los elementos 00:08:55
y luego vuelvo a aplicarla usando la ley de Ohm 00:09:00
pues al final llego a la conclusión de que la resistencia equivalente 00:09:05
para un circuito en serie 00:09:09
es la suma de las resistencias 00:09:11
no hemos tenido en cuenta 00:09:14
los efectos denominados 00:09:23
irreversibilidades, es decir 00:09:26
hay parte de esa energía eléctrica 00:09:27
que se va a perder 00:09:30
se pierde porque 00:09:31
se disipa en forma de calor 00:09:33
es lo que se conoce como efecto Joule 00:09:35
o porque las cargas en movimiento 00:09:37
generan campos magnéticos 00:09:39
y esos campos magnéticos en definitiva 00:09:41
consumen energía 00:09:43
Entonces eso hay que tenerlo en consideración 00:09:44
No se tiene porque la verdad es que la cantidad de energía que se pierde es pequeña 00:09:47
Pero sí que es cierto que los rendimientos nunca son del 100% 00:09:51
Bueno, pues si aplicamos los mismos principios que hemos aplicado para la asociación en serie 00:09:54
Para el caso de la asociación en paralelo 00:10:04
Pues tenemos que la energía suministrada por el generador 00:10:06
Se tiene que convertir en energía absorbida por los dos elementos 00:10:11
Ahora bien, en este caso tenemos un nudo 00:10:18
Y también es cierto que si la energía no se crea ni se destruye 00:10:21
La carga tampoco se crea ni se destruye 00:10:27
O sea que la carga que llegue a este nudo 00:10:29
Tiene que ser igual a la suma de las cargas que salen 00:10:31
Y lo que es para cargas es para intensidad 00:10:34
La intensidad que llega a este nudo 00:10:36
Tiene que ser la suma de las intensidades que se reparten en él 00:10:37
Que sería esto de aquí 00:10:41
Y que además, si consideramos que el voltaje es el mismo 00:10:44
pues es una consecuencia del balance anterior si yo ahora aplico la ley de ohm y vuelvo a 00:10:48
considerar que los voltajes son iguales pues llegó a la conclusión de que en el caso de 00:10:54
resistencias en paralelo la inversa de la resistencia equivalente es la suma de las 00:11:00
inversas más complejos pues puedo tener principalmente tres tipos de elementos 00:11:07
el nudo, que ya lo hemos visto en las asociaciones en paralelo 00:11:18
que es un punto donde convergen más de un conductor 00:11:22
la malla, que son por así decirlo los circuitos que hemos visto anteriormente simples 00:11:25
es decir, es cuando se recorre y se llega al mismo nudo 00:11:34
y una rama, que está entre dos puntos, entre dos nudos 00:11:38
es el circuito que está entre dos nudos 00:11:45
Vamos a utilizar las leyes de Kirchhoff. Lo primero que hacemos es identificar mallas y nudos. En este caso tenemos dos mallas, la A, B, C, D, y la A, D, E, F, y dos nudos que son el A, D, 00:11:46
por mi lado 00:12:25
el A es un nudo y el D es otro nudo 00:12:26
el A es un nudo 00:12:29
el D es otro nudo 00:12:32
y aquí tenemos la otra malla 00:12:33
bien, ¿qué tenemos que hacer? 00:12:34
bueno, pues 00:12:39
en esta malla que tenemos aquí 00:12:40
y de forma arbitraria 00:12:43
yo le doy sentido a la corriente 00:12:45
y en esta otra 00:12:47
lo mismo, ¿vale? 00:12:49
y ahora aplico la ley de Ohm 00:12:51
aplico la ley de Ohm, tenemos 00:12:53
la energía 00:12:54
nos la suministra los generadores 00:12:57
este generador 00:12:59
y este generador 00:13:01
están 00:13:02
positivo 00:13:05
negativo, o sea, a ver 00:13:06
el negativo 00:13:10
es el pequeñito 00:13:13
y el positivo es el 00:13:14
grande, ¿no? entonces estos están 00:13:17
como ves, el negativo 00:13:19
se une con el positivo 00:13:21
¿vale? entonces habría 00:13:23
que sumar, sería 11 00:13:25
más 20, en cambio 00:13:27
En este caso, el positivo está con el positivo y el negativo en el negativo, luego hay que restarle el 25, ¿vale? El 25 habría que restarle y correspondería a suministro de energía. 00:13:29
Y luego, eso nos da 6. Tiene que ser igual a la energía consumida en esa malla, que viene por I1 por esta resistencia de aquí, de un K, más esta resistencia de aquí, de un K, más esta resistencia de aquí, más esta. 00:13:44
Estas cuatro resistencias estarían multiplicadas por I1, que es 1, 5, 5, 1, ¿vale? 00:14:12
Pero, aparte de eso, luego tenemos las de la rama AD, que si nos damos cuenta, si está bien en este sentido, está bien en el sentido contrario, por eso de ahí el signo negativo. 00:14:22
Y es 5 y 1 por I2 00:14:35
Entonces tendríamos la primera de las ecuaciones para este circuito 00:14:38
Correspondiente a la primera malla 00:14:43
Y aplicando lo mismo para la segunda malla 00:14:45
Pues tenemos 25 y aquí 22 00:14:47
Y en este caso hay que sumar las dos 00:14:51
Y lo mismo, tenemos la 1, la 5, la 3, la 1 y la 3 por I2 00:14:55
y habría que restar la 1 y la 5 por I1. 00:15:02
Ya tenemos las dos ecuaciones, aquí tenemos las dos ecuaciones, 00:15:08
dos ecuaciones y dos incógnitas, que son I1 e I2. 00:15:12
Es un sistema que se resuelve muy sencillo 00:15:15
y que da como consecuencia que la I1 es 5 amperios, 00:15:18
que la I1 es 3 amperios y la I2 es 5 amperios. 00:15:24
Luego la intensidad que circula por la rama AD 00:15:28
que tiene que ser 5 menos 3, 2 amperios. 00:15:31
Y así ya podríamos calcular todos los voltajes y todos los parámetros de este circuito. 00:15:35
Y con esto pues ya quedaría... 00:15:42
...hacemos esta presentación. 00:15:46
Idioma/s:
es
Autor/es:
ISABEL LAFUENTE
Subido por:
Isabel L.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
137
Fecha:
18 de enero de 2018 - 0:12
Visibilidad:
Público
Centro:
Sin centro asignado
Duración:
15′ 55″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1920x1080 píxeles
Tamaño:
322.38 MBytes

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