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8/19/2019 Manual Eléctricidad Básica a Distancia
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ELECTRICIDAD BÁSICA
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IndiceOBJETIVO TERMINAL .................................................................... 1
INTRODUCCIÓN...........................................................................2
UNIDAD UNO. Antecedentes históricos y principios de la electricidad......3
Antecedentes históricos. ...................................................................... 3
Teoría del electrón ................................................................................ 6
or!as para o"tener la ener#ía el$ctrica. ........................................... %
&rincipales conceptos...........................................................................'
UNIDAD DOS. Fundamen!" de #a C!$$iene Di$eca.....................1%Ley de Co(lo!" ................................................................................. )*
Cond(ctores y aisladores. .................................................................. )3
l(+o de corriente...............................................................................),
(er-a electro!otri- E/0. ............................................................... )6
Resistencia el$ctrica .......................................................................... )1
Ley de oh! ........................................................................................ )'
Circ(itos en serie2 paralelo y serieparalelo.......................................*4
&otencia el$ctrica ............................................................................... 3*
UNIDAD TRES. Ma&nei"m! ' e#ec$!ma&nei"m!........................3(
I!anes. .............................................................................................. 3,
I!anes te!porales e i!anes per!anentes ....................................... 3,
Ca!pos !a#n$ticos. .......................................................................... 35
Electro!a#netis!o ............................................................................ 31
UNIDAD CUATRO. Ci$cui!" e#)c$ic!" de C!$$iene Di$eca ' C!$$ieneA#e$na.....................................................................................(%
Características de la corriente directa y de corriente alterna............,)
El #enerador ele!ental. ..................................................................... ,,
rec(encia .......................................................................................... ,%
alores !78i!os2 pico a pico2 !edio y e9ca- de (na onda senoidal . ,%
Ind(ctancia......................................................................................... 5*
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Reactancia ind(cti:a. ......................................................................... 51
Relaciones de ;ase en circ(itos ind(cti:os de CA...............................5%
E;ecto de la di;erencia de ;ase en la onda de potencia de CA...........64
Capacitancia...................................................................................... 6)Reactancia capaciti:a ....................................................................... 63
Relaciones de ;ase en circ(itos capaciti:os. ..................................... 6,
I!pedancia. ...................................................................................... 61
UNIDAD CINCO. *!encia ' +ac!$ de ,!encia..............................-1
5.) &otencia y ;actor de potencia............................................................5)
Ane!"....................................................................................................... 15
Bi/#i!&$a+0a................................................................................................%*
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OBJETIVO FINAL
Al término del curso, el participante conocerá los fundamentos de electricidad,
electromagnetismo y circuitos eléctricos de corriente directa y corriente alterna
para lograr un a mayor eficacia al desarrollar trabajos en la especialidad de
electricidad conforme a las necesidades de su centro de trabajo .
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INTRO!""ION.
#oy en d$a se puede decir %ue no &ay lugar en donde e'ista la tecnolog$a y no tengamos
necesidad de utili(ar la energ$a eléctrica. )a electricidad la re%uerimos en casi cual%uier
acti*idad %ue reali(amos desde la iluminaci+n y entretenimiento de nuestros &ogares
&asta en la industria y en las tecnolog$as más a*an(adas.
sta necesidad de utili(ar la energ$a eléctrica nos obliga a tener conocimiento sobre ella,
especialmente en esta empresa en la %ue nos dedicamos a la generaci+n, transmisi+n y
distribuci+n de energ$a eléctrica y a-n más al personal técnico %ue constantementenecesitamos de dic&a energ$a para poder reali(ar nuestro trabajo, inclusi*e en *oltajes
mayores a los %ue tenemos en una instalaci+n doméstica.
l a*ance tecnol+gico del pa$s y espec$ficamente en "omisi+n ederal de lectricidad, *a
acorde con la demanda de energ$a eléctrica re%uerida. /or lo %ue una de las
preocupaciones primordiales de "..., es la de capacitar al personal %ue labora paraeste fin.
l contenido de dic&o material es una recopilaci+n y aportaci+n de e'periencias
ad%uiridas en dic&a área, a la *e( %ue se &a tenido el apoyo de libros técnicos e
instructi*os de "...
l material %ue se presenta sobre /rincipios 0ásicos de lectricidad te ayudará a
contar con las bases suficientes para tener un mejor desempeo de las acti*idades %ue
reali(as d$a a d$a en tu área de trabajo.
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!NIA !NO.
ANT"NT2 #I2TORI"O2 3 /RIN"I/IO2 )A )"TRI"IA.
Antecedentes históricos.
)a palabra electricidad pro*iene del *ocablo griego electr+n ámbar. l ámbar es unaresina f+sil transparente de color amarillo, producido en tiempos muy remotos por árboles%ue actualmente son carb+n f+sil.
)os primeros fen+menos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de4ileto, %uien *i*i+ apro'imadamente en el ao 566 a.". l sealaba %ue al frotar el ámbar con una piel de gato pod$a atraer algunos cuerpos ligeros como pol*o, cabellos o paja.
l f$sico alemán Otto de 7ueric8e 9156:;15an 4ussc&enbroe8 915?:;1@51=descubri+ la condensaci+n eléctrica al utili(ar la llamada botella de )eyden la cual es uncondensador e'perimental constituido por una botella de *idrio %ue act-a como aislante odieléctrico. Tiene dos armaduras consistentes de un forro o re*estimiento metálico e'terior y un relleno de papel metálico interior prolongado eléctricamente &acia afuera a tra*és deuna *arilla metálica %ue atra*iesa un tap+n de corc&o. )a botella de )eyden se carga al
sujetar una de sus armaduras y aplicar la otra al conductor de una má%uina eléctrica. 2iuna de sus armaduras después se toca con un conductor, se produce una c&ispa %uedescargará parcialmente la botella.
l estadounidense 0enjam$n ran8lin 91@65;1@?6= obser*+ %ue cuando un conductor concarga negati*a terminaba en punta, los electrones se acumulan en esa regi+n y por repulsi+n abandonan dic&o e'tremo, fijándose sobre las moléculas de aire o sobre unconductor cercano con carga positi*a 9o carente de electrones=. e la misma manera, un
conductor cargado positi*amente atrae a los electrones por la punta. Arrancándolos de lasmoléculas de aire cercanas. stos fen+menos se producen debido al llamado poder depuntas.
0enjam$n ran8lin propuso aplicar las propiedades antes descritas en la protecci+n deedificios, mediante la construcci+n del pararrayos. !n pararrayos es una larga barrametálica terminada en punta %ue se coloca en la parte más alta de las construcciones y,por medio de un cable de cobre, se conecta a una planc&a metálica enterrada en el suelo
&-medo.
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"&arles "oulomb, cient$fico francés 91@5;1olta 91@BC;1
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"orrientes polifásicasD y el inglés Eosep& T&omson 91
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Teoría del electrón.
)os antiguos griegos obser*aron %ue cuando el ámbar se frotaba con una tela, atra$a
peda(os ligeros de material, como peda(os de papel. )os cient$ficos demostraron
posteriormente %ue esta propiedad de atracci+n ocurr$a en otros materiales como el &ule y
el *idrio, pero no suced$a con el cobre y el &ierro. )os materiales %ue ten$an esta
propiedad de atracci+n al frotarse con la tela, se dec$a estaban cargados con una fuer(a
eléctricaD además se obser*+ %ue algunos de estos materiales cargados eran atra$dos por
una barrita de *idrio cargado y %ue otros eran rec&a(ados. )o %ue en realidad se
obser*aba era un e'ceso o deficiencia de electrones en los materiales, dando lugar a lo
%ue se llama cargas eléctricas positi*as y negati*as.
Todos los efectos de la electricidad se producen debido a la e'istencia de una diminuta
part$cula llamada electr+n, puesto %ue nadie &a *isto un electr+n, sino -nicamente sus
efectos %ue produce, se llama teor$a electr+nica a las leyes %ue gobiernan su
comportamiento.
n un átomo el n-mero total de electrones cargados negati*amente %ue giran alrededor
del n-cleo es igual al n-mero de protones cargados positi*amente contenidos en el
n-cleoD además de los protones, el n-cleo contiene también part$culas eléctricamente
neutras llamadas neutrones.
