Circuito capacitivo Condensadores Después de las resistencias, los condensadores suelen ser los elementos máscomunes en un circuito. Un condensador es un elemento de dos terminales diseñadopara almacenar energía por medio de su campo eléctrico. Un condensadorestá compuestopordos placas conductorasseparadas entre síporun aislante.Siexiste una cierta intensidad (I)enun condensador,esa intensidadprovoca que se carguepositivamente una de las placas y laotra negativamente.La carga +q deuna placa será siempre idéntica a la q de la otra. En un condensador,la tensión vexistente entre sus placas serásiempre proporcionala la cargaalmacenada en ellas,de forma que: q =C*V q:Carga almacenada en las placas. V:Tensión entre las placas. C:Valordelcondensadormedido enF (F=C/V). El valor C de un condensador depende exclusivamente de las características geométricas del mismo. CAPACITANCIA. La capacidad o capacitancia es unapropiedad de loscondensadores.Esta propiedad rige la relaciónexistente entre ladiferencia depotencial(o tensión)existente entrelas placas delcapacitory lacargaeléctricaalmacenada en este,Dichoen pocas palabras La capacitanciaes un parámetro delcapacitorqueindica la capacidad dealmacenamiento de carga que éstetiene y su unidad es elFaradio.Mediante la siguiente ecuación:Donde Ces la capacidad,medida enfaradios(en honoralfísicoexperimentalMichaelFaraday);esta unidad esrelativamente grande ysuelen utilizarse submúltiploscomo elmicrofaradio opicofaradio. Qes lacarga eléctricaalmacenada,medida enculombios; Ves ladiferencia depotencial(o tensión),medidaenvoltios Cabe destacarque la capacidad essiempre una cantidad positiva y quedepende de la geometría delcapacitorconsiderado (de placasparalelas,cilíndrico,esférico).Otrofactordelque depende es deldieléctrico que se introduzca entrelas dos superficies delcondensador.Cuanto mayorsea la constantedieléctrica delmaterialno conductor introducido,mayores la capacidad.
Circuitos capacitivos Definición: Son circuitos básicos que incluyen un capacitor y una fuente de. Circuitos serie Se define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene un solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios.
Circuitos capacitivos en corriente alterna
La impedancia (Z) de un capacitor o de un circuito capacitivo puro se representa por un número complejo con la reactancia capacitiva (XC) cambiada de signo en su parte imaginaria y sin parte real.
La impedancia en forma binómica queda expresada como:
En forma polar:
La reactancia capacitiva (XC) es la resistencia que ofrece un capacitor al paso de la corriente alterna. Es función de la velocidad angular (por lo tanto de la
frecuencia) y de la capacidad. Se calcula con la siguiente expresión:
XC = Reactancia capacitiva [Ω] ω = Velocidad angular = 2 π f [rad/s] C = Capacidad del capacitor [F]
Podemos ver en la fórmula que a mayor frecuencia el capacitor presenta menos resistencia al paso de la corriente. Podemos ver en la fórmula que a mayor frecuencia el capacitor presenta menos resistencia al paso de la corriente.
Diferencia entre impedancia y reactancia
Recordemos que la impedancia es la resistencia que ofrece cualquier elemento al paso de la corriente alterna, mientras que la reactancia capacitiva es la resistencia que ofrecen los capacitores al paso de esa corriente. Por lo tanto, en un elemento capacitivo puro la impedancia está formada únicamente por la reactancia capacitiva.
Comportamiento de circuitos capacitivos puros
En un capacitor o elemento capacitivo puro la corriente adelanta 90° a la tensión.
Tensión y corriente en forma fasorial
El desfasaje en forma fasorial lo podemos ver en el siguiente diagrama:
Podemos ver en la fórmula que a mayor frecuencia el capacitor presenta menos resistencia al paso de la corriente.
Circuitos resistivos en corriente alterna Impedancia de una resistencia
La impedancia (Z) de una resistencia sólo tiene parte real, que es igual al valor de la resistencia (R). Esto es debido a que no hay reactancias (no hay inductores ni capacitores).
En forma binómica la impedancia de una resistencia se representa como:
En forma polar:
Comportamiento de los elementos resistivos
El comportamiento de las resistencias o de los circuitos resistivos puros en corriente alterna es bastante similar al comportamiento en corriente continua, pero teniendo en cuenta que la tensión de alimentación es variable con el tiempo según su propia función. La caída de tensión en la resistencia, la corriente, etc., son valores que varían en función del tiempo, tal como lo hace la señal y con la misma fase.
Los elementos resistivos no provocan desfasajes entre la tensión y la corriente. En cada instante la corriente es directamente proporcional a la tensión en ese instante e inversamente proporcional a la resistencia.
