CIRCUITOS RL, LC, RLC, FUERZA ELECTROMOTRIZ Y ECUACIONES DE MAXWELL

CIRCUITOS RL, LC Y RLC FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

Circuitos de Corriente Alterna y Ecuaciones de Maxwell Autor: Karla Gil V-26.667.707

CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA

UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA CONSTA DE UNA COMBINACIÓN DE ELEMENTOS (RESISTENCIAS, CAPACIDADES Y AUTOINDUCCIONES) Y UN GENERADOR QUE SUMINISTRA LA CORRIENTE ALTERNA.

CIRCUITO RC UN CIRCUITO RC ES UN CIRCUITO ELÉCTRICO COMPUESTO DE RESISTENCIAS Y CONDENSADORES. LA FORMA MÁS SIMPLE DE CIRCUITO RC ES EL DE PRIMER ORDEN, COMPUESTO POR UNA RESISTENCIA Y UN CONDENSADOR. LOS CIRCUITOS RC PUEDEN USARSE PARA FILTRAR UNA SEÑAL ALTERNA, AL BLOQUEAR CIERTAS FRECUENCIAS Y DEJAR PASAR OTRAS.

CIRCUITO RC EN SERIE EL VOLTAJE ENTREGADO VS ES IGUAL A LA SUMA FASORIAL DE LA CAÍDA DE VOLTAJE EN EL RESISTOR (VR) Y DE LA CAÌDA DE VOLTAJE EN EL CAPACITOR (VC). VER LA SIGUIENTE FÓRMULA: VS = VR + VC (SUMA FASORIAL) ESTO SIGNIFICA QUE CUANDO LA CORRIENTE ESTÁ EN SU PUNTO MÁS ALTO (CORRIENTE PICO), SERÁ ASÍ TANTO EN EL RESISTOR COMO EN EL CAPACITOR. PERO ALGO DIFERENTE PASA CON LOS VOLTAJES. EN EL RESISTOR, EL VOLTAJE Y LA CORRIENTE ESTÁN EN FASE (SUS VALORES MÁXIMOS Y MÍNIMOS COINCIDEN EN EL TIEMPO). PERO EL VOLTAJE EN EL CAPACITOR NO ES ASÍ

CIRCUITO RC EN PARALELO EN UN CIRCUITO RC PARALELO EN AC, EL VALOR DEL VOLTAJE ES EL MISMO EN EL CONDENSADOR Y EN LA RESISTENCIA. LA CORRIENTE (CORRIENTE ALTERNA) QUE LA FUENTE ENTREGA AL CIRCUITO SE DIVIDE ENTRE LA RESISTENCIA Y EL CONDENSADOR. (IT = IR + IC).

CIRCUITO RL SON AQUELLOS CIRCUITOS QUE POSEEN UNA RESISTENCIA (R), UN INDUCTOR O BOBINA COMO SOLENOIDE (L) Y UN FERM (FUERZA MOTRIZ) O FUENTE DE VOLTAJE. AHORA A MEDIDA QUE LA CORRIENTE AVANZA POR EL CIRCUITO, EL INDUCTOR SE COMIENZA A CARGAR Y COMIENZA A GENERAR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA EN EL SENTIDO OPUESTO. EN PARTÍCULAS EN ESTE TIPO DE CIRCUITOS, NO EXISTEN CAMBIOS BRUSCOS DE CORRIENTE.

CIRCUITO RL EN PARALELO EN UN CIRCUITO RL PARALELO EL VALOR DEL VOLTAJE ES EL MISMO PARA LA RESISTENCIA Y PARA LA BOBINA. LA CORRIENTE QUE PASA POR LA RESISTENCIA ESTA EN FASE CON EL VOLTAJE APLICADO, EN CAMBIO EN LA BOBINA LA CORRIENTE SE ATRASA 90° CON RESPECTO AL VOLTAJE. SU FORMULA ES V=VR= VL