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)a teor$a electr+nica no s+lo es la base para el diseo de todo el e%uipo eléctrico y
electr+nico, sino también e'plica la acci+n f$sico;%u$mica y ayuda a los cient$ficos a
sondear en la naturale(a $ntima del uni*erso y de la *ida misma.
Toda la materia está compuesta de átomos de distintos tamaos, grados de complejidad
estructural y pesos, pero todos ellos tienen la misma configuraci+n, es decir, un n-cleo
9protones y neutrones= y girando alrededor de éste los electrones, semejantes a un
sistema solar en miniatura. )os electrones y protones tienen una propiedad llamada carga
eléctrica.
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Formas para obtener la energía elctrica.
)a energ$a eléctrica la obtenemos por medio de la transformaci+n de otros tipos de
energ$a y e'isten distintas formas para obtener la energ$a eléctrica. )as diferentes formas
conocidas para electri(ar a los cuerpos son las siguientesF
/or magnetismo 9generadores=
Acci+n %u$mica 9bater$as=.
)u( 9solar, fotoceldas=.
/resi+n
ricci+n.
"alor
)a más utili(ada en la industria de la generaci+n de energ$a eléctrica es por medio del
magnetismo, %ue es el principio del funcionamiento de los generadores eléctricos, los
cuales se encuentran en la mayor$a de las centrales generadoras, ya sean
termoeléctricas, &idroeléctricas, e+licas, etc. Aun%ue también empie(a a tomar fuer(a por
ser una energ$a no contaminante la energ$a solar, %ue se obtiene por medio de la lu( a
tra*és de e%uipos llamados fotoceldas.
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!onceptos B"sicos de electricidad.
lectricidad. /ro*iene del griego ele8tron, %ue significa ámbar.
Intensidad eléctrica. 9"orriente= sta se presenta cuando e'iste flujo de electrones de
un átomo a otro. )a intensidad depende de la fuer(a 9*oltaje= %ue se apli%ue para
ocasionar este mo*imiento de electrones y de la facilidad de los materiales para ceder
estos electrones 9resistencia=.
>oltaje. 9También conocido como iferencia de /otencial=. s la fuer(a %ue es capa( de
producir un flujo eléctrico 9intensidad= al aplicarse a un circuito. 4edida en >olts.
Resistencia. s la oposici+n %ue presenta cual%uier material al paso de la corriente
eléctrica. 2e mide en O&ms.
/otencia. s la rapide( con %ue se reali(a un trabajo. 2e mide en Hatts o >olts; Amperes
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!NIA O2
!NA4NTO2 ".
Todos los átomos se encuentran unidos entre s$ por fuer(as poderosas de atracci+n entre
el n-cleo y sus electrones, sin embargo los electrones de las +rbitas e'teriores de un
átomo, son atra$dos &acia su n-cleo más débilmente %ue los electrones cuyas +rbitas
están más cerca del n-cleo.
)os electrones poseen una carga negati*a 9 ; = y los protones una carga positi*a 9=. !nátomo normal contiene el mismo n-mero de protones y de electrones, por lo %ue se
considera neutro. 2in embargo, un átomo puede ganar electrones y %uedar con una carga
negati*a y por el contrario, perder electrones y %uedar con una carga positi*a.
n algunos materiales, especialmente los metales, los electrones %ue giran en las +rbitas
e'teriores del átomo pueden ser despla(ados de sus +rbitas con relati*a facilidad y
reciben el nombre de electrones libres. "uando esto sucede, el átomo ad%uiere carga
positi*a puesto %ue &a perdido carga negati*a, dejando un estado de dese%uilibrio a fa*or
de las cargas positi*as 9protones=. As$ mismo la adici+n de un electr+n a un átomo en su
estado estable lo &ará %ue ad%uiera carga negati*a.
)os electrones %ue son e'pulsados fuera de sus +rbitas de alguna manera, producirán
escase( de electrones en el material %ue abandonan y un e'ceso de electrones en elmaterial %ue ocupanD al e'ceso de electrones se le llama carga negati*a y al déficit de
electrones se le llama carga positi*a. "uando estas cargas e'isten y están en reposo, se
tiene lo %ue se conoce como lectricidad stática.
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"uando dos materiales se frotan entre s$, algunas +rbitas electr+nicas de la superficie de
los materiales se entre cru(arán y un material puede ceder electrones al otro debido a
la fricci+n, si esto sucede, se generan cargas estáticas en los materiales, la carga podráser positi*a o negati*a dependiendo de cuál sea el material %ue cede electrones con
mayor facilidad.
"uando la *arilla es frotada con una piel o tela, ésta cede electrones a la *arilla, %uedando
ésta cargada negati*amente y la piel positi*amente, como se obser*a en el dibujo
siguienteF
"uando los materiales están cargados con electricidad estática, se comportan de una
manera distinta. Cargas con carga del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario
se atraen.
2i se ponen en contacto dos materiales con cargas opuestas, el e'ceso de electrones de
la carga negati*a pasará al material con deficiencia de ellos. A este traslado de electrones
desde una carga negati*a a una positi*a se le llama descarga y representa un flujo de
corriente.
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n resumen, la ley de coulomb enuncia lo siguienteF La fuerza eléctrica de atracción o
repulsión entre dos cargas puntuales, es directamente proporcional al producto de las
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa .
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Cond(ctoresAislantes.
!ond$ctores # aisladores.
n algunos casos los electrones de las +rbitas e'ternas %ue giran en torno al n-cleo con
más fáciles de despla(ar de sus +rbitas %ue en otros casos. sos átomos %ue fácilmente
desprenden un electr+n o permiten %ue un electr+n se una a ellos, constituyen los
materiales llamados conductoresD la mayor$a de los metales entran en esta categor$a.
ntre los conductores se cuentan la plata, cobre, &ierro, aluminio, lat+n, etc.
Algunos materiales tales como el &ule, *idrio, ba%uelita, etc., tienen una estructura
at+mica %ue impide grandemente el libre mo*imiento de los electrones de un átomo aotro, de a%u$ %ue reciban el nombre de aisladoresD estos materiales re%uieren de una gran
cantidad de energ$a para e'traer los electrones fuera de la +rbita del átomo.
)os aisladores son tan importantes como los conductores, por%ue sin ellos no es posible
mantener a los electrones fluyendo en las (onas en %ue deseamos y e*itarlos en donde
no se re%uieren.
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Fl$&o de corriente. )a corriente eléctrica es el mo*imiento de las cargas negati*as a
tra*és de un conductor.
"uando se conecta un conductor entre las terminales de una pila, se producirá en seguida
una fuer(a sobre todos los electrones libres del alambre, e'pulsando a algunos fuera de la
terminal positi*a de la pilaD al mismo tiempo la terminal negati*a de pila empujará más
electrones libres &acia la otra terminal del alambre. e esta manera se producirá un
mo*imiento continuo de electrones de la terminal con carga negati*a a la terminal positi*a,
a este mo*imiento de electrones libres a tra*és de un conductor es lo %ue se llama flujo
de corriente.
2i pasa una carga neta %P por una secci+n trans*ersal cual%uiera del conductor en un
tiempo tP, la corriente %ue se supone constante seráF
2i la rapide( del flujo de carga no es constante al transcurrir el tiempo, la corriente *ariará
con el tiempo y estará dada por.
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)a corriente iP es la misma para todas las secciones trans*ersales de un conductor, a-n
cuando el área de la secci+n trans*ersal pueda ser distinta en diferentes puntos.
A-n cuando en los metales los portadores de carga son los electrones, en los electrolitos
o en los conductores gaseosos los portadores de carga pueden ser también los iones
positi*os o negati*os o bien ambos.
