CIRCUITOS DE CORRIENTE

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CIRCUITOS DE CORRIENTE Unidad Nº 14 de Física Electivo TEMAS 1. Carga y descarga de un capacitor 2. Circuito LC 3. Comparación con el movimiento armónico simple 4. Resonancia 5. Desarrollemos el siguiente ejercicio 6. Síntesis de la clase 1. Carga y descarga de un capacitor Para comprender la carga y descarga de un capacitor o condensador, pon atención a lo siguiente: Se tiene un circuito de corriente continua formado por un resistor de resistencia R, un interruptor (S), una fuente generadora de voltaje (Vo), puede ser una pila o una fem, un capacitor de capacidad C, inicialmente descargado, al que se han conectado un amperímetro (A) y un voltímetro(Vc), tal como muestra el esquema de circuito RC. Al cerrar el interruptor, el capacitor se carga. Luego al sacar la fem y cerrar el circuito, el condensador se descarga. La carga y descarga del condensador se puede representar en un gráfico Voltaje versus tiempo, tal como muestra la figura. Esquema de circuito RC Sigamos analizando el circuito de corriente continua RC, compuesto por una resistencia y un condensador, como elementos principales. El producto RC = T se denomina constante de tiempo del circuito (a) y representa el tiempo en que la carga del capacitor alcanza un 63 % de su máximo posible, tal como muestra el gráfico de la figura (c). A la vez, la corriente del circuito ha decaído en un 63%, tal como muestra el gráfico de la figura (b).  |Regresar a Temas| 2. Circuito LC  Estudiaremos ahora un circuito de corriente alterna. El circuito LC es el circuito más simple de corriente alterna. Se obtiene al conectar, con un interruptor (S) un capacitor de capacidad C, con una carga inicial Qo (la máxima carga que puede adquirir el condensador Qmáx), y una bobina de inductancia L, tal como muestra el esquema. Al cerrar el interruptor y suponiendo despreciable la resistencia del circuito, la corriente i y el voltaje V comenzarán a oscilar indefinidamente, de modo que cuando el primero es máximo, el segundo es mínimo y viceversa, tal como muestran los gráficos adjuntos. |Regresar a Temas| 3. Comparación con el movimiento armónico simple En el circuito de corriente alterna LC, se puede realizar una comparación de la bobina y el condensador en cuanto a la carga y descarga de la energía respecto del movimiento armónico simple (una niña columpiándose en forma constante e igual). En un sistema eléctrico, el capacitor comenzará a descargarse a través del inductor. La corriente ascenderá lentamente, porque el inductor se opone a cualquier cambio en la corriente. En forma similar, el columpio comenzará a adquirir más velocidad conforme su inercia sea superada por las fuerzas de aceleración. Tanto el columpio como el capacitor pierden su energía potencial. Sigamos comparando la energía del movimiento armónico simple (niña columpiándose) con la energía que presenta el circuito de corriente alterna LC. Una vez que el columpio llega al punto más bajo de su trayectoria, toda su energía potencial se ha convertido en energía cinética; cuando el capacitor ha perdido toda su carga, la corriente en el circuito tiene su valor máximo y la energía original se almacena ahora en el inductor, con el valor L·i2/2. Si seguimos comparando la energía del movmiento armónico simple (niña columpiándose) con la energía que presenta el circuito de corriente alterna LC., tenemos lo siguiente: la inercia mantiene al columpio en movimiento hasta que llega al reposo, en la posición que muestra la figura. Toda su energía es potencial. En el circuito eléctrico, la inductancia tiene una especie de inercia que se opone a cualquier cambio en la corriente, de manera que ésta no se detiene de inmediato. Cuando la corriente finalmente se detiene, el capacitor está otra vez cargado. |Regresar a Temas| 4. Resonancia Para comprender el fenómeno de la resonancia estudiemos, por ejemplo, algo que comúnmente has efectuado muchas veces: sintonizar una radioemisora para escuchar música. El proceso de sintonizar tu radioemisora favorita consiste en entrar en resonancia con las ondas que emite la emisora a través de un capacitor de capacidad variable unido al dial del sintonizador. En otras palabras, la frecuencia en que la radioemisora emite su transmisión debe ser la misma frecuencia que produce tu receptor de radio, con ello ambas frecuencias se unen o se acoplan (entran en resonancia), reproduciendo la música que emite tu radioemisora favorita. En otras palabras, la resonancia consiste en un aumento de la amplitud de las oscilaciones de un sistema, cuando la frecuencia externa aplicada sobre él es igual a su frecuencia propia de vibración. Matemáticamente se expresa: Donde fo = frecuencia de resonancia. L = inductancia. C = capacidad. La unidad de frecuencia de resonancia en el Sistema internacional es: Hertz (Hz)=      1        =     rps      = vibración =   oscilación  =  s-1          segundo                         segundo         segundo El gráfico adjunto muestra que al ocurrir la resonancia, la corriente que circula por el circuito es máxima. |Regresar a Temas| 5. Desarrollemos el siguiente ejercicio En un circuito de capacidad C = 5 (F) e inductancia L = 3(H). Si duplicamos la inductancia y también la capacidad, entonces, su nueva frecuencia de resonancia A) disminuye a la mitad. B) se duplica. C) se mantiene. D) se cuadruplica. E) disminuye a la cuarta parte. La alternativa correcta es A, para ello, en primer lugar, calculemos la frecuencia de resonancia inicial, utilizando la fórmula anterior y los datos del problema C = 5 (F) L = 3 (H) Si duplicamos la capacidad (2·5) y la inductancia (2·3), además reemplazamos en la fórmula se tiene Luego, la frecuencia de resonancia disminuye a la mitad. |Regresar a Temas| 6. Síntesis de la clase A continuación encontrarás una síntesis de la clase. Utilízala como un medio para sistematizar lo aprendido en esta sesión.   |Regresar a Temas|

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Última modificación: viernes, 18 de abril de 2008, 17:30

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