Unidad 4

Corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) se denomina a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente.

La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la oscilación senoidal (sinusoidal en inglés) ​con la que se consigue una transmisión más eficiente de la energía, a tal punto que al hablar de corriente alterna se sobrentiende que se refiere a la corriente alterna senoidal.

Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

Algunos tipos de oscilaciones periódicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresión matemática, por lo que no se puede operar analíticamente con ellas. Por el contrario, la oscilación sinusoidal no tiene esta indeterminación matemática y presenta las siguientes ventajas:

1. La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica. Mediante la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de alterna.
2. Las oscilaciones periódicas no sinusoidales se pueden descomponer en suma de una serie de oscilaciones sinusoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armónicos. Esto es una aplicación directa de las series de Fourier.
3. Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energía eléctrica.
4. Su transformación en otras oscilaciones de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilización de transformadores.

Potencia en C.A

Impedancia

La corriente continua (abreviada CD en español y DC en inglés, de direct current) se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial y carga eléctrica, que no cambia de sentido con el tiempo.​ A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección.

Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).

También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo.

Los cálculos de circuitos de corriente continua se realizan respectivamente aplicando las leyes de Ohm, leyes de Kirchhoff, circuitos delta y estrella, teoremas de mallas y nodos, teorema de superposición, y ley de Thevenin y Norton.

Un inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.

Un inductor está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo.

La bobina almacena energía en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye.

Matemáticamente se puede demostrar que la energía U, almacenada por una bobina con inductancia L, que es recorrida por una corriente de intensidad I, viene dada por:

Y la Corriente viene dada por:

Los Condensadores (también llamados Capacitores) son componentes que tienen la capacidad de almacenar energía en forma de un campo eléctrico, son ampliamente utilizados en electricidad y electrónica como unos de los componentes mas básicos en el diseño de circuitos

Idealmente tiene un Capacitancia (C) constante, medida en Faradios, que se define como la relación entre la Carga (Q) en cada conductor sobre el Voltaje (V) entre ellos

Los Condensadores están construidos, en su forma mas básica, por 2 placas conductoras paralelas, separadas por un material dieléctrico o vacío, las placas paralelas pueden ser rectangulares, circulares, cilíndricas y el dieléctrico puede vidrio, aire, papel, cerámica, aceite, etc.

Al ser sometidos an voltaje, los Capacitores almacenan electrones en uno de sus terminales, estas generan un campo eléctrico que atraen cargas positivas al otro terminal y empujan las negativas al resto del circuito. Estas ocurre hasta que la fuerza de repulsion entra las cargas del terminal negativo se igualan al voltaje que las mantienen ahy, entonces el capacitor esta cargado y la corriente deja de atravesarlo. Finalmente al desaparecer el voltaje la fuerza almacenada se libera empujando a los electrones desde el terminal negativo al positivo.

Esto puede visualizarse de forma mas intuitiva con una analogía hidráulica: una tubería un un elástico tapándola. El agua representa a los electrones, el elástico es el dieléctrico evitando que estos lo atraviesen.

Como podemos ver en la sección anterior, los Condensadores son elementos que se oponen a la variacion de la tension. El voltaje generado por el componente siempre esta en contra del voltaje que lo causa y es proporcional a este, y una ves que se cargan no permiten el paso de la corriente.

Ya que ninguna carga puede atravesar el dieléctrico, la corriente que atraviesa al condensador es la medida de electrones desplazados del terminal positivo causado por los electrones que llegan hasta el terminal negativo. Asi que conociendo la Capacitancia de un Condensador y el Voltaje al que esta sometido en un momento especifico, se puede calcular la corriente en ese momento:

Es un Circuito compuesto por Capacitores y Resistencias en serie. Se pueden usar para filtrar una señal al bloquear ciertas frecuencias y permitir otras.

El Circuito RC mas simple es un Capacitor cargado y una Resistencia conectadas entre ellas, el Capacitor va a descargar creando un voltaje, este valor depende del tiempo y se reduce hasta llegar a 0

Como pudimos ver en el tema anterior la corriente que atravesara el Capacitor variara con el tiempo, y deducimos que:

Al despejar el Voltaje obtenemos la formula de la Caída Exponencial, Si V0 es el Voltaje inicial del Capacitor

Ademas, el tiempo requerido para que el voltaje disminuya a un 1/e de su valor inicial, se conoce como la Constante de Tiempo RC, y esta definida por:

Es un Circuito compuesto por Inductores y Resistencias en serie. Se pueden usar para filtrar una señal, específicamente los circuitos de Respuesta Infinita al Impulso esta compuesto de una sola Resistencia con un Inductor

Un Circuito de Respuesta Natural es un circuito RL en el que el Inductor se se encuentra cargado y conectado a una Resistencia. El inductor descargara su campo magnético generando una corriente cuyo valor dependerá del tiempo

Como pudimos ver en el tema anterior y en simetría con los Circuitos RC la corriente que generara el Inductor esta dada por:

Definiendo la Constante de Tiempo RL como:

Por lo que terminamos con:

Es un circuito eléctrico que consiste de una Resistencia (R), un Inductor (L) y un Condensador (C), conectados en serie o paralelo. Estos circuitos se caracterizan por su comportamiento de oscilador armónico, de la misma forma que un circuito LC, pero en la realidad no es posible obtener una resistencia de 0 en un circuito fuera de la super conductividad

Para entender mejor el funcionamiento de un circuito RLC es mejor examinar el caso ideal donde la resistencia es nula: un circuito LC

Como se puede observer el comportamiento de los Inductores al oponerse a los cambios de de corriente, incluyendo su disminución, y la de los Capacitores de almacenar cargas eléctricas hasta cargarse y luego descargarse expulsando las cargas en sentido opuesto, causan un efecto de Oscilación

El Capacitor cargado expulsaría electrones hasta que ambas capas estuvieran al mismo potencial, sin embargo el campo magnético del inductor retrasa la corriente al inicio, cuando esta es fuerte, manteniendo la diferencia de potencial, y al final cuando quedan pocas cargas en el negativo del capacitor, el campo magnético acumulado las empuja hasta el otro terminal, de forma que todas las cargas son transferidas de un terminal del Condensador al otro

El funcionamiento de los Circuitos RLC es como esto pero obviamente con una Resistencia agregada, esta tendrá el efecto de disipar una parte de la energía en cada Oscilación, conocido como Amortiguamiento

Para poder explicar funcionamiento del circuito primero es importante discutir las medidas frecuencia angular, α y ω0. α es la frecuencia neperiana o Atenuación, y es una medida de que tan rápido la respuesta del circuito morirá después de ser removido una fuente de estimulo. ω0 es la frecuencia de resonancia angular. En un circuito en series estas están dadas por:

Definiendo a las raíces S como:

Se puede calcular la formula para la Corriente en el circuito:

En donde los coeficientes A1 e A2 son dependientes del circuito y se calculan al realizar un sistema de ecuaciones con la formula resulta para el valor de la Corriente en el tiempo inicial y el que va atener después de un tiempo infinito