2entido del flujo de corriente.;
2entido Real. e acuerdo con la teor$a electr+nica, el flujo de corriente *a siempre de la
carga negati*a 9;= &acia la carga positi*a 9=. e tal manera %ue si se conecta un
conductor entre las terminales de una pila, la corriente fluirá de la terminal 9;= &acia la
terminal 9=.
2entido con*encional. /ero antes de &aberse concebido la teor$a electr+nica ya se usaba
la electricidad y se pensaba %ue &ab$a un fluido eléctrico %ue se mo*$a de una carga 9=
&acia una carga 9;= dentro del conductorD a esta concepci+n del flujo de corriente se lellam+ flujo de corriente con*encional.
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'$er(a electromotri( )FE*+.
)a diferencia de potencial o *oltaje es la fuer(a %ue obliga a los electrones a circular a
tra*és de un conductor en un circuito electrico, por consiguiente, el flujo de electrones
será mayor cuanto mayor sea el *oltaje y *ice*ersa. sto es cierto siempre y cuando el
conductor sea del mismo material, el mismo calibre, la misma longitud y a la misma
temperatura.
)a unidad para la diferencia de potencial o *oltaje es el >olt. !n *olt es la diferencia de
potencial necesaria para obtener un joule de trabajo cuando &ay un flujo de carga de un
"oulomb.
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(n hecho
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=
=
R Resistencia del conductor.
Resisti*idad del material.
)
A
)ongitud del material.
2ecci+n trans*ersal
)as substancias %ue tienen resisti*idades grandes son malos conductores o buenos
aisladores y las substancias con resisti*idad pe%uea son buenos conductores y malos
aisladores, no e'iste ning-n aislador perfecto 9 K=, ni tampoco un conductor perfecto
9 6=.
)a temperatura también afecta el *alor de la resistencia de un conductor, cuanto más
caliente esté mayor resistencia ofrecerá al paso de la corriente, cuanto más frio esté,
menor resistencia ofrecerá al paso de la corriente.
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= olta+e.I = Corriente o intensidad el$ctrica. R= Resistencia.
Le# de ohm.
2e recordará %ue el flujo de corriente es producido por el *oltaje aplicado entre dos puntos
y está limitado por la resistencia entre esos mismos puntos.
2i el *oltaje %ue se aplica a una resistencia es mayor, entonces el flujo de corriente será
más grandeD similarmente si el *oltaje %ue se aplica es más bajo, entonces el flujo de
corriente será menor. 2i se aumenta la resistencia de la carga a la cual se le aplica un
*oltaje constante, el flujo de la corriente será menorD similarmente si se reduce la
resistencia, el flujo será mayor. )o anterior es *álido si la temperatura se mantieneconstante.
sta relaci+n entre el *oltaje 9 =, la corriente 9 I = y la resistencia 9 R =, fue estudiada por
el matemático alemán Eeorge 2imon O&m, estableciendo lo %ue se conoce como )ey de
O&m, esta ley establece %ue La corriente ( I ) que fluye en un circuito, es directamente
proporcional al voltae aplicado (! ) e inversamente proporciona l a la resistencia ( " )#.
sto %uiere decir lo siguienteF
)a intensidad de la corriente *aria en forma directamente proporcional a la
*ariaci+n del *oltaje.
)a intensidad de la corriente *aria en forma in*ersamente proporcional a la*ariaci+n de la resistencia.
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>E?TE DE CD.>E?TE DE CA.
C@?D>CT@R.
RESISTE?CIA.
CA&ACIT@R.I/&EDA?CIA.
B@BI?A.
*
!irc$itos en serie- circ$itos en paralelo # circ$itos serieparalelo.
) "IR"!ITO N 2RIF
Antes de empe(ar con el estudio de los circuitos eléctricos es con*eniente familiari(arnos
con la simbolog$a correspondiente. >e la siguiente imagen y trata de memori(ar los
principales s$mbolos utili(ados en los circuitos eléctricos.
n cual%uier circuito eléctrico está formado principalmente por tres elementos, una fuente
de *oltaje, un conductor y una carga o resistencia. /or lo tanto en un circuito eléctrico
e'isten los siguientes elementos fundamentalesF
>oltaje.
"orriente.
Resistencia.
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CIRC>IT@ E? SERIE.
:1
!n circuito serie es cuando dos o más resistencias están conectadas e'tremo con
e'tremo 9uno a continuaci+n del otro= de tal manera %ue se tenga un solo camino para
%ue fluya la corriente.
"ual%uier n-mero de lámparas o resistencias se pueden usar para formar circuitos en
serie, siempre y cuando estén conectados e'tremos con e'tremos a tra*és de las
terminales de una fuente y %ue solo presenten una sola trayectoria al flujo de la
corrienteD las caracter$sticas de los circuitos serie son las siguientesF
l *alor total de la resistencia del circuito es igual a la suma de todos los elementos %ue lo
forman.
)a corriente es la misma a tra*és de todo el circuito, es decir a tra*és de cada uno de suscomponentes.
It I1 I: I In
l *oltaje total aplicado al circuito es igual a la suma de las ca$das de coltje a tra*és de
cada uno de sus elementos.
Rt R1R:R...Rn
>t >1 >: > S >n
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/ara determinar el *oltaje presente en cada componente de un circuito, partiremos de
nuestro amigo O&m %ue en su ley nos dice %ue > I ' R.
Tomando como ejemplo un circuito con tres resistencias tendr$amos %ue el *oltaje total
del circuito es igual a la suma del *oltaje %ue se presenta en cada una de sus
resistencias, es decirF
>T
>1 >
: >
.
3 dado %ue estas resistencias se encuentran en serie, sabemos %ue la corriente %ue
circula por cada una de ellas es igual a la total, esto esF
IT I1 I: I
/or lo tantoF
>1IR1D >: IR:D > IR
3
>T IR1 IR: IR
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) "IR"!ITO N /ARA))OF
"uando un cierto n-mero de resistencias se conectan de tal forma %ue &aya más de una
trayectoria para %ue fluya la corriente, se dice %ue la cone'i+n es en paralelo.
2i dos resistencias conectadas terminal a terminal por medio de un alambre se conectan a
una fuente de *oltaje, todo el conjunto forman un circuito en paralelo
Las caracter$sticas de los circuitos son las siguientes%
l *oltaje a tra*és de cada una de las resistencias es siempre el mismo y es igual al
*oltaje total aplicado.
l &ec&o de %ue los *oltajes aplicados a cada elemento del circuito en paralelo sean
siempre los mismos, tienen una consecuencia práctica importanteD es decir todos los
elementos %ue se &an de conectar en paralelo deben tener la misma especificaci+n de
*oltaje para %ue funcionen adecuadamente.
)a corriente %ue fluye a tra*és de un circuito en paralelo, se di*ide y fluye por cada una de
las trayectorias en paralelo.
t 1 : ... n
It I1 I: I S In
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Nota. Obser*e en esta imagen como la corriente %ue sale de la pila se di*ide entre los dos
focos y como el *oltaje de las dos resistencias 9focos= es el mismo. )a suma de las dos
corrientes I1 I: es igual a la corriente total del circuito I t.
"uando se conectan resistencias de diferente *alor en paralelo, la oposici+n al flujo de
corriente no es la misma para cada rama del circuito, una resistencia de menor *alor
muestra menos oposici+n al flujo de la corriente, de modo %ue fluirá mayor corriente a
tra*és de la trayectoria de menor oposici+nD de a%u$ %ue por los resistores de menor *alor
de un circuito en paralelo siempre fluirá mayor corriente %ue por los resistores de mayor
*alor.
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/ara poder encontrar el *alor de la resistencia total de un n-mero cuales %uiera de
resistores conectados en paraleloD nos au'iliaremos con la ley de O&m y con la primera
ley de Mirc&&off, as$ como de la figura siguienteF
&rimera ley de 'ircoff. La suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un
nodo de un circuito es igual a la suma de todas las corrientes que salen de él.
e la primera ley de Mirc&&off, se sabe %ueF
9 1=
3 de la ley de o&m, se tiene %ueF
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It
I1 I: I
SS. 9 : =
R R R R
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2ustituyendo 9 : = en 9 1 =, se tieneF
SSSS..