Tensión y corriente en forma fasorial
En forma fasorial se ven los fasores de tensión y corriente sobre una misma línea (sin un ángulo de desfasaje). Estos fasores giran en sentido antihorario tantas veces como indica la frecuencia de la señal.
Circuito resistivo en serie: Un circuito resistivo en serie está formado por una fuente de energía y un conjunto de resistencias conectadas una tras otra, generando un único camino por el cual circula corriente.
La corriente en un circuito en serie es la misma para todos los elementos, se calcula como la tensión o voltaje divido entre la resistencia total (equivalente) del sistema. La resistencia equivalente para un circuito en serie es la suma de todas las resistencias.
El voltaje de la fuente se reparte entre todos los elementos resistivos, cumpliendo con la ley de Ohm. Circuito resistivo en paralelo Un circuito resistivo en paralelo está formado por una batería y un conjunto de resistencia que se encuentran unidos a dos nudos o nodos en común. A estos nodos también se conecta la batería. El voltaje de todos loe elmentos que se encuentren en paralelo es el mismo que el de la batería.
La corriente que suministra la batería se calcula como voltaje de la fuente entre la resistencia equivalente. donde esta última se calcula como:
∑ ( 1 / Ri ) = 1 / Req La corriente total se distribuye entre los elementos cumpliendo con la ley de Ohm.
2. Circuito resistivo puro Una resistencia pura se caracteriza por presentar únicamente resistencia óhmica, cuyo valor viene dado por:
Como se deduce de la ecuación, el valor de la resistencia sólo depende de la longitud, la sección y la naturaleza del conductor. Por tanto, el valor de R es independiente de la frecuencia de la red y en todo resistor de corriente alterna se verifica la ley de Ohm mediante la expresión:
Cuando sólo existe el parámetro R decimos que se trata de un circuito resistivo puro de corriente alterna. Para una tensión alterna senoidal:
La intensidad de corriente que circulará por el circuito se obtiene aplicando la ley de Ohm:
Por tanto, según la expresión obtenida, en un circuito resistivo puro la tensión y la intensidad tienen la misma frecuencia y están en fase y se cumple la ley de Ohm para los valores máximos:
Si dividimos entre raiz de dos los dos de la ecuación obtendremos que también se cumple la ley de Ohm para los valores eficaces:
En un circuito resistivo puro:
La tensión y la intensidad tienen la misma frecuencia y están en fase. Se cumple la ley de Ohm tanto para los valores máximos como para los valores eficaces.
CIRCUITOS R Solo están compuesto con elementos resistivos puros. En este caso la V y la I (tensión e intensidad) están en fase, o lo que es lo mismo, las ondas empiezan y acaban a la vez en el tiempo. Por estar en fase se tratan igual que en corriente continua. Esto en c.a. solo pasa en circuitos puramente resistivos (solo resistencias puras).
En receptores resistivos puros la impedancia es R. Luego veremos mejor que es realmente la impedancia. Si te fijas lo único que hacemos es aplicar la Ley de Ohm. V = I x R. La potencia será P = V x I. ( el cos 0º = 1), solo hay potencia activa y se llama igualmente P. Recuerda que en este caso el ángulo de desfase es 0 grados, ya que están en fase las dos ondas. Las tensiones e intensidades instantáneas serán: v = Vo x seno wt i = Io x sen wt
Circuitos inductivos en corriente alterna
La impedancia (Z) de un inductor o circuito inductivo puro se representa por un número complejocon la reactancia inductiva (XL) en su parte imaginaria y sin parte real.
La impedancia en forma binómica se expresa como:
En forma polar:
La reactancia inductiva (XL) es la resistencia que presentan los inductores puros al paso de la corriente alterna. Es función del coeficiente de autoinducción (L) y de la velocidad angular. Es directamente proporcional a ambos valores y se calcula como:
XL = Reactancia inductiva [Ω] ω = Velocidad angular = 2 π f [rad/s] L = Inductancia [H]
Comportamiento de circuitos inductivos puros
Tal como pasa con los capacitores, los inductores también almacenan energía eléctrica y producen un desfasaje entre la tensión y la corriente. En los elementos inductivos puros el desfasaje es de 90° en donde la corriente atrasa a la tensión.
Tensión y corriente en forma fasorial
En el siguiente diagrama fasorial se ve la corriente en atraso 90°.
