Modelo matemático

En circuitos los dispositivos físicos se representan o modelan matemáticamente, y se usa este modelo para referirse al dispositivo.

De ahora en adelante, cuando hablemos de un elemento de circuito estaremos hablando de su modelo matemático.

La elección de un modelo matemático particular de un dispositivo físico se basa en datos experimentales y/o en la experiencia.

Elemento general vs elemento simple

Un elemento general de circuito puede componerse de más de un elemento simple de circuito, pero un elemento simple de circuito no puede ser subdividido en más elementos.

Clasificación de los elementos simples

Se clasifican de acuerdo a la forma en que se relaciona la corriente que circula a través de ellos, con el voltaje entre sus terminales.

Fuentes

Fuentes independientes

Son fuentes que no dependen de un voltaje o de una corriente.

Se representan por:

Fuente de tensión independiente

Es una fuente de voltaje independiente completamente de la corriente que pasa a través de esta. La s es por source que significa fuente en inglés.

Fuente de corriente independiente

Es una fuente de corriente independiente completamente de la tensión entre sus terminales.

Ejemplo 1

Si Vs = 50t² voltios, calcular el voltaje en t=2 segundos.

En t= 2 segundos se tiene la seguridad de que el voltaje valdrá:

INDEPENDIENTEMENTE de la corriente que haya fluido, esté fluyendo o vaya a fluir.

En general, se espera que una fuente entregue potencia a la red, y no que consuma.

Por convención y solo cuando se trate de fuentes, se preferirá dirigir la flecha de corriente entrando por el terminal negativo de la fuente, para indicar que la fuente está ENTREGANDO, SUMINISTRANDO, GENERANDO potencia, aunque puede elegirse cualquier dirección.

Fuentes ideales

En teoría puede obtenerse una potencia infinita de una fuente ideal ya sea de voltaje o de corriente. La fuente ideal podría entregar una cantidad infinita de energía.

Fuente ideal de voltaje

Una fuente ideal de voltaje produce el mismo voltaje finito para cualquier corriente que fluya a través de ella, sin importar lo grande que sea esta corriente.

Una fuente de voltaje independiente es una fuente ideal de voltaje que representa una aproximación aceptable de una fuente práctica de voltaje, y no representa con exactitud ningún dispositivo físico real.

Una batería de automóvil tiene un voltaje de 12 voltios, que permanecen casi constantes mientras las corriente no exceda unos pocos amperios, digamos 10 amperios. Después de los 10 amperios, el voltaje comienza a caer por debajo de los 12 voltios.

Esta corriente puede fluir en cualquier dirección.

Si la corriente es positiva y entra por la terminal positiva de la fuente, entonces la potencia es positiva y la fuente está consumiendo energía. Es decir se está cargando a través de un cargador de batería.

Satisface la convención pasiva

Si la corriente es positiva y entra por la terminal negativa de la fuente, entonces la potencia es negativa y la fuente está generando o suministrando energía a las luces del auto. Es decir se está descargando.

No satisface la convención pasiva

Un contacto o tomacorriente doméstico también se aproxima a una fuente independiente de voltaje que suministra un voltaje dado por:

Válida para corrientes menores que 20 Amperios. Para corrientes superiores el voltaje comienza a decaer.

Fuente ideal de corriente

Una fuente ideal de corriente produce la misma corriente finita para cualquier voltaje entre sus terminales, sin importar lo grande que sea este voltaje.

Una fuente de corriente independiente es una fuente ideal de corriente que representa una aproximación aceptable de una fuente práctica de corriente y no representa con exactitud ningún dispositivo físico real.

Fuentes de DC o CC

A una fuente independiente de voltaje que tiene un voltaje CONSTANTE entre sus terminales, se le llama fuente independiente de voltaje de corriente directa o continua, y se representa por:

A una fuente independiente de corriente a través de la cual fluye una corriente CONSTANTE, se le llama fuente independiente de corriente de corriente directa o continua, y se representa por:

Fuentes dependientes o controladas

Su valor está determinado por un voltaje o corriente presente en cualquier otro lugar del circuito.

Fuentes como estas aparecerán en los modelos eléctricos equivalentes de transistores, amplificadores operacionales y circuitos integrados.

Elementos activos

Son elementos que tienen la capacidad de entregar potencia a algún dispositivo externo.

Elementos pasivos

Son elementos que solo son capaces de recibir potencia. Se verá más adelante que algunos elementos pasivos pueden almacenar cantidades finitas de energía y luego devolverla a un circuito externo.

Ejemplos de elementos pasivos: resistor, inductor, capacitor, inductancia mutua.

Red

Es la interconexión de dos o más elementos simples de circuito.

Circuito eléctrico

Es una red que tiene por lo menos una trayectoria cerrada.

Todo circuito es una red, pues cuenta con dos o más elementos simples de circuito interconectados.

Toda red no es un circuito, pues no tiene por lo menos una trayectoria cerrada.

Red activa

Red que contiene por lo menos un elemento activo, como una fuente.

Red pasiva

Red que no contiene ningún elemento activo.

Los elementos pasivos pueden combinarse en redes y circuitos que representan dispositivos reales como el transistor, el amplificador, etc.

El transistor

Modelo A: apropiado para representar un transistor si solo se necesita conocer su comportamiento a frecuencias que no sean ni extremadamente altas ni extremadamente bajas.

Modelo B: apropiado para aplicaciones de alta frecuencia.

Videos recomendados

1. Potencia eléctrica (chequeos en un vehículo).

http://www.youtube.com/watch?v=dVfISm3K54Y&feature=related

2. Potencia eléctrica. Rueda de la Ley de Ohm.

http://www.youtube.com/watch?v=ze0rloPb-UU&feature=related

Lecturas recomendadas

1. Comprobación del estado de la batería

Valido para batería en reposo (sin carga o descarga) o con consumos pequeños (Máximo 5% de la capacidad de la batería).

Ver más en: http://www.elektron.org/bateria.pdf

2. Sony crea baterías que funcionan con azúcar

Lectura: El fabricante tecnológico japonés Sony desarrolló un prototipo de baterías ecológicas alimentadas por azúcar, que pueden generar suficiente electricidad como para hacer funcionar un reproductor de música o un par de altavoces, aseguró la compañía. Ver más en:

http://www.lanacion.com.ar/937535-sony-crea-baterias-que-funcionan-con-azucar

Video:

http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press/200708/07-074/index.html