R R R R
i*idiendo la ec. 9= entre P, tenemosF
1 N 1 I 1 I 1
R R R R
sta ecuaci+n se puede aplicar para un n-mero mayor de resistencias en paralelo, as$ se
tendráF
1 1 1 1 SSS. 1
R R R R R
jemplo, se tiene tres resistencias conectadas en paralelo con los *alores %ue se indican
en la figura, calcular el *alor de la resistencia efecti*a de la combinaci+n.
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/rocedimientoF /rimero se consideran R1 y R: y se calculará el *alor de la resistencia
e%ui*alente de esta combinaci+n, a la %ue le llamaremos Re.
1 N 1 I 1
R R R
1 R: R1
Re R1 ' R:
Re
N R1 ' R:
R1 R:
2ustituyendo sus *alores, se tieneF
66 ' :66
66 :66
R 566 1:6
C6
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A&ora se combina Re con R de la misma manera y el resultado será la resistencia total
del circuito completo.
Rt Ra ' R
Ra R
R N 1:6 ' 56
1:6 I 56
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Rt @:66 B6Q
1
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Ra = R3 R,
Ra = 6 , = )4
3
/rocedimientoF /rimero se dibuja el circuito con los resistores R y RB en serie
sumándose para formar una resistencia e%ui*alente Ra.
)uego se combina en paralelo Ra con R:, para obtener la resistencia e%ui*alente Rb.
Rb R ' R
Rb
R:
16
'
Ra
16
C
16
Rb 16
:6
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/otencia elctrica.
2iempre %ue una fuer(a de cual%uier clase produce mo*imiento, se dice %ue se reali(a un
trabajo. !na fuer(a %ue se aplica sin causar mo*imiento, dic&a fuer(a no efect-a trabajo
alguno.
3a se sabe %ue la diferencia de potencial entre dos puntos cuales%uiera de un circuito
eléctrico, produce un mo*imiento de electrones y un flujo de corriente. ste es un caso
e*idente de una fuer(a %ue produce mo*imiento y por tanto, %ue &ace %ue se realice un
trabajo. A la rapide( con %ue se reali(a el trabajo para mo*er los electrones de un punto aotro se llama /otencia léctricaP, se le representa con la letra /P, y la unidad es Hatt
9H=. l Gatt, se puede definir en la práctica como la rapide( con %ue se efect-a trabajando
en un circuito en el %ue fluye una corriente de un Ampere cuando el *oltaje aplicado es de
un *olt.
/ara los circuitos de ".. la potencia se puede determinar por la relaci+n siguienteF
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!NIA TR2
4A7NTI24O 3 )"TRO4A7NTI24O.
Imanes.
n la antigedad, los griegos descubrieron %ue cierta clase de /iedra %ue encontraron
cerca de la "iudad de 4agnesia 9Asia 4enor=, ten$a la propiedad de recoger limaduras o
tro(os de &ierro. sta piedra era en realidad un tipo de mineral de &ierro llamado
magnetita, cuyo poder de atracci+n se denomina magnetismo.
A los materiales %ue contienen mineral con esta propiedad de atracci+n se les llama
imanes naturales.
Al emplear imanes naturales, se descubri+ %ue un tro(o de &ierro ad%uir$a propiedades
magnéticas al &acer contacto con el imán natural, dando lugar a un imán artificial. )os
imanes artificiales también se pueden &acer mediante electricidad, y para los imanes más
potentes se pueden emplear otros metales aparte del &ierro. )os mejores imanes son los
%ue están &ec&os con aleaciones %ue contienen n$%uel y cobalto.
Imanes temporales e imanes permanentes.
l &ierro se imanta con mayor facilidad %ue otros materiales, pero también se desimanta
con facilidad, de manera %ue a los imanes de &ierro dulce se les conoce como imanes
temporales. )os imanes de aleaciones de acero conser*an su magnetismo por un lapso
mayor, a estos se les llama imanes permanentes.
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)os efectos magnéticos de un imán están concentrados en dos puntos, generalmente en
los e'tremos del imán estos puntos se llaman polos del imán, siendo uno polo Norte y el
otro polo 2ur.
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!ampos magnticos.
l campo magnético es el espacio donde se &acen sentir los efectos de un imán, y se
representa por l$neas de fuer(a in*isibles %ue salen del imán por un e'tremo y entran por
el otro. A estas l$neas in*isibles se les llama l$nea de fuer(a magnéticaD el n-mero de
l$neas de flujo por unidad de área se le llama densidad de flujoP, cuando la densidad de
flujo se mide en l$neas por cm :, se usa la unidad de densidad de flujo %ue es el gauss.
!na de las caracter$sticas de las l$neas de fuer(a magnética es %ue se rec&a(an entre s$ y
jamás se tocan ni se cru(an.
2i se acercan polos del mismo nombre de un imán, se rec&a(an, pero si se acercan polos
de diferente nombre se atraerán. )os polos magnéticos son muy parecidos a las cargas
estáticas en este aspecto. )as cargas o polos iguales se rec&a(an y cargas o polos
distintos se atraen.
)as l$neas de fuer(a magnética atra*iesan ciertos materiales con mayor facilidad %ue
otros, los materiales %ue no dejan pasar las l$neas de flujo con tanta facilidad o %ue
dificultan el paso de éstas, tienen una alta reluctancia. )os materiales %ue dejan pasar o
%ue no obstaculi(an el paso a las l$neas de flujo, se dicen %ue tienen una baja reluctancia.
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)as l$neas de fuer(a magnética siguen el camino %ue presenta menor reluctancia, as$ se
tiene %ue *iajan con mayor facilidad a tra*és del &ierro %ue en el aire debido a %ue el aire
tiene una reluctancia mayor %ue el &ierro, la concentraci+n del campo magnético se &acemayor en el &ierro por%ue en éste la reluctancia es menor.
n un tro(o de material solo se pueden concentrar cierto n-mero de l$neas magnéticas,
esta concentraci+n *ar$a de acuerdo al tipo de material, pero una *e( logrado el má'imo,
se dice %ue el material está saturadoD este fen+meno se apro*ec&a en distintas pie(as de
e%uipo eléctrico, pero es un efecto muy poco deseado en la mayor parte de e%uipo
eléctrico ya %ue limita la fuer(a de un determinado imán &ec&o de un material en
particular. ntonces para el e%uipo %ue re%uiere de campos magnéticos muy potentes, se
necesitará un material de muy alta saturaci+n magnética o se re%uerirá incrementar la
cantidad de &ierro u otro material magnético.
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.B lectromagnetismo.
"ual%uier conductor %ue transporta una corriente, produce un campo magnético en torno
al conductor y la direcci+n de este campo depende del sentido del flujo de corriente.
'iste una relaci+n bien definida entre el sentido del flujo de la corriente en un conductor y
el sentido del campo magnético %ue lo rodea, esta relaci+n se puede determinar aplicando
la regla de la mano i(%uierda.
n donde el dedo pulgar apunta &acia la direcci+n en %ue fluye la corriente en un
conductor recto, mientras %ue los demás dedos nos dicen en %ué direcci+n gira el campo
magnético en torno al conductor.
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"ampos magnéticos en torno a una bobina.;
2i se dobla un tramo de alambre formado una espira, las l$neas de fuer(a %ue rodean al
conductor, saldrán todas ellas por un costado de la espira y entrarán por el otro, de
manera %ue la espira %ue conduce corriente se comporta como un imán débil con su polo
norte y su polo sur. 2i se desea aumentar la potencia del campo magnético de la espira,
se puede arrollar el alambre *arias *eces o sea aumentar el n-mero de espiras formando
una bobinaD los campos indi*iduales de cada espira entran en serie, formando un potente
campo magnético dentro y fuera de la bobina.
n la figura siguiente podremos obser*ar c+mo se determina la polaridad del campo
magnético %ue se genera al energi(ar una bobina. Obser*e bien la e'plicaci+n y consulte
nue*amente la regla de la mano i(%uierda si lo cree necesario para comprender estailustraci+n.
