Download El físico matemático británico James Clerk Maxwell realizó una

Electricidad y Magnetismo.
Hola soy el Ing. Moisés Simón Barajas Galicia, y en esta ocasión tengo la oportunidad de impartir esta
materia, que, de manera muy personal, me encanta. Es una de las tantas ramas de la ciencia que me
apasionan y que realmente aprendo cada día un poco más. Espero que esta materia se les haga
interesante, divertida y de mucha ayuda en su acervo de conocimientos; tengan en cuenta que
encontraran en mí el apoyo necesario para incrementar todos los conocimientos.
Atte. Ing. Moisés Simón Barajas Galicia.
Ing. Moisés S. Barajas G. | Universidad Tamaulipeca
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Recomendaciones para esta materia.
En la materia de Electricidad y Magnetismo necesitamos tener muy en cuenta estos puntos que a
continuación les menciono, son para una mayor y mejor comprensión, tengan en cuenta que todos los
puntos que menciono son totalmente verídicos y comprobables.
1. El primer punto en sin duda el más significativo y que estaremos utilizando repetidas veces en
este curso; y es la Mentalidad positiva. Que muchos lo relacionan con el positivismo, la buena
vibra, y un sin fin de sinónimos para esta expresión; así que el primer punto es Mente positiva
2. El segundo es el Pensamiento Científico, lo utilizaremos y aplicaremos; muchos ya estamos
relacionados con este tipo de pensamiento otros es la primera vez, así que me tomo el tiempo
para enfatizar este punto Pensamiento Científico.
3. El tercer punto es la Modificación del Entorno., Este punto es muy amplio y se intercalara con
ejemplos y algunas actividades para llegar a tocar a fondo este punto esencial.
4. El cuarto punto es sin duda el que sostiene a los demás y que incluso encadena y fortalece a los
demás y es Disciplina.
5. El quinto paso es la confirmación de los cuatro pasos anteriores que es SER AUTODIDACTA. Es al
punto que se quiere llegar con estas herramientas que estaremos utilizando de manera
constante. Recuerda al final lograremos todos estos pasos y sin duda lograremos ser
Autodidactas.
De antemano gracias por su tiempo y empezamos.
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Temas:
Capitulo 1
Biografía
Introducción Capítulo 1
1.1 Sistema de unidades
1.2 Definiciones
1.3 Carga y corriente eléctrica
1.4 Energía, voltaje y potencia
1.5 Convención pasiva de signos
1.6 Elementos de circuitos
1.6.1 Elementos activos y pasivos
1.6.2 Fuentes independientes
1.6.3 Fuentes dependientes
Aplicación Laboratorio Termoeléctrico
Capitulo 2
Biografía
Introducción Capítulo 2
2.1 Ley de Ohm
2.2 Leyes de Kirchhoff
2.3 Arreglo de resistencias
2.4 Análisis del circuito de un solo lazo
2.5 El circuito con un solo par de nodos
2.6 Divisores de corriente y voltaje
2.7 Análisis de nodos
2.7.1 Análisis con fuentes de I independientes
2.7.2 Análisis con fuentes de I y V independientes
2.7.3 Análisis con fuentes de I y V dependientes
2.8 Análisis de mallas
2.8.1 Análisis con fuentes de V
2.8.2 Análisis con fuentes de I
2.8.3 Resumen del método
Aplicación Prueba a hilos fusibles
Capitulo 3
Biografía
Introducción capítulo 3
3.1 Teorema de superposición
3.2 Teorema de Thevenin y Norton
3.3 Teorema de máxima transferencia de potencia
3.4 Transformación de fuentes
Aplicación Prueba aislamiento carro-canasta
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Capitulo 4
Biografía
Introducción Capítulo 4
4.1 Función escalón unitario
4.2 Función exponencial
4.3 Función senoidal
4.3.1 Amplitud
4.3.2 Frecuencia angular
4.3.3 Ángulo de fase
Aplicación Escribe y dibuje una función.
Capitulo 5
Biografía
Introducción Capítulo 5
5.1 Elementos almacenadores de energía
5.2 El capacitor
5.2.1 Arreglos de capacitores serie
5.3.2 Arreglos de capacitores paralelo
5.3 El inductor
5.3.1 Arreglos de inductores serie
5.3.2 Arreglos de inductores paralelo
Aplicación Mantenimiento en redes
Capitulo 6
Biografía
Introducción Capítulo 6
6.1 Circuito RL sencillo
6.2 Circuito RC sencillo
6.3 Método Separación de variables
6.4 Método Exponencial
6.5 Método operadores diferenciales
6.6 Respuesta Gráfica de los Circuitos RL y RC
6.7 Respuesta Completa de RC y RL
Aplicación Generador Impulsos de tensión.