CIRCUITOS L Son los circuitos que solo tienen componente inductivo (bobinas puras). En este caso la V y la I están desfasadas 90º positivos. En estos circuitos en lugar de R tenemos Xl, impedancia inductiva. La Xl es algo así como la resistencia de la parte inductiva. Para calcularla es importante un valor llamado inductancia (L) que solo poseen las bobinas puras. L será la inductancia y se mide en henrios, al multiplicarla por w (frecuencia angular) nos dará la impedancia inductiva.
Si consideramos la XL como la resistencia (resistencia inductiva), aplicando la Ley de Ohm generalizada, los valores eficaces son: I = V/wL e I V/Xl siendo Xl = w x L. El valor de la tensión en cualquier momento (instantánea) sería: v = Vo x sen wt ; donde Vo es el valor máximo de la tensión, w frecuencia angular y t el tiempo.
Para la intensidad instantánea recuerda que la I está retrasada 90º
respecto a la tensión. Si wt es el ángulo para la tensión, como la intensidad está retrasada 90º respecto a la tensión, tenemos que la intensidad instantánea será: i = Io x seno (wt - 90º) CIRCUITOS C Este tipo de circuitos son los que solo tienen componentes capacitivos (condensadores puros). En este caso la V y la I están desfasadas 90º negativos (la V está retrasada en lugar de adelantada con respecto a la I). La Xc será la impedancia capacitiva, algo parecido a la resistencia de la parte capacitiva.
Los valores eficaces, considerando la resistencia Xc (resistencia capacitiva) y aplicando la ley de ohm generalizada son: I = V/Xc e I = V/Xc; siendo Xc = 1/wC. El valor de la tensión en cualquier momento sería: v = Vo x sen wt ; donde Vo es el valor inicial de la tensión, w frecuencia angular y t el tiempo. Igualmente la intensidad:
i = Io x seno (wt + 90º), recuerda que la I está adelantada 90º. Si quieres saber todo sobre los condensadores te recomendamos este enlace: Condensador. Ahora que ya sabemos como se resuelven los circuitos de corriente alterna con receptores puros, veamos como se resuelven cuando son una mezcla de varios puros. En este caso tenemos varias posibilidades, RL, RC y RLC. Recuerda los ángulos de desfase en cada caso:
Definición de números complejos
Los números complejos son pares ordenados formados por una parte real y una parte imaginaria, que se escriben con la siguiente forma:
Son la suma de un número real (“a”) y un número imaginario (“bi”). Tanto “a” como “b” son números reales e “i” es la unidad imaginaria (por lo tanto “bi” es un número imaginario). Los números complejos se aplican en diferentes ramas de la física, como por ejemplo en el estudio de circuitos de corriente alterna. Para la unidad imaginaria normalmente se utiliza la letra “i” aunque en algunas aplicaciones puede usarse otra letra. Por ejemplo en el estudio de electricidad
se suele utilizar la “j” para no confundirla con la intensidad. También la j puede aparecer antes del número que indica la cantidad imaginaria, de la siguiente manera:
Dado que se trata de pares ordenados, los números complejos pueden ser representados en dos ejes cartesianos, al igual que los vectores de dos dimensiones. En el eje horizontal se ubica la parte real mientras que en el eje vertical se ubica la parte imaginaria. Pueden ser expresados en forma binómica (con la forma a + bi) o en forma polar (indicando una longitud y un ángulo de inclinación sobre el eje horizontal). La conversión de una forma a la otra es similar a la conversión de vectores de dos dimensiones. Representación de números complejos
Los números complejos pueden ser representados por sus dos componentes cartesianas, una para la parte real y otra para la parte imaginaria (forma binómica). También pueden expresarse con un módulo (o longitud) y una inclinación sobre el eje horizontal (forma polar).
Forma binómica
Forma polar
Conversión de números complejos
Es posible convertir fácilmente un número expresado en una forma al equivalente en la otra utilizando el teorema de Pitágoras y las funciones trigonométricas.
Forma binómica a forma polar
El módulo (que es la longitud de la hipotenusa de un triángulo) lo obtenemos como la raíz cuadrada de la suma de las dos componentes al cuadrado.
El ángulo lo obtenemos a través de funciones trigonométricas (típicamente se suele utilizar la inversa de la tangente). Si el número complejo pertenece al primer cuadrante lo podemos calcular de la siguiente manera:
Si el número complejo no pertenece al primer cuadrante también podemos utilizar la función inversa de la tangente y luego sumar o restar ángulos para calcular el ángulo desde el primer cuadrante en sentido antihorario.
Forma polar a forma binómica
La conversión de forma polar a binómica consiste en hacer la proyección sobre cada eje. Esto se hace mediante las funciones trigonométricas seno y coseno.
Anexos https://es.idoub.com/doc/94378651/Unidad-3-Numeros-complejos-en-corriente-alterna