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2eg-n el enrollamiento de una bobina
es como se determinan sus polos
norte y sur.
n este caso, obser*emos %ue la
corriente entra por el e'tremo i(%uierdo y
finali(a en el lado derec&o y %ue la
primera bobina empie(a para atrás y gira
&acia adelante, si lo pudiéramos colocar
nuestra mano i(%uierda y agarrar la
bobina con nuestro dedo pulgar en elsentido del giro de la bobina, estar$amos
indicando con nuestro dedo pulgar el
&acia el polo norte del campo magnético
%ue forma la bobina. n caso contrario, si la corriente entrara por el e'tremo
derec&o, el giro de la bobina ser$a en sentido contrario
por lo %ue al energi(ar la bobina tendr$amos al polo norte
por el e'tremo i(%uierdo.
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0NI1A1 !0AT,O.
"IR"!ITO2 )"TRI"O2 ".A. 3 "..
Antes de continuar con el siguiente tema es con*eniente reali(ar un repaso a lo antes
*isto y reali(ar *arios ejercicios &asta comprender la relaci+n entre los B parámetros
principales en los circuitos eléctricos. >oltaje, "orriente, Resistencia y /otencia.
l siguiente formulario será de gran apoyo, es con*eniente tenerlo a la mano al resol*er
los problemas o tareas %ue se te presenten.
VOLTAJE
CORRIE
NTE A AMPERS
RESISTE
NCIA
*OTENC
IA2WATTS
.& C
R0
&
6 D
R
& D
& D
I*
6* D
6
8 I
I*
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!aracterísticas de la corriente directa # la corriente alterna.
'isten *arias ra(ones para preferir el uso de la corriente alterna 9"A= sobre la corriente
directa 9"=, entre ellas se puede mencionar %ueF la transmisi+n de energ$a eléctrica es
más sencilla y más econ+mica con ".A. %ue con "..D el *oltaje de ".A. se puede
incrementar o reducir en forma fácil y sin pérdida apreciable de energ$a con el uso de
transformadores.
)a ele*aci+n y reducci+n de *oltaje de ".. , es dif$cil y relati*amente ineficiente, as$ %ue
el uso de transmisi+n de energ$a de ".. es limitado.
"omo se sabe la potencia 9/= transmitida por una l$nea es el producto del *oltaje 9= en la
terminaci+n de la l$nea y la corriente 9I= en la l$nea. /ara transmisi+n de potencia má'ima,
el *oltaje y la corriente deben ser tan grandes como sea posibleD la corriente 9I= se limita
por el calibre del alambre usado para construir la l$nea de transmisi+nD el *oltaje 9 = se
limita por el aislamiento de la l$nea. s más fácil y más econ+mico construir una l$nea conmuy buen aislamiento permitiendo el uso de un *oltaje muy alto %ue el construir una l$nea
con alambre capa( de conducir corrientes muy grandes.
&érdidas de energ$a en un conductor . "uando fluye corriente por un alambre, e'iste una
pérdida %ue es proporcional al cuadrado de la corriente 9/ I :R=, todo el alambre tiene
resistenciaD cual%uier reducci+n en la cantidad de flujo de corriente re%uerida para la
transmisi+n de potencia resulta en una reducci+n en la cantidad de potencia perdida en un
conductor 9o cable, por ejemplo las l$neas de transmisi+n=. "on el uso de *oltaje alto, se
re%uiere menor flujo de corriente para transmitir una cantidad de potencia espec$fica.
ntonces la transmisión de potencia en forma eficiente, demanda el uso de *oltajes muy
altosD y a la salida de una central generadora, se tiene %ue ele*ar para transmisi+n y
reducirse después para su uso. sto se consigue lo más econ+mico posible si la corriente
suministrada es ".A.
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"on el siguiente ejemplo, %uedará ilustrada la importancia del uso de alto *oltaje y baja
corriente en la transmisi+n de potenciaF
2i se tiene una fuente de 16 M> y fluyen 166 A por una l$nea de 16 Q, se tendrá una
potencia de 1 4HD también se puede obtener la misma potencia cuando el *oltaje se
incrementa a 166 M> y la corriente se reduce a 16 A.
)$nea de 16 M> )$nea de 166 M>
/ ' I / ' I
/ 16666 ' 166 / 166666 J 16
P = 1 Mw P = 1 MW
/URIA2.
/I:R
/I:R
/ 9166=: ' 16 / 916=: ' 16
P = 1 Watts. P = 1 Watts.
e donde se puede obser*ar %ue una l$nea de transmisi+n de 16 M> con una resistencia
de 16 Q, tiene 166 *eces más pérdidas %ue la misma l$nea cuando la tensi+n es de 166
M>.
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El 2enerador Elemental.
!l generador eléctrico es la mquina encargada de transformar la energ$a mecnica en
energ$a eléctrica. stá constituido por un ind$ctor elaborado a base de electroimanes o
imanes permanentes %ue producen un campo magnético y por un inducido %ue consta de
un n-cleo magnético de &ierro al cual se le enrolla alambre conductor.
!n generador elemental consiste de una espira de alambre colocada de tal manera %ue
pueda girar dentro de un campo magnético estacionario para producir una corriente
inducida en la espira. )os contactos desli(antes sir*en para conectar la espira a uncircuito e'terno.
"omo los lados de la espira al girar dentro del campo magnético cortan las l$neas de
fuer(a magnética, se genera una fuer(a electromotri( 9fem= inducida %ue &ace %ue fluya
una corriente a tra*és de los anillos desli(antes, escobillas, ampérmetro y la carga 9 R =.
)a fem inducida %ue se genera en la espira y por consiguiente la corriente %ue fluye,depende de la posici+n instantánea de la espira en relaci+n al campo magnético.
2uponiendo %ue la espira gira en sentido de las manecillas del reloj y %ue su posici+n
inicial esta en el punto A 9OV=. n la posici+n AP, la espira es perpendicular al campo
magnético y los conductores blanco y negro de la espira están mo*iéndose paralelamente
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"uando la espira gira de 1
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Frec$encia.
"uando más rápido sea le mo*imiento de rotaci+n de la espira dentro del campo
magnético, con mayor frecuencia se in*ierte la corriente. n corriente alterna el n-mero
de ciclos por segundo se denomina recuenciaPD y se e'presa en #ert(.
y
1
)a frecuencia comercial usada en nuestro pa$s es de 56 #(D frecuencias menores de 56
#(D frecuencias menores de 56 #( causar$an un parpadeoP cuando se use para
alumbrado. )a ra(+n de esto es %ue cada *e( %ue la corriente cambia de direcci+n,
disminuye a cero y por consiguiente en forma momentánea apaga la lámpara, sin
embargo a 56 #(, la lámpara se enciende y se apaga cada medio cicloD el ojo &umano no
puede reaccionar lo suficientemente rápido para detectar esto y as$ recibe la impresi+n de
%ue la lámpara está encendida en forma permanente.
Valores m"3imos- pico a pico- medio # e'ica( de $na onda senoidal%
'isten dos *alores má'imos o pico por cada ciclo completo de ".A., uno para el medio
ciclo positi*o y el otro para el medio ciclo negati*oD la diferencia entre el *alor pico positi*o
y el *alor pico negati*o se le llama *alor pico a pico de una onda senoidal. ste *alor es el
doble del *alor pico de la onda y algunas *eces se usa para mediciones de *oltaje de
".A., aun%ue por lo general las corrientes y *oltajes de ".A. se e'presan en *alor efecti*o
o efica( en *e( de *alor pico a pico.
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l *alor promedio 9medio= de un ciclo de la onda senoidal de ".A., es menor %ue el *alor
pico, por%ue todos los puntos sobre la forma de onda e'cepto uno son menores en *alor.
l *alor promedio para un medio ciclo de todas las ondas senoidales es 6.5@ + 5.@ W
del *alor má'imo. ste *alor se obtiene al promediar todos los *alores instantáneos de la
onda seno en un medio ciclo.
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>alor efica( o efecti*o de una onda senoidal.