Capitulo 7
Biografía
Introducción Capítulo 7
7.1 El circuito RLC en paralelo sin fuentes
7.2 El circuito RLC en paralelo sobre amortiguado
7.3 Amortiguamiento crítico
7.4 El circuito RLC en paralelo sub-amortiguado
7.5 El circuito RLC en serie sin fuentes
7.6 La respuesta completa del circuito RLC
Aplicación Generador Impulsos de corriente.
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Capitulo 8
Biografía
Introducción Capítulo 8
8.1 Amplificadores Operacionales
8.2 Amplificador Operacional Ideal
8.3 Método del voltaje de nodo
8.4 Amplificadores no inversores
8.5 Amplificador operacional Integrador
8.6 Amplificador operacional derivador
8.7 Resumen
Aplicación Equipo médico monitor multi-parametro.
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Georg Simon Ohm (Erlangen; 16 de
marzo de 1789 - Múnich; 6 de
julio de 1854)
Descubrimientos
Capitulo 1
Biografía.
Ley de Ohm: usando los resultados de sus
experimentos, Georg Simon Ohm fue capaz
de definir la relación fundamental entre
Georg Simon Ohm
voltaje, corriente y resistencia. Lo que ahora
se conoce como la ley de Ohm apareció en
su obra más famosa, un libro publicado en
1827 que dio a su teoría completa de la
electricidad. La ecuación I = V / R se conoce
como "ley de Ohm". Se afirma que la
cantidad de corriente constante a través de
un material es directamente proporcional a
la tensión a través del material dividido por
la resistencia eléctrica del material. El ohmio
(Ω), una unidad de resistencia eléctrica, es
igual a la de un conductor en el cual una
corriente (I) de un amperio (1 A) es
producida por un potencial de un voltio (1
V) a través de sus terminales. Estas
Aunque se inicia en la cerrajería, al lado de su padre, este alemán
llega a destacarse en la física, después de lograr seguir estudios en
la universidad de su ciudad natal. De su padre recibe los rudimentos
que llegan a ser fundamentales en los experimentos que emprende.
A Ohm se debe el descubrimiento de la ley que rige las corrientes
eléctricas y la definición de los conceptos correspondientes de
cantidad e intensidad de energía.
relaciones fundamentales representan el
verdadero comienzo de análisis de circuitos
eléctricos. La corriente circula por un
circuito eléctrico de acuerdo con varias
leyes definidas. La ley básica del flujo de
corriente es la ley de Ohm. La ley de Ohm
establece que la cantidad de corriente que
fluye en un circuito formado por
resistencias sólo se relaciona con el voltaje
en el circuito y la resistencia total del
circuito. La ley se expresa generalmente por
la fórmula V = I*R (descrito en el párrafo
anterior), donde I es la corriente en
amperios, V es el voltaje (en voltios), y R es
la resistencia en ohmios. El ohmio, una
unidad de resistencia eléctrica, es igual a la
Inicia sus investigaciones fabricando él mismo los implementos
necesarios, utilizando los conocimientos adquiridos de su padre, pues
no cuenta con el dinero necesario para comprarlos. Intuye que, así
como el flujo de calor depende de la diferencia de temperatura entre
los dos puntos y de la capacidad del conductor para transportar el
calor, el flujo de electricidad debe depender de una diferencia de
potencial (voltaje, en los términos actuales) y de la capacidad de
conducir energía eléctrica por parte del material. Poniendo a prueba
su intuición en experimentos, Ohm llega a cuantificar la resistencia
eléctrica. Ohm y Becquerel esbozan, de manera paralela pero
independiente, el proceso de polarización que experimentan las pilas.
Por otra parte, trabaja como catedrático en Colonia, Berlín,
Nuremberg y Munich. El tiempo y los hechos le dan el valor merecido
a sus descubrimientos, tras sufrir, durante mucho tiempo, de la
reticencia de los medios científicos de Europa. Hoy en día la unidad
que mide la resistencia a la electricidad se conoce como ohmio en
memoria del científico alemán.
de un conductor en el cual se produce una
corriente de un amperio por un potencial de
un voltio a través de sus terminales.
Fuente:
http://es.wikipedia.org/wiki/Georg_Simon_
Ohm
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Capitulo 1
Biografía.
Desde un comienzo la humanidad, ha procurado dominar el medio ambiente a su alrededor, para
aprovecharlo y facilitar su vida, los circuitos eléctricos, son dentro de este marco una herramienta
para facilitar el entendimiento de este entorno y facilitar el trabajo para desarrollar mayores
comodidades a los seres humanos. Los siguientes párrafos describen una pequeña reseña histórica de
los comienzos de la Electricidad.
Se tiene idea de que el filósofo Tales de Mileto (640 - 546 A.C.), fue el primero en observar con
atención las propiedades del ámbar, que al ser frotado atrae objetos livianos como pasto y paja,
también trabajo con la magnetita para atraer objetos de hierro.