CIRCUITO LC ESTÁ FORMADO POR UNA BOBINA REPRESENTADA POR LA LETRA L Y UN CONDENSADOR ELÉCTRICO REPRESENTADO POR LA LETRA C, LOS CUALES SE ENCUENTRAN CONECTADAS ENTRE SI. EL CIRCUITO ACTÚA COMO UN RESONADOR ELÉCTRICO, COMO UNA ANALOGÍA ELÉCTRICA UN DIAPASÓN, BASADOS EN EL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA OSCILANTE A LA FRECUENCIA DE RESONANCIA DEL CIRCUITO. AL ESTAR EL CONDENSADOR Y LA BOBINA EN PARALELO, LA ENERGÍA ALMACENADA POR EL CAMPO ELÉCTRICO DEL CONDENSADOR (EN FORMA DE CARGAS ELECTROSTÁTICAS), ES ABSORBIDA POR LA BOBINA, QUE LA ALMACENA EN SU CAMPO MAGNÉTICO, PERO A CONTINUACIÓN ES ABSORBIDA Y ALMACENADA POR EL CONDENSADOR; NUEVAMENTE EN FORMA DE CAMPO ELÉCTRICO; PARA SER NUEVAMENTE ABSORBIDA POR LA BOBINA, Y ASÍ SUCESIVAMENTE. ESTO CREA UN VAIVÉN DE LA CORRIENTE (CARGAS ELÉCTRICAS) ENTRE EL CONDENSADOR Y LA BOBINAX ESTE VAIVÉN CONSTITUYE UNA OSCILACIÓN ELECTROMAGNÉTICA.

CIRCUITO RLC ES UN CIRCUITO LINEAL QUE CONTIENE UNA RESISTENCIA ELÉCTRICA, UNA BOBINA Y UN CAPACITOR. EXISTEN DOS TIPOS DE CIRCUITOS RLC, EN SERIE O EN PARALELO, SEGÚN LA INTERCONEXIÓN DE LOS TRES TIPOS DE COMPONENTES. EL COMPORTAMIENTO DE UN CIRCUITO RLC SE DESCRIBE GENERALMENTE POR UNA ECUACIÓN DIFERENCIAL DE SEGUNDO ORDEN (EN DONDE LOS CIRCUITOS RC O RL SE COMPORTAN COMO CIRCUITOS DE PRIMER ORDEN).

CIRCUITO RLC EN SERIE SE TIENE UN CIRCUITO COMPUESTO POR UN CAPACITOR C, UNA INDUCTANCIA Y UNA RESISTENCIA CONECTADAS EN SERIE A UN GENERADOR DE FUNCIONES. UN CIRCUITO EN SERIE RLC QUE CONTIENE UNA RESISTENCIA DE 12Ω , UNA INDUCTANCIA DE 0,15H Y UN CONDENSADOR DE 100UF ESTÁN CONECTADOS EN SERIE A TRAVÉS DE UNA 100V, 50HZ. CALCULAR LA IMPEDANCIA TOTAL DEL CIRCUITO, LA CORRIENTE DE LOS CIRCUITOS, FACTOR DE POTENCIA Y DIBUJAR EL DIAGRAMA DE FASORES DE TENSIÓN.

CIRCUITO RLC EN PARALELO EN UN CIRCUITO QUE PRESENTA LOS TRES ELEMENTOS CONECTADOS EN PARALELO, LA TENSIÓN TOTAL APLICADA EL CIRCUITO ES LA MISMA QUE LA QUE TENEMOS EN BORNES QUE CADA ELEMENTO, MIENTRAS QUE LA INTENSIDAD QUE CIRCULA PARA CADA UNO DE ELLOS ES DISTINTA Y DEPENDE DE LOS EFECTOS DE LA R, DE LA L Y DE LA C.

Fuerza Electromotriz SE DENOMINA FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM) A LA ENERGÍA PROVENIENTE DE CUALQUIER FUENTE, MEDIO O DISPOSITIVO QUE SUMINISTRE CORRIENTE ELÉCTRICA. PARA ELLO SE NECESITA LA EXISTENCIA DE UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE DOS PUNTOS O POLOS (UNO NEGATIVO Y EL OTRO POSITIVO) DE DICHA FUENTE, QUE SEA CAPAZ DE BOMBEAR O IMPULSAR LAS CARGAS ELÉCTRICAS A TRAVÉS DE UN CIRCUITO CERRADO. EL FENÓMENO EN EL QUE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA SE GENERA ES DENOMINADO FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA.