La tensión o la potencia e9ca-2 se no!"ran !(chas :eces por las letras R/S.
2e sabe %ue cuando cual%uier tipo de corriente ".. o ".A. fluye a tra*és de una
resistencia, la energ$a eléctrica se con*ierte en calorD sin embargo la rapide( a la %ue se
con*ierte la energ$a y se usa la potencia será menor en el caso de ".A., esta corriente
*ar$a en forma continua entre *alores má'imo y cero y es menor %ue la ".. estable con
un *alor igual al *alor má'imo de la ".A.
Relacionando la ".. y la ".A. para determinar su eficiencia relati*a en con*ersi+n de
energ$a, un modo con*eniente de efectuar esto es comprar el efecto de calentamiento en
una resistencia de cierto *alor cuando fluya ".. y ".A. de *alor má'imo igual al *alor de
la ".. durante el mismo per$odo. ntonces el aumento de temperatura producido por la
".A. en la resistencia se compara con el aumento en temperatura producido por la ".. y de
esta relaci+n se puede calcular el *alor efecti*o.
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)os circuitos anteriores tienen una resistencia del mismo *alor. n el circuito de ".. una
corriente de 1 Amp. le*a la temperatura de la resistencia a C6V". n el circuito de ".A.
se tiene un *alor má'imo de corriente igual a 1 Amp.D la temperatura de la resistencia solose ele*a a :CV ". )a potencia usada para calentar una resistencia se calcula por / I:R.
/ara conocer la relaci+n %ue e'iste entre el *alor má'imo y el *alor efica( de una corriente
alterna tenemos la siguiente f+rmulaF
n donde.F
/or lo tantoF
y
)o mismo aplica para el *oltaje.
y
"uando se menciona una corriente o *oltaje alternos, siempre es el *alor efica( el %ue se
especifica, a menos %ue e'ista una aclaraci+n definida de lo contrario. Todos los
instrumentos de medici+n, a menos %ue se indi%ue lo contrario miden *alores eficaces
9rms= de la corriente y *oltaje.
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Ind$ctancia ) L +.
Inductancia es la propiedad %ue tiene un circuito de generar una fem de autoinducci+n, la
cual se opone a las *ariaciones de la corrienteD esta fem de autoinducci+n de oposici+n se
llama también contra;electromotri( 9fcem=.
2e sabe %ue cuando fluye corriente por un circuito se forma campo magnético, este
campo es proporcional al flujo de la corriente. "uando la intensidad de la corriente
aumenta o disminuya, la fuer(a del campo magnético aumenta o disminuye en el mismo
sentido. A medida %ue la intensidad de campo aumenta, las l$neas de fuer(a aumentan enn-mero y se e'panden &acia afuera del "entro del "onductor, y cuando la intensidad de
campo decrece, las l$neas de fuer(a se contraen &acia el centro del conductor.
sta e'pansi+n y contracci+n del campo magnético a medida %ue la corriente *ar$a, causa
una fem de autoinducci+n la cual se opone a cual%uier cambio de corriente.
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2iempre %ue circula una corriente por una bobina, induce un campo magnético %ue
atra*iesa o corta las espiras adyacentes de dic&a bobina. "uando la corriente cambia de
*alor, el campo inducido se modifica y el efecto de esta *ariaci+n de campo al atra*esar las espiras adyacentes de la bobina, se opone a la *ariaci+n de la corriente.
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n un circuito inducti*o cuando se incrementa la corriente el circuito almacena energ$a en
el campo magnético y cuando decrece la corriente, el circuito cede la energ$a del campo
magnéticoD este fen+meno es lo %ue &ace %ue la inductancia se oponga a los cambios decorriente.
)a unidad de medida para la inductancia es el #enryP y se simboli(a con #P, usándose
los sub;m-ltiplos mili&enry y micro&enry para *alores inferiores del #enry.
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!n circuito tiene una inductancia de 1 #enry cuando la fcem inducida en él es de 1 >olt y
cuando la corriente está cambiando con una rapide( de 1 AXseg.
l signo 9 ; = indica %ue la fcem está en direcci+n opuesta al *oltaje aplicado.
A"TOR2 L! A"TAN )A IN!"TAN"IAF
"ual%uier factor %ue afecte la intensidad de campo magnético también afecta la
inductancia del circuito. /or ejemplo un n-cleo de &ierro insertado en una bobina aumenta
la inductancia por%ue proporciona un mejor camino a las l$neas de fuer(a magnética %ueel aireD por consiguiente más l$neas de fuer(a magnética están presentes, las cuales se
pueden e'pandir o contraer cuando e'ista un cambio en la corriente.
)a inductancia puede medirse solo con instrumentos especiales de laboratorio y depende
completamente de la construcci+n f$sica del circuito. Algunos de los factores más
importantes al determinar la magnitud de la inductancia son los siguientesF
a) *+mero de vueltas de la oina.
) spaciamiento entre las *ueltas.
c) iámetro de la bobina.
d) "alibre del alambre.
e) orma de la bobina.
f) N-mero de capas de arrollamiento.
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g) Tipo de arrollamiento
) 4aterial del n-cleo.
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También la frecuencia afecta la inductancia, si la frecuencia es baja, la intensidad tendrá
tiempo para alcan(ar mayor *alor antes %ue se in*ierta el sentido, %ue si la frecuencia es
alta. /or lo tanto a mayor frecuencia menor intensidad &abrá en un circuito inducti*o.
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,eactancia ind$cti4a.
/or lo general, todos los circuitos de corriente alterna constan de resistencia 9R=,
inductancia 9)= y capacitancia 9"=.
"uando los *alores de la inductancia y capacitancia son muy pe%ueos y se consideran
despreciables, puede aplicarse la ley de o&m para calcular la intensidad en cual%uier
parte de un circuito pero cuando ) y " son de un *alor considerable, éstos producen
diferencias de fase o retardos entre la corriente y el *oltaje.
RA"TAN"IA IN!"TI>A
)a reactancia inducti*a es la oposici+n al flujo de la corriente ofrecida por la
inductancia de un circuito. "omo se sabe la inductancia solo afecta el flujo de la corriente
mientras ésta esté cambiando por%ue el cambio de corriente genera una fem inducida.
/ara la ", el efecto de inductancia solo se presenta cuando la corriente se conecta o
desconectaD en cambio para la "A como se encuentra *ariando continuamente, se genera
una fem inducida constante.
)a reactancia inducti*a , %ueda determinada porF
ondeF
Reactancia inducti*a, e'presada en
f
)
recuencia, e'presada en #ert(.
Inductancia, e'presada en #enrys.
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,elaciones de 'ase en circ$itos ind$cti4os de !orriente Alterna.
n un circuito de "A %ue contiene solamente resistencia pura, la corriente *ar$a
e'actamente al mismo tiempo como lo &ace el *oltaje y las dos ondas están en fase.
"on un circuito puramente inducti*o 9 sin resistencia = alimentando con "A, la corriente no
empe(ará a fluir en la misma direcci+n %ue el *oltaje &asta %ue alcance su *alor má'imo yluego la onda de corriente se ele*a mientras el *oltaje decrece. n el instante %ue el
*oltaje alcan(a el cero, la corriente es má'ima y empie(a a decrecer &acia ceroD sin
embargo es má'ima y empie(a a decrecer &acia ceroD sin embargo el campo
colapsándose retrasa la disminuci+n de corriente, &asta %ue el *oltaje alcan(a su *alor
má'imo un cuarto de ciclo antes %ue la onda de corriente en cada medio ciclo. n un
circuito puramente inducti*o, la onda de *oltaje adelanta a la corriente ?6V o la onda de
corriente *a atrás de la onda de *oltaje ?6V.
NotaF Obser*e como cuando el *oltaje se encuentra en cero, el *alor de la corriente está
en su *alor má'imo. "uando sucede esto se dice %ue el *oltaje esta adelantado a la
corriente.
