UNIVERSIDAD SALESIANA DE BOLIVIA

INGENIERÍA DE SISTEMAS

DOSSIER

FÍSICA IPrimera versión

Segundo Semestre

ING. MERCADO CORTEZ

GESTIÓN 2 – 2012

INDICE

PROLOGO .……………………………………………………………………………………………………………………. 5

CAPITULO1.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FÍSICA PARA ELECTRICIDAD ………….…. 6

1.1 Fuerza gravitatoria 1.2 Fuerza Magnética 1.3 Fuerza Eléctrica 1.4 Carga Eléctrica Positiva 1.5 Carga Eléctrica Negativa 1.6 Interacción entre cuerpos con carga eléctrica 1.7 Ley de Coulomb 1.8 Ley Corriente Eléctrica

CAPITULO 2.- FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA CONTINUA ……………………………………….. 8

2.1 El concepto de Diferencia de Potencial 2.2 La pila Eléctrica. 2.3 La Batería Eléctrica. 2.4 Conexiones de Pilas y Baterías.

CAPITULO 3.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON RESISTENCIAS …………………….…………………… 9

3.1 El concepto de Resistencia Eléctrica. 3.2 Los Conductores para Conexión Eléctrica. 3.3 Las Conexiones en Serie. 3.4 Las Conexiones en Paralelo. 3.5 La ley de Ohm. 3.6 La Ley de Watt.

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CAPITULO 4.- LEYES DE KIRCHHOFF ……………………………………………………………..………..…. 10

4.1 La Ley de las Intensidades de Corriente Eléctrica. 4.2 La Ley de las Diferencias de Potencial Eléctrico.

CAPITULO 5.- ELEMENTOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS …………………….….. 11

5.1 El resistor. 5.2 El Capacitor. 5.3 El Inductor.

CAPITULO 6.- RÉGIMEN TRANSITORIO EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS ……………………………. 12

6.1 Circuito RL. 6.2 Circuito RC. 6.3 Circuito RLC.

CAPITULO 7.- FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA ALTERNA ……………………………………..…. 13

7.1 Sistema Monofásico. 7.2 Sistema Trifásico. 7.3 La conexión Estrella. 7.4 La conexión Triángulo.

CAPITULO 8.- ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS ……………………………………………………. 14

8.1 El concepto de Impedancia. 8.2 El Método de las Corrientes de Malla. 8.3 El Método de las Tensiones de Nudos o Nodos.

CAPITULO 9.- TEOREMAS DE LA ELCTRICIDAD ………………………………………………………..…… 15

9.1 Introducción. 9.2 El teorema de Thevenin. 9.3 El teorema de Norton.

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CAPITULO 10.- EL FENÓMENO RESONANCIA ELÉCTRICA Y LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ……………………………………………………………………………………............ 16

10.1 Resonancia en Circuito Serie RLC. 10.2 Resonancia en Circuito Paralelo RLC. 10.3 Resonancia en un circuito Paralelo de dos Ramas. 10.4 El Factor de Calidad Q. 10.5 Las Ecuaciones de Maxwell. 10.6 Propagación Electromagnética.

BIBLIOGRAFÍA ……………………………………………………………………………………………………………. 17

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PrólogoNo obstante el título de dossier, que en idioma francés significa expediente que

contiene documentos alusivos al tema o materia, el presente es en realidad un conjunto de apuntes relacionados a la asignatura de FISICA I, del plan de estudios de la carrera de Ingeniería de Sistemas de la Universidad Salesiana de Bolivia.

El objetivo primordial del presente documento es el de servir de instrumento de apoyo al estudiante, dotándole de apuntes conceptuales, para que conjuntamente con las clases presenciales, el alumno, pueda lograr consolidar su aprendizaje necesario.

En esta primera versión, no se incluye ilustraciones ni detalles adicionales y complementarios, puesto que los mismos serán expuestos en las clases presenciales.

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CAPÍTULO 1

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FÍSICA PARA ELECTRICIDAD

La electricidad es un fenómeno físico, para tener un conocimiento básico es necesario establecer algunos conceptos importantes como los siguientes.

1.1 FUERZA GRAVITATORIA

Es la fuerza que se origina en la masa de los cuerpos gravitatorios como la tierra, la

luna etc.

1.2 FUERZA MAGNÉTICA

Es la Fuerza que se origina en las propiedades magnéticas de algunos materiales tales como la magnetita, etc.