Pero hasta 1600 D. C., se publicó en Inglaterra el libro "De Magnete", del médico británico William
Gilbert, quién aplicó el término "eléctrico" (del griego "ámbar"), dentro de sus estudios para describir
el fenómeno de atraer objetos después de ser frotadas ciertas sustancias, publicando una lista de cada
una ellas.
El primer instrumento construido para generar carga eléctrica fue descrito en 1672 en el Experimento
Nova de Otto von Guericke. Este dispositivo estaba compuesto por una esfera que se podía girar sobre
unas balineras, gracias a una manivela, está a su vez inducía una carga cuando se apoyaba la mano
sobre ella, Guericke notó unas pequeñas chispas al descargarse la esfera.
El científico francés Charles François de Ciesternay Du Fay, fue el primero en distinguir claramente los
dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa. En 1746 Pieter van Musschenbrock presentó una
botella recubierta de estaño, de la cual salía una varilla a través de un tapón y se utilizaba para
almacenar carga eléctrica.
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Benjamin Franklin
A partir de 1747 se dedicó principalmente al
estudio de los fenómenos eléctricos.
Enunció el Principio de conservación de la
electricidad. De sus estudios nace su obra
científica más destacada, Experimentos y
observaciones sobre electricidad.
En 1752 llevó a cabo en Filadelfia su famoso
experimento con la cometa. Ató una cometa
con esqueleto de metal a un hilo de seda,
en cuyo extremo llevaba una llave también
metálica. Haciéndola volar un día de
tormenta, confirmó que la llave se cargaba
de electricidad, demostrando así que las
nubes están cargadas de electricidad y los
rayos son descargas eléctricas. Gracias a
este experimento creó su más famoso
invento, el pararrayos. A partir de ahí, se
instalaron por todo el estado (había ya 400
en 1782), llegando a Europa en los años
1760. Presentó la teoría del fluido
único (esta afirmaba que cualquier
fenómeno eléctrico era causado por un
fluido eléctrico, la "electricidad positiva",
mientras que la ausencia del mismo podía
considerarse "electricidad negativa") para
explicar los dos tipos de electricidad
atmosférica a partir de la observación del
comportamiento de las varillas de ámbar, o
del conductor eléctrico, entre otros.
Capitulo 1
Biografía.
En junio de 1752 el inventor Benjamín Franklin realizó su
experimento de la cometa, con el cual demostró que la electricidad
atmosférica es la que provoca los fenómenos de relámpago y trueno,
siendo estos de la misma naturaleza que la carga electrostática de
una botella de Leyden.
Fuente:
http://es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Fran
klin
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Capitulo 1
Biografía.
El químico británico Joseph Priestley alrededor del año 1766 demostró experimentalmente la ley que
demuestra que la fuerza existente entre dos carga es inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia entre ellas, así como que la carga se distribuye uniformemente sobre la superficie de una
esfera hueca y que en su interior no existe carga ni campo eléctrico.
Charles Coulomb, inventó la balanza de torsión para determinar el valor exacto de esta fuerza y en su
experimento encontró que es directamente proporcional al producto de las dos cargas involucradas.
Faraday realizó numerosas contribuciones, entre ellas la jaula que lleva su nombre, corroborando la
teoría de la esfera de Joseph y desarrollo teorías sobre las líneas de fuerza eléctrica.
Veinte años más tarde el físico italiano Luigi Galvani realizó experimentos con ancas de rana,
observando movimiento al disecarlas con un escarpelo metálico y al someterlas a una descarga
eléctrica.
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Capitulo 1
Biografía.
Alessandro Volta
[Otro italiano Alessandro Volta
construyó una pila electroquímica
que estaba conformada por pares de
discos de zinc y plata separados por
tela o papel empapados en
salmuera, si se coloca la mano en
cualquiera de sus extremos se tiene
la sensación de un flujo de corriente
recorriendo el cuerpo. En 1800 Volta
demostró que existe una corriente
estable en un camino cerrado y 54
años después de su muerte se le
recuerda dándole oficialmente el
nombre de volt a la unidad de fuerza
electromotriz.
Batería Eléctrica de Volta
]
En septiembre de 1801, Volta viajó a París aceptando una
invitación del emperador Napoleón Bonaparte, para exponer las
características de su invento en el Instituto de Francia. El propio
Bonaparte participó con entusiasmo en las exposiciones. El 2 de
noviembre del mismo año, la comisión de científicos distinguidos
por la Academia de las Ciencias del Instituto de Francia
encargados de evaluar el invento de Volta emitió el informe
correspondiente aseverando su validez. Impresionado con la
batería de Volta, el emperador lo nombró conde y senador del
reino de Lombardía, y le otorgó la más alta distinción de la
institución, la medalla de oro al mérito científico. El emperador
de Austria, por su parte, lo designó director de la facultad de
filosofía de la Universidad de Padua en 1815.