8/19/2019 Manual Eléctricidad Básica a Distancia
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/ara un circuito formado por reactancia inducti*a 9J)= y resistencia 9R=, la onda de
corriente de "A estará atrasada de la onda de *oltaje por una cantidad entre 6 y ?6V,
dependiendo de la relaci+n de la resistencia a la inductancia del circuito, entre mayor sea
el *alor de la resistencia comprada con la inductancia, más pr+'imas estarán las ondas a
la condici+n de fase, entre más baja sea la resistencia comparada con la inductancia
mayor será el desfasamiento entre las dos ondas.
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E'ecto de la di'erencia de 'ase en la onda de potencia de corriente alterna.
"omo se sabe una inductancia utili(a energ$a para crear un campo magnético y éste
retorna la energ$a &acia la l$nea cuando se colapsa.
/ara determinar la onda de potencia en un circuito puramente inducti*o, todos los *alores
instantáneos de *oltaje y corriente se multiplican entre si para obtener los *alores
instantáneos de potencia, después estos *alores se grafican, al calcular *alores
instantáneos de potencia cuando el *oltaje y la corriente no están en fase, algunos de los
*alores son negati*os, si la diferencia de fase es ?6V como en el caso de un circuitopuramente inducti*o, la mitad de los *alores instantáneos de potencia son positi*os y la
mitad son negati*os.
)a porci+n de la onda de potencia la cual está sobre el eje de cero, se llama
potencia positi*a y a%uella %ue está abajo del eje se llama potencia negati*a. )a
potencia positi*a representa la potencia suministrada al circuito por la fuente,
mientras %ue la potencia negati*a representa la potencia %ue el circuito regresa a la
fuente de potencia.
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!apacitancia ) ! +.
"apacitorF !n capacitor, también llamado condensador eléctricoP, está formado por dos
superficies conductoras separadas por un material dieléctrico. O bien son dos
conductores separados por un aislamiento.
La capacitancia es la propiedad que un circuito tiene para almacenar carga eléctrica, la
cual se opone a las variaciones del voltae. )a capacitancia e'iste en un circuito por%ue
ciertas partes del mismo son capaces de almacenar cargas eléctricas.
/ara comprender como afecta la capacitancia al *oltaje de un circuito, sup+ngase un
circuito %ue contiene un capacitador de dos placasD suponiendo %ue las placas están
descargadas y el interruptor abierto, no &abrá paso de corriente y el *oltaje en las placas
será nulo.
Al cerrar el interruptor, la fuente suministrará electrones a la placa conectada a la terminal
negati*a de la fuente y retirará electrones de la placa conectada a terminal positi*a. l
*oltaje entre ambas placas se igualará al *oltaje de la fuente, sin embargo esto no sucede
instantáneamente por%ue para %ue el *oltaje de las placas se iguale con el de la fuente,
una de ellas debe tomar un e'ceso de electrones para ad%uirir carga negati*a, mientras
%ue la otra debe ceder electrones se dirigen a la placa conectada a la terminal negati*a de
la fuente, se *a formando en la placa una carga negati*a %ue se opone a la llegada de
nue*os electronesD del mismo modo a medida %ue los electrones son e'tra$dos de la
placa conectada a terminal positi*a, se *a formando una carga positi*a %ue se opone a la
e'tracci+n de más electrones de esa placa. sta acci+n en ambas placas se denomina
"apacitanciaP.
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,eactancia capaciti4a .
)a reactancia capaciti*a .
s la propiedad de un capacitor para reducir la corriente en un circuito de corriente
alterna.
s la oposici+n %ue la capacitancia de un circuito ofrece al flujo de la corriente.
)a capacitancia solo afecta al flujo de la corriente mientras e'ista *ariaci+n del *oltaje ya
%ue esta &ace %ue se almacene carga eléctrica en el circuito.
ebido a %ue el *oltaje de ", suele *ariar solo cuando se abre o cierra el circuito, la
capacitancia solo afecta en esos momentosD en cambio en los circuitos de "A, el *oltaje
está *ariando constantemente, de modo %ue el efecto de la capacitancia es constante en
ellos.
"omo no e'iste el flujo continuo de corriente directa en un circuito capaciti*o, lareactancia capaciti*a se considera infinita para la ".
)a ".A. *ar$a continuamente en *alor y polaridad, por consiguiente el capacitor se está
cargando y descargando en forma continua, resultando un flujo continuo de corriente en el
circuito y por tanto la reactancia capaciti*a se considera finita.
"omo las corrientes para cargar y descargar son más altas al comien(o de la carga y
descarga de un capacitor, la corriente promedio será mayor a medida %ue la *elocidad de
carga y descarga se *uel*a más alta. e este &ec&o puede *erse %ue la magnitud del flujo
de corriente en un circuito de "A, depende de la frecuencia para un *alor espec$fico de
capacitancia.
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ntre mayor sea la frecuencia, mayor es el flujo de corriente por%ue la corriente de carga
en cada direcci+n, se in*ertirá antes %ue tenga tiempo para disminuirD si el *oltaje de "A
de la fuente es de frecuencia baja, la corriente caerá en un *alor más bajo antes de %uese in*ierta la polaridad, resultando un flujo de corriente de *alor promedio más bajo.
)a reactancia capaciti*a %ueda determinada de la siguiente maneraF
onde,
Reactancia capaciti*a e'presada en o&ms.
recuencia en #ert(.
"apacitancia en farads.
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,elaciones de 'ase en circ$itos capaciti4os.
n un circuito puramente capaciti*o 9 2in resistencia=, el *oltaje a tra*és del capacitor
e'iste -nicamente después de %ue fluye la corriente para cargar las placas. n el
momento %ue empie(a a cargarse el capacitor, el *oltaje a tra*és de sus placas es cero y
el flujo de corriente es má'imo. A medida %ue se carga el capacitor el flujo de corriente
disminuye &acia cero mientras %ue se ele*a el *oltaje a su *alor má'imo. "uando el
capacitor alcan(a su carga plena, la corriente es cero y el *oltaje es má'imo. urante la
descarga, la corriente empie(a en cero y se ele*a a un má'imo en la direcci+n opuesta,
mientras el *oltaje disminuye del má'imo a cero.
Al comparar las ondas de *oltaje y corriente, se puede obser*ar %ue la onda de corriente
adelanta a la onda de *oltaje en ?6V.
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)a resistencia afecta a los circuitos capaciti*os de la misma manera como a los circuitos
inducti*os. /ara un circuito puramente capaciti*o la corriente adelanta el *oltaje en ?6V,
pero con resistencia y capacitancia en un circuito, la cantidad de adelanto decrecedependiendo de la relaci+n entre la reactancia capaciti*a 9Jc= y la resistencia 9 R =.
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Impedancia.
#asta a%u$ se &a *isto como la resistencia 9R=, inductancia 9)= y capacitancia 9"= afectan
indi*idualmente al flujo de corriente, ángulo de fase y potencia en circuitos de "AD sin
embargo no se &a considerado los circuitos de "A con dos o más de estos elementosD
como se sabe cada circuito eléctrico contiene una cierta cantidad de R,) y ", por
consiguiente, los circuitos de "A pueden contener tres factores %ue se oponen al flujo de
corrienteF R, J) y Jc, estos factores pueden combinarse de maneras especiales para
determinar la oposici+n total al flujo de la corriente y se le llama ImpedanciaP y se
representa por (P.
a= Impedancia de circuitos R y ) en serie.;
)a impedancia de un circuito en serie formado solo por resistencia e inductancia se
determina con la suma *ectorial de la resistencia y la reactancia inducti*a.
2i se conocen los *alores de resistencia e inductancia, se puede determinar la
impedancia. /or ejemploF
2i R 1
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.. . 5 :B Q
Y :B Q
l ángulo 9 Z = entre el *ector resistencia 9 R = e impedancia 9 Y = es el ángulo de fase del
circuito, éste es el ángulo entre la corriente y el *oltaje del circuito y representa un atraso
en la corriente dado %ue el circuito es inducti*o.
b= Impedancia de circuitos R y " en serie.;
2i un circuito de "A en serie consiste de resistencia y capacitancia, la oposici+n total al
flujo de corriente o sea la impedancia 9 ( = se debe a dos factoresF resistencia y reactancia
capaciti*a.