1.3 FUERZA ELÉCTRICA

Es la fuerza que se origina en la existencia de cargas eléctricas en el núcleo de la materia.

1.4 CARGA ELÉCTRICA POSITIVA

Es la carga eléctrica que tiene el componente importante de la materia como el protón.

1.5 CARGA ELÉCTRICA NEGATIVA

Es la carga eléctrica que tiene el componente importante de la materia llamado electrón.

1.6 INTERACCIÓN ENTRE CUERPOS CON CARGA ELÉCTRICA

Consiste en acciones de atracción o repulsión de ciertos materiales que se originan

en la actividad de los electrones y protones en el núcleo de los materiales.

1.7 LEY DE COULOMB

Establece la interacción de las cargas eléctricas de los materiales con la aplicación

de la expresión matemática correspondiente.

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1.8 LEY CORRIENTE ELÉCTRICA

Establece el comportamiento de la circulación de cargas eléctricas a través de los

materiales.

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CAPITULO 2

FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA CONTINUA

Son generadores de energía eléctrica que proporcionan voltaje continuo en el

tiempo.

2.1 EL CONCEPTO DE DIFERENCIA DE POTENCIAL

Debido a la circulación de la corriente eléctrica por un material se presentan

puntos de mayor o menor potencial eléctrico.

2.2 LA PILA ELÉCTRICA

Es un componente eléctrico que proporciona voltaje continuo, su construcción y

su funcionamiento se relacionan con reacciones químicas.

2.3 LA BATERÍA ELÉCTRICA

Es un conjunto de pilas eléctricas en forma de celdas.

2.4 CONEXIONES DE PILAS Y BATERÍAS

Las conexiones de pilas y baterías pueden efectuarse en modo serie o paralelo

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CAPITULO 3CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON RESISTENCIAS

3.1 EL CONCEPTO DE RESISTENCIA ELÉCTRICA

Se denomina resistencia eléctrica a la oposición que presenta un material al paso

de la corriente eléctrica.

3.2 LOS CONDUCTORES PARA CONEXIÓN ELÉCTRICA

Son fabricados generalmente de cobre, con diferentes grosores, con tipos de

aislación según la aplicación.

3.3 LAS CONEXIONES EN SERIE

Consiste en la conexión de resistencias una a continuación de otra.

3.4 LAS CONEXIONES EN PARALELO

Consiste en la conexión de resistencias una al lado de otra.

3.5 LA LEY DE OHM

Es una expresión matemática que relaciona Voltaje, Corriente y Resistencia.

3.6 LA LEY DE WATT

Es una expresión matemática que proporciona cantidad de potencia eléctrica emitida en forma de calor u otras manifestaciones como por ejemplo luz, sonido, etc.

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CAPITULO 4LEYES DE KIRCHHOFF

4.1 La LEY DE LAS INTENSIDADES DE CORRIENTE ELÉCTRICA

Indica que la suma de las corrientes eléctricas con sentido de ingreso a un nodo es

igual a la suma de las que salen del mismo nodo.

4.2 LA LEY DE LAS DIFERENCIAS DE POTENCIAL ELÉCTRICO

Expresa que la suma algebraica de las diferencias de potencial de los elementos de

una malla es igual a cero.

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CAPITULO 5

ELEMENTOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOE ELÉCTRICOS

5.1 EL RESISTOR

Es un componente Pasivo que se opone al paso de la corriente eléctrica.

5.2 EL CAPACITOR

Es un componente activo que almacena cargas eléctricas.

5.3 EL INDUCTOR

Es un componente eléctrico que genera campos electromagnéticos.

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CAPITULO 6RÉGIMEN TRANSITORIO EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS

6.1 CIRCUITO RL

Está constituido por un resistor y un inductor en serie, tiene como característica más notable la que presenta una resistencia nula para un tiempo prolongado.

6.2 CIRCUITO RC

Está constituido por un resistor y un capacitor en serie, tiene como característica más notable la que presenta una resistencia muy grande para un tiempo prolongado.

6.3 CIRCUITO RLC

Está constituido por un resistor, un inductor y un capacitor en serie, tiene como característica más notable la que presenta una resistencia nula para una frecuencia determinada por los valores del inductor y del capacitor.

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CAPITULOO 7FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA ALTERNA

7.1 SISTEMA MONOFÁSICO

Se caracteriza por funcionar con un generador de voltaje alterno cuya forma de onda es una sinusoide, obviamente con una sola una fase.

