Conceptos Fundamentales y Teoremas Clave de Circuitos Eléctricos
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Conceptos Fundamentales de Circuitos Eléctricos
Un circuito eléctrico se define como un conjunto de elementos conductores interconectados que forman un recorrido cerrado. A través de este recorrido circula una corriente eléctrica.
Una red eléctrica, en cambio, es un conjunto más complejo. Incluye conductores, resistencias, fuerzas electromotrices (FEM) y contraelectromotrices. Estos elementos están unidos de forma arbitraria, permitiendo la circulación de corrientes de distintas o iguales intensidades.
Componentes Clave de una Red Eléctrica
- Nodo: Punto de la red donde concurren dos o más conductores.
- Rama: Parte de la red comprendida entre dos nodos consecutivos, recorrida por la misma intensidad de corriente.
- Malla: Circuito conductor cerrado que se obtiene partiendo de un nodo y volviendo a él, sin pasar dos veces por la misma rama.
Leyes de Kirchhoff
Las leyes de Kirchhoff son fundamentales para el análisis de circuitos.
Primera Ley de Kirchhoff (Ley de Corrientes de Kirchhoff - LCK)
La suma algebraica de las intensidades de corriente que concurren en un nodo es igual a cero.
Segunda Ley de Kirchhoff (Ley de Tensiones de Kirchhoff - LTK)
La suma algebraica de las caídas de potencial a lo largo de una malla es igual a la suma algebraica de las fuerzas electromotrices y contraelectromotrices que se encuentran en ella.
Teorema de Superposición
El teorema de superposición se aplica a redes con múltiples generadores. Establece que la intensidad de corriente que circula por una rama es igual a la suma algebraica de las corrientes producidas por cada generador actuando independientemente. Para aplicar este teorema, los demás generadores se sustituyen por sus resistencias internas.
Teorema de Thévenin
El teorema de Thévenin simplifica el análisis de circuitos. Establece que una red con dos terminales, a los que está conectada una resistencia de carga, es equivalente a un generador de fuerza electromotriz U0 y resistencia interna Req, donde:
- U0: Diferencia de potencial entre los terminales de la resistencia de carga (en circuito abierto).
- Req: Resistencia equivalente vista desde los terminales de la carga, con todas las fuentes de voltaje cortocircuitadas y las fuentes de corriente en circuito abierto.
Teorema de Norton
El teorema de Norton es otra herramienta de simplificación. Indica que una red con dos terminales, a los que está conectada una resistencia de carga, es equivalente a una fuente de intensidad I0 en paralelo con una resistencia Req, donde:
- I0: Intensidad de corriente que circula al cortocircuitar los terminales de la resistencia de carga (corriente de cortocircuito).
- Req: Resistencia equivalente entre dichos terminales al anular todas las fuerzas electromotrices de la red (igual que en Thévenin).