)a impedancia 9Y= de un circuito en serie formado por R y ", se obtienen de la misma
manera %ue la impedancia R y ) en serie, solo %ue el *ector de la reactancia capaciti*a se
tra(a &acia abajo dado %ue los efectos son e'actamente opuestos, es decir %ue en un
circuito capaciti*o, la corriente se adelanta al *oltaje.
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= '4F
= '4F
Impedancia en circuitos ) y " en serie.;
n los circuitos de "A en serie constituidos solo por inductancia y capacitancia, la
oposici+n al flujo de corriente o sea la impedancia, se debe -nicamente a la reactancia
inducti*a y la reactancia capaciti*a. "omo ésta reactancias act-an en sentidos opuestos,
el efecto total de las dos es igual a la diferencia entre ellas . /ara estos circuitos se puede
obtener YP, sustrayendo el *alor más pe%ueo del mayor. ntonces el circuito actuará
como una reactancia inducti*a o capaciti*a dependiendo de cuál sea mayor.
J)
Y Jc ; J)
l ángulo de fase Z ?6V, la corriente Adelantada, el circuito act-a
como capaciti*o.
Jc
J) Y J) ; J"
l ángulo de fase Z ?6V, la corriente Atrasada, el circuito act-a como inducti*o.
Jc
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!NIA "IN"O.
/OTN"IA 3 A"TOR /OTN"IA.
Retomando la definici+n, en donde encontramos %ue potencia es la rapide( con %ue se
reali(a un trabajo y recordando %ue la potencia es el producto del *oltaje por la corriente
*eremos %ue en un circuito de corriente alterna la potencia aparente se conforma de dos
componentes una %ue se grafica en el eje de las J correspondiente a la potencia real y la
otra %ue se encuentra sobre el eje de las 3 %ue corresponde a la potencia reacti*a. /ara
facilitar la comprensi+n de esta situaci+n *eremos el triangulo de la potencia.
n los circuitos eléctricos con "A, se tienen tres tipos de potenciasF
a= / /otencia Real 9H Gatts=
b= 2 /otencia Aparente 9>A *olts;amper =
c= /otencia Reacti*a 9>AR[s *olts;amper reacti*os=
n un circuito de "A, del tipo inducti*o se encuentra %ue la potencia medida por un
Gáttmetro es siempre menor %ue el producto de *olts por amperes 9como en "=. )a
potencia medida por el Gáttmetro recibe el nombre de potencia real 9/ R=, en tanto %ue el
producto de > ' I, es la potencia aparenteD la relaci+n entre la potencia real y la potencia
aparente recibe el nombre de factor de potencia y es igual al "os 6 . l / es un n-mero
%ue indica el grado de apro*ec&amiento de la potencia por la carga.
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S
&
TRIANULO DE *OTENCIA&*G* 0
& = S cosG G = S sen
cos&
= ;.p. = S
el triángulo de potencia se puede *er %ueF
/otencia Real /otencia Aparente ' actor de /otencia.
S
n las redes eléctricas de "A, se distinguen dos tipos de cargasF cargas resisti*as y
cargas reacti*as. )as cargas resisti*as toman corrientes %ue se encuentran en fase con el
*oltaje aplicado, debido a esta circunstancia, la energ$a eléctrica %ue consumen se
transforma $ntegramente en trabajo mecánico, el calor o cual%uier otra forma de energ$aD
este tipo de corrientes se conoce como corrientes acti*as.
)as cargas reacti*as puras toman corrientes %ue se encuentran desfasadas ?6V con
respecto al *oltaje aplicado y por consiguiente, la energ$a eléctrica %ue llega a las mismas
no se consume en ellas sino %ue se almacena en forma de un campo eléctrico +
magnético durante un corto per$odo 9un cuarto de ciclo= y se de*uel*e a la red en un
tiempo idéntico al %ue tard+ en almacenarse, este proceso se repite peri+dicamente
siguiendo las oscilaciones del *oltaje aplicado. )as corrientes de este tipo se llaman
corrientes reacti*as.
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I HA
!na carga real siempre puede considerarse como dispuesta en paralelo con otra parte
reacti*a ideal, en cargas formadas por lámparas incandescentes y aparatos de
calefacci+n, la parte de carga reacti*a se considera nula y son cargas eminentementeresisti*as y por consiguiente, las corrientes %ue toman son prácticamente corrientes
acti*as. 2in embargo en las cargas representadas por l$neas de transmisi+n,
transformadores, lámparas fluorescentes, motores eléctricos, etc., la parte reacti*a de la
carga suele ser de *alor comparable a la de la parte puramente resisti*a. n estos casos
además de la corriente acti*a necesaria para producir el trabajo, el calor, + la funci+n
deseada, la carga también toma una parte adicional de corriente reacti*a, comparable a la
magnitud de la corriente acti*a. sta corriente reacti*a es indispensable para energi(ar loscircuitos magnéticos de los circuitos mencionados, representa una carga adicional de
corriente para el cableado de las instalaciones eléctricas, transformadores de potencia,
l$neas de transmisi+n e incluso generadores.
> MH
MH
M>I A
I) M>AR M>A M>I
M>AR M>I)
n la figura anterior puede *erse claramente %ue cuando mayor sea la corriente reacti*a
I), mayor será el ángulo O y por consiguiente más bajo el factor de potencia, es decir,
%ue un bajo factor de potencia en una instalaci+n industrial, implica un consumo alto de
corrientes reacti*as y por lo tanto un riesgo de incurrir en pérdidas e'cesi*as y
sobrecargas en los e%uipos eléctricos y l$neas de transmisi+n y distribuci+n, esto puede
traducirse en la necesidad de cables de energ$a de mayor calibre y por consiguiente más
caros e incluso en la necesidad de in*ertir en nue*os e%uipos de generaci+n y
transformaci+n si la potencia demandada llega a sobrepasar la capacidad de los e%uipos
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ya e'istentes. n los circuitos alimentados con "A, el *alor del factor de potencia depende
del tipo de carga del circuito.
"uando la carga es resisti*a el / 9 166 W =
"uando la carga es inducti*a el / 1.
"uando la carga es una combinaci+n de resistencia con inducti*a, el / 1.
)a mayor$a de los usuarios %ue consumimos energ$a eléctrica de un sistema eléctrico
representamos una combinaci+n de cargas resisti*as con inducti*as, por lo cual el /
será siempre menor a la unidad, lo %ue significa pérdidas para la empresa generadora
9"...=, ya %ue no toda la potencia aparente en*iada se mide y por lo mismo no toda se
cobra. )a 2ecretar$a de Industria y "omercio sabiendo esta situaci+n, &a fijado el *alor
m$nimo de / %ue es de
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so"recar#a e8istente. En caso de
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tensión y desp($s por el lado de "a+a tensión. Si el pro"le!a persistey :(el:e a caer la c(chilla si#ni9ca
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Consecuencias de un corto circuito. Al tener (n alto a!pera+e2 sepresenta (n incre!ento de te!perat(ra en el cond(ctor y estenor!al!ente reperc(te de esta !anera
o DaOo en el ca"leado ca"le
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o En #eneral2 (n corto circ(ito no aislado a tie!po p(edeocasionar (n daOo a c(al
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Si la ;alla persiste y al resta"lecer ca!"io de ;(si"le oresta"leci!iento de al#Kn interr(ptor0 :(el:e a a"rirse el circ(ito y sedetectó (n a!pera+e por arri"a de lo ad!itido2 entonces ?@ QANG>E @LER A E?ERPIMAR QASTA E?C@?TRAR N
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ELI/I?AR LA ALLA. A
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A?E@ *
Co!o deter!inar el cali"re del ca"le a (tili-arJ
Los ca"les (tili-ados co!o cond(ctores tienen ciertas características2en ;(nción de s(s di;erentes tipos de (tili-ación. Las características de
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La !anera !7s sencilla
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depende de la potencia
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