Miguel Alfonso Altuve Paredes - Análisis y simulación de circuitos eléctricos en corriente continua

El sistema de unidades adoptado en todos los países del mundo, a excepción de algunos países como los Estados Unidos de América, Birmania y Liberia, es el Sistema Internacional de Unidades, comúnmente conocido como SI. Este consta de siete unidades básicas, tal como se muestra en la tabla 1.1, a partir de las cuales se derivan el resto de las unidades.

Tabla 1.1: Unidades base del sistema internacional de unidades (SI).

Para nombrar a los múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI, tanto de unidades básicas como derivadas, se utilizan prefijos basados en potencias de 10. Estos prefijos se muestran en la tabla 1.2. Por ejemplo, dado que kilo es el prefijo para 1000, entonces 1 kilómetro es igual a 1000 metros o dicho de otra manera: 1 km = 1000 m. El símbolo del prefijo debe colocarse en frente del símbolo de la unidad, como en mm por milímetro y µ A por microamperio.

Tabla 1.2: Prefijos del SI.

Ejemplo 1.1.1.Exprese 1 Gm en hm.

Solución: En este caso se puede proceder de dos maneras:

1. Llevando de Gm a m, y luego de m a hm:

2. Operando directamente sobre los valores de los exponentes, restando los exponentes de la tabla 1.2:

1 Gm = 1 × 10 9−2hm = 1 × 10 7hm

Ejemplo 1.1.2.Exprese 20 ps en ks.

Solución: Al igual que en el ejemplo anterior, se llegará a la unidad deseada de dos maneras distintas:

1. Llevando la unidad a s y luego a ks:

2. Operando directamente sobre los valores de los exponentes:

20 ps = 20 × 10 −12−3ks = 20 × 10 −15ks = 2 × 10 −14ks

Ejemplo 1.1.3.Exprese 2000 µ mol en kmol:

Solución:

Ejemplo 1.1.4.Exprese 35 × 10 −2MA en mA:

Solución:

En el análisis de circuitos eléctricos, los elementos eléctricos son abstracciones conceptuales que representan componentes eléctricos idealizados, como resistores, condensadores y bobinas. Los elementos eléctricos no existen físicamente y tienen propiedades ideales mientras que los componentes eléctricos sí existen físicamente y tienen propiedades distintas a las ideales. Los elementos eléctricos pueden ser pasivos o activos, lineales o no lineales. Estos conceptos serán esclarecidos más adelante.

Se puede definir un circuito eléctrico como una interconexión de elementos eléctricos, unidos entre sí en una vía cerrada, de modo que pueda circular una corriente eléctrica. Los circuitos eléctricos han sido usados para resolver innumerables problemas de la sociedad y para mejorar la calidad de vida de las personas. Las aplicaciones de los circuitos eléctricos van desde una simple linterna (baterías, cables y bombillo) hasta la construcción de la nave espacial New Horizons de la NASA 1utilizada para explorar Plutón.

Los circuitos eléctricos se usan en la generación, transmisión y consumo de la energía eléctrica, así como en el almacenamiento, transmisión y procesamiento de la información.

La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de las partículas subatómicas de la materia. En el SI, la carga eléctrica se mide en culombio y se utiliza el símbolo C para referirse a la unidad de la carga eléctrica. El símbolo de la cantidad de carga eléctrica es Q o q .

Existen dos tipos de carga eléctrica:

Positiva, representada por partículas subatómicas llamadas protones y con carga eléctrica fundamental e , aproximadamente igual a 1,602176 × 10 −19C. El símbolo utilizado para referirse al protón es p o p +.

Negativa, representada por partículas subatómicas llamadas electrones y con carga eléctrica fundamental −e , aproximadamente igual a −1,602176×10 −19C. El símbolo utilizado para referirse al electrón es e− o β− .

De lo anterior se puede deducir que −1 C es la cantidad de carga que hay en 6,24×10 18electrones (6,24 exaelectrones) y 1 C es la cantidad de carga que hay en 6,24×10 18protones (6,24 exaprotones).

Por otro lado, también se tiene que las cargas del mismo signo se repelen entre sí mientras que las cargas de signos opuestos se atraen entre sí.

Ejemplo 1.3.1.¿Cuánta carga representan 70430 electrones?

Solución:

Ejemplo 1.3.2.¿Cuántos protones se necesitan para obtener una carga de 20,3 µ C?

Solución:

Si la carga eléctrica fluye en un circuito eléctrico, es decir, la carga se mueve de un punto a otro, entonces se produce una corriente eléctrica en el circuito eléctrico. La corriente eléctrica o intensidad eléctrica se define como la velocidad de cambio de la carga eléctrica con respecto al tiempo:

La unidad del SI de la corriente eléctrica es el amperio y se utiliza el símbolo A para referirse a la unidad de la corriente eléctrica. El símbolo de la cantidad de corriente eléctrica es I , para una corriente constante, e i o i ( t ), para una corriente variable en el tiempo.