Sus trabajos fueron publicados en cinco volúmenes en el
año 1816, en Florencia. Los últimos años de vida los pasó en su
hacienda en Camnago, cerca de Como, donde falleció el 5 de
marzo de 1827.
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Capitulo 1
Biografía.
André-Marie Ampère denomino todos estos estudios, Electrostática y durante 1820 definió la corriente
eléctrica y concibió medios para medirla, fue honrado dando su nombre a la unidad de corriente
eléctrica; el ampere, en 1881.
Alrededor de 1840, James Prescott Joule y el científico alemán Hermann von Helmholtz demostraron
que los circuitos eléctricos cumplen la ley de conservación de la energía, y que la electricidad es una
forma de energía.
El físico matemático británico James Clerk Maxwell realizó una contribución importante al estudio de la
electricidad en el siglo XIX; Maxwell investigó las propiedades de las ondas electromagnéticas y la luz
y desarrolló la teoría de que ambas tienen la misma naturaleza. Su trabajo abrió el camino al físico
alemán Heinrich Hertz, que produjo y detectó ondas eléctricas en la atmósfera en 1886, y al ingeniero
italiano Guglielmo Marconi, que en 1896 empleó esas ondas para producir el primer sistema práctico
de señales de radio.
La teoría de los electrones, que forma la base de la teoría eléctrica moderna, fue presentada por el
físico holandés Hendrik Antoon Lorentz en 1892. El primero en medir con precisión la carga del
electrón fue el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, en 1909. El uso generalizado de la
electricidad como fuente de energía se debe en gran medida a ingenieros e inventores pioneros de
Estados Unidos, como Thomas Alva Edison, Nikola Tesla o Charles Proteus Steinmetz.
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Capitulo 1
Sistemas y Unidades
Actualmente al hablar de Ingeniería se tiene en cuenta una serie de convenciones internacionales que
conciernen a todo lo referente a normas, metodologías, pruebas, etc. Dentro de estas convenciones se
encuentra la de utilizar sistemas de unidades estándar, para generalizar el lenguaje utilizado y no se
pueda incurrir en equivocaciones o mal entendidos a la hora de comprender un documento o
experimento por una persona diferente al que lo ha desarrollado, entre estos sistemas existen dos
muy utilizados el Sistema Internacional de unidades (abreviado SI) y el Sistema Inglés de Unidades.
En este curso se utilizará él SI por ser este él más utilizado en nuestro medio y por su mayor facilidad
de uso al adicionar la utilización del sistema decimal para relacionar unidades mayores o menores con
su unidad básica.
Hay siete unidades básicas en él SI y las demás se derivan de estas, las unidades del SI están
definidas con mucha precisión en términos de cantidades permanentes y reproducibles, sin embargo
estas definiciones son en la mayoría de los casos comprensibles solamente para aquellos que tengan
un alto conocimiento en física atómica y materias relacionadas.
Por lo tanto nos conformaremos con identificar la cantidad y la unidad correspondiente. Tabla 1
Además de estas siete unidades fundamentales existen dos unidades complementarias, que son
consideradas adicionales del SI y son a dimensionales. Estas son:
La mayor parte de las cantidades y unidades empleadas en Ingeniería Eléctrica son unidades
derivadas, es decir, unidades que pueden ser totalmente definidas en términos de las cantidades
básicas o fundamentales y las complementarias descritas anteriormente.
Todas las unidades del SI tienen prefijos decimales que multiplican la cantidad indicada por una
potencia decimal, en la siguiente tabla se muestran los prefijos del SI para expresar factores
decimales.
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Capitulo 1
Definiciones
Un circuito eléctrico es un grupo de elementos eléctricos conectados de una manera específica que
interactúan entre sí para procesar información o energía en forma eléctrica. Un circuito eléctrico puede
describirse matemáticamente por medio de ecuaciones diferenciales ordinarias, que pueden ser
lineales o no lineales y que varían o no varían en el tiempo.
Para definir correctamente un elemento eléctrico se necesita tener en cuenta dos cantidades
eléctricas, voltaje y corriente; de las cuales se hablara más adelante, por lo tanto definiremos por
ahora el elemento eléctrico como un elemento de dos o más terminales que pueden ser conectadas
con otros elementos entre sí y que cumple como función procesar energía eléctrica, fig.1.2.1.
La diferencia entre los dos dibujos mostrados en la figura 1.2.2 radica en el hecho de ser el circuito
(a), más claro a la hora de observar las conexiones entre elementos y por lo tanto es más fácil
introducir representaciones de corrientes y voltajes. En cuanto al comportamiento eléctrico del circuito
no varia en nada entre un dibujo y otro, ya que no ha sido variada ni la estructura del circuito ni los
componentes que hacen parte de este.
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