PARA PODER ENTENDER ESTE FENÓMENO ANTES SE DEBE MANEJAR LOS SIGUIENTES CONCEPTOS: CAMPO MAGNÉTICO: EFECTO QUE EJERCE UN IMÁN SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICA PUNTUAL QUE VIAJA A UNA VELOCIDAD EN EL ESPACIO. ESTA CARGA SENTIRÁ UNA FUERZA PERPENDICULAR A SU MOVIMIENTO Y PROPORCIONAL A LA VELOCIDAD Y MAGNITUD DEL CAMPO. CONDUCTOR ELÉCTRICO: MATERIAL QUE SE CARACTERIZA POR TENER UNA RESISTENCIA MUY BAJA A UN FLUJO DE CORRIENTE ELÉCTRICA, MATERIAL POR DONDE LA CORRIENTE ELÉCTRICA PUEDE TRANSPORTARSE.

EN GENERAL, SI A UN CONDUCTOR, UN CABLE, SE LO COMIENZA A MOVER EN UN ESPACIO EN DONDE SE ENCUENTRA UN CAMPO MAGNÉTICO, UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ ES INDUCIDA. LA FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA DEPENDE DE TRES FACTORES PRINCIPALES QUE SE CITAN A CONTINUACIÓN: VELOCIDAD DEL MOVIMIENTO DEL CABLE. FUERZA DEL CAMPO MAGNÉTICA. LONGITUD DE LA PARTE DEL CABLE SOMETIDA AL CAMPO MAGNÉTICO.

SI EN EL CABLE NO CIRCULABA ANTES NINGUNA CORRIENTE, LA DIFERENCIA DE POTENCIAL (VOLTAJE) QUE SE PRESENTE EN EL MISMO SERÁ EL VALOR DE LA FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA, PUEDE SER MEDIANTE LA EXPRESIÓN: E.M.F=BLV DONDE: B: MAGNITUD (FUERZA) DEL CAMPO MAGNÉTICO. L: LONGITUD DEL CABLE SOMETIDO AL CAMPO. V: VELOCIDAD DEL CABLE

ECUACIONES DE MAXWELL Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético.

Ley de Gauss para el campo eléctrico LA LEY DE GAUSS EXPLICA LA RELACIÓN ENTRE EL FLUJO DEL CAMPO ELÉCTRICO A TRAVÉS UNA SUPERFICIE CERRADA CON LA CARGA NETA ENCERRADA POR DICHA SUPERFICIE. SE DEFINE COMO FLUJO ELÉCTRICO A LA CANTIDAD DE FLUIDO ELÉCTRICO QUE ATRAVIESA UNA SUPERFICIE DADA.

Ley de Gauss para el campo magnético EXPERIMENTALMENTE SE LLEGÓ AL RESULTADO DE QUE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS, A DIFERENCIA DE LOS ELÉCTRICOS, NO COMIENZAN Y TERMINAN EN CARGAS DIFERENTES. ESTA LEY INDICA QUE LAS LÍNEAS DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS DEBEN SER CERRADAS. .

ES DECIR, SOBRE UNA SUPERFICIE CERRADA, SEA CUAL SEA ESTA, NO SEREMOS CAPACES DE ENCERRAR UNA FUENTE DE CAMPO, ESTO EXPRESA LA INEXISTENCIA DEL MONOPOLO MAGNÉTICO.

Ley de Faraday-Lenz LA LEY DE FARADAY NOS HABLA SOBRE LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA, LA QUE ORIGINA UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN UN CAMPO MAGNÉTICO. LO PRIMERO QUE SE DEBE INTRODUCIR ES LA FUERZA ELECTROMOTRIZ, SI TENEMOS UN CAMPO MAGNÉTICO VARIABLE CON EL TIEMPO, UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ ES INDUCIDA EN CUALQUIER CIRCUITO ELÉCTRICO; Y ESTA FUERZA ES IGUAL A MENOS LA DERIVADA TEMPORAL DEL FLUJO MAGNÉTICO.

Ley de Ampère AMPÈRE FORMULÓ UNA RELACIÓN PARA UN CAMPO MAGNÉTICO INMÓVIL Y UNA CORRIENTE ELÉCTRICA QUE NO VARÍA EN EL TIEMPO. LA LEY DE AMPÈRE DETERMINA QUE LA CIRCULACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO A LO LARGO DE UNA LÍNEA CERRADA ES EQUIVALENTE A LA SUMA ALGEBRAICA DE LAS INTENSIDADES DE LA CORRIENTES QUE ATRAVIESAN LA SUPERFICIE DELIMITADA POR LA LÍNEA CERRADA, MULTIPLICADA POR LA PERMITIVIDAD DEL MEDIO.