7.2 SISTEMA TRIFÁSICO

Se caracteriza por funcionar con un generador de voltaje alterno con una forma de onda compuesta por tres sinusoides, obviamente cada onda sinusoidal tiene su propia fase con una separación entre fases de 90 grados.

7.3 LA CONEXIÓN ESTRELLA

Es un sistema trifásico cuyos inductores del generador de voltaje están conectados en forma de estrella.

7.4 LA CONEXIÓN DELTA O TRIÁNGULO

Es un sistema trifásico cuyos inductores del generador de voltaje están conectados en forma de triangulo.

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CAPITULO 8

ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

8.1 EL CONCEPTO DE IMPEDANCIA

Es la oposición combinada al paso de la corriente continua o alterna de componentes pasivos (Resistor) y activos (Inductor, Capacitor).

8.2 EL MÉTODO DE LAS CORRIENTES DE MALLA

El primer paso consiste en ubicar las mallas correspondientes. EL segundo paso es plantear las ecuaciones de la segunda ley de Kirchhoff (De las tensiones o voltajes de malla), tomando las intensidades de las corrientes como variables desconocidas.

8.3 EL MÉTODO DE LAS TENSIONES EN LOS NUDOS O NODOS

El Primer paso consiste en determinar las tensiones en todos los nudos principales respecto del nudo de referencia. El segundo paso es plantear las ecuaciones de la primera ley de Kirchhoff (De las corrientes de Nudo o Nodo), tomando las tensiones como variables desconocidas.

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CAPITULO 9

TEOREMAS DE LA ELCTRICIDAD

9.1 INTRODUCCIÓN

Consiste en remplazar el circuito activo (Generador) por un circuito simple equivalente.

9.2 EL TEOREMA DE THEVENIN

Establece que cualquier circuito lineal activo con terminales de salida A y B puede sustituirse por una fuente (generador) de tensión “V” en serie con una impedancia “Z”.

9.3 EL TEOREMA DE NORTON

Establece que cualquier circuito lineal activo con terminales de salida A y B puede sustituirse por una fuente (generador) de intensidad de corriente “I” en paralelo con una impedancia “Z”.

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CAPITULO 10

EL FENÓMENO RESONANCIA ELÉCTRICA Y LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

10.1 RESONANCIA EN CIRCUITO SERIE RLC

La característica principal de la resonancia en serie es que la impedancia del circuito es mínima a la frecuencia de resonancia (La admitancia es Máxima).

10.2 RESONANCIA EN CIRCUITO PARALELO RLC

La característica principal de la resonancia en paralelo es que la impedancia del circuito es máxima a la frecuencia de resonancia (La admitancia es Mínima).

10.3 RESONANCIA EN UN CIRCUITO PARALELO DE DOS RAMAS

La característica principal de la resonancia en paralelo de dos ramas es que cuando se cumplen condiciones especiales en cuanto a los valores de inductor, capacitor y resistencias, el circuito entra en resonancia a todas las frecuencias.

10.4 EL FACTOR DE CALIDAD Q

El factor e calidad de un inductor (Bobina), de un capacitor (Condensador) o de un circuito en general está determinado por la relación entre la energía máxima almacenada sobre la energía disipada en un periodo de tiempo.

10.5 LAS ECUACIONES DE MAXWELL

Son expresiones matemáticas que corresponden a las leyes básicas del elecromagnetismo que devienen de los fundamentos, experimentos y trabajo teórico de los científicos Ampere y Faraday.

PROPAGACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

El electromagnetismo en forma de ondas se propaga en forma directa y también en forma reflejada alrededor del globo terráqueo, generalmente a este fenómeno se lo conoce con el nombre de Propagación de Ondas de radio directa y reflejadas en la ionósfera.

La ionósfera consiste en la formación de capas de en forma de nubes que contienen cargas eléctricas que tienen dependencia de las horas de día (Del Sol).

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BIBLIOGRAFIA

Schaum, Teoría y Problemas de Circuitos Eléctricos, McGRAW-HILL, New York, 1985.

Physical Science Study Commitee, Física, Editorial Reverte S.A. , Barcelona, 1972.

Paul B.Zbar, Basic Electricity, McGRAW-HILL Book Company, 1976.

Eugene Hecht (Biblioteca USB: Código 530 H447f), Física 2 Algebra y Trigonometria, Thomson Editores, Mexico, 199.

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