Circuito eléctrico

Un circuito eléctrico simple que consta de una fuente eléctrica y una resistencia.

Un circuito eléctrico es un conjunto interconectado de componentes eléctricos y sus conexiones en un camino cerrado para que la corriente eléctrica pueda fluir continuamente ^[1] .

Los modelos matemáticos también se conocen como circuitos eléctricos. Sin embargo, es común en el campo científico indicar con un circuito eléctrico solo los circuitos (y los modelos matemáticos relacionados) que satisfacen el modelo de parámetros agrupados con una buena aproximación, donde es posible suponer que todos los fenómenos ocurren exclusivamente dentro de los componentes físicos. (es decir, componentes electrónicos ) y las interconexiones entre ellos (excluyendo así, por ejemplo, los dispositivos que contienen antenas , pertenecientes a la clase denominada parámetros distribuidos ).

Los modelos matemáticos de circuitos eléctricos son el campo de estudio de la teoría de circuitos (una de las disciplinas de la ingeniería eléctrica ); los correspondientes modelos matemáticos de componentes físicos se denominan componentes eléctricos . En el campo no técnico a veces se usa para llamar circuito eléctrico solo a los circuitos dedicados a la transmisión y transformación de energía eléctrica (ver sistema eléctrico ).

Relación entre circuitos físicos y modelos

En el resto de este ítem, el término "circuito eléctrico" se utilizará exclusivamente para indicar un modelo matemático. El nivel de detalle del modelo matemático dependerá del tipo de resultados que nos interese obtener. Por razones obvias, dado un sistema físico, se buscará el modelo más simple de manera compatible con los resultados deseados: por lo tanto, se utilizarán modelos puramente lineales donde sea posible, sabiendo muy bien que no existen componentes físicos puramente lineales, siempre que se tenga la certeza de que en el rango operativo al que nos preocupa que todos los componentes de nuestro modelo se comporten de una manera razonablemente lineal.

Por lo tanto, un circuito eléctrico físico puede corresponder a diferentes circuitos eléctricos (concebidos como modelo matemático) tanto en función de la precisión a lograr en la representación del circuito físico, como del rango de variabilidad que se espera para las magnitudes eléctricas de el circuito físico. De manera similar a un circuito eléctrico, pueden corresponder diferentes circuitos físicos, dependiendo, por ejemplo, de la precisión con la que se va a replicar el comportamiento predicho por el modelo matemático.

Circuitos eléctricos con parámetros agrupados

Si el estudio de los fenómenos electromagnéticos generalmente requiere el uso de las ecuaciones de Maxwell , el modelo de parámetros agrupados permite la reducción de estas ecuaciones a las leyes de Kirchhoff mucho más simples (ver Gustav Robert Kirchhoff ). Utilizando estas leyes junto con las leyes constitutivas de los componentes eléctricos, es posible definir métodos de análisis que permitan calcular la solución del circuito (es decir, el valor, para cada instante de tiempo, de las magnitudes eléctricas en cada punto del circuito).

En otras palabras, un circuito de parámetros agrupados puede describirse mediante un modelo matemático basado en ecuaciones diferenciales ordinarias; un circuito constante distribuido se describe mediante ecuaciones diferenciales parciales. En un circuito de parámetros agrupados, las variables espaciales (xyz) no afectan los fenómenos eléctricos y, por lo tanto, las magnitudes eléctricas dependen únicamente del tiempo.

Se puede considerar que un sistema eléctrico tiene parámetros concentrados o distribuidos no en un sentido absoluto, sino en un grado ligado al tipo de señales que le interesan, por lo tanto dependiendo de si la dimensión geométrica máxima es considerablemente menor que la longitud de onda de la señal con una frecuencia más alta. Por ejemplo:

• Una línea eléctrica de 100 m de longitud, alimentada en régimen sinusoidal a frecuencia industrial (f = 50 Hz, correspondiente a una longitud de onda l = c / f = 6000 km) puede considerarse un circuito constante concentrado, dado que 100 m "6000 km
• la misma línea que la anterior, alimentada por una señal de 6 MHz (correspondiente a una longitud de onda l = c / f = 50 m), debe considerarse un circuito de parámetros distribuidos.

En los cálculos anteriores, c indica la velocidad de la luz en el vacío: c = 300 000 000 m / s

Se puede obtener una simplificación adicional de la resolución de un circuito con los métodos de examen directo de la red a través del método de nodos o - su método dual - de mallas que aligeran la carga computacional del problema al reducir el número de ecuaciones de la sistema por el número de lados del circuito a sólo el de los nodos o enlaces .

Los circuitos eléctricos se suelen clasificar según las características de los componentes que lo constituyen, por lo que tendremos:

Circuitos lineales invariantes en el tiempo

El mismo tema en detalle: circuito lineal .

Un circuito lineal es una estructura que se puede describir mediante leyes físicas lineales, es decir, en general, mediante ecuaciones diferenciales lineales con coeficientes constantes.

Para un circuito lineal, se aplica el principio de superposición de efectos, es decir

• Se permite que las causas actúen de una en una y se calculan los efectos individuales.
• El efecto global debido a la acción simultánea de todas las causas se puede obtener como la suma de los efectos individuales evaluados haciendo que las causas actúen una por una.

En un circuito eléctrico (más generalmente en una red eléctrica) las causas están representadas por las fuentes de voltaje y las fuentes de corriente; los efectos son las corrientes en las ramas y las diferencias de potencial entre diferentes puntos del circuito. Hacer que una causa actúe a la vez significa dejar solo una fuente e

• restablecer todas las fuentes de voltaje (cortocircuitar los terminales de las fuentes de voltaje, dejando solo la impedancia interna)
• poner a cero todas las fuentes actuales (abrir sucursales que contienen fuentes actuales, dejando solo la entrada interna)

Circuitos dinámicos y estáticos

Dinámicos son aquellos circuitos cuyos modelos matemáticos correspondientes se expresan en el dominio continuo del tiempo mediante ecuaciones diferenciales ordinarias o ecuaciones diferenciales parciales. En el dominio discreto, los modelos dinámicos se pueden expresar mediante ecuaciones en diferencias. Un ejemplo simple de un modelo dinámico consiste en un cuadripolo RC invariante en el tiempo con parámetros concentrados por el enlace diferencial de entrada - salida entre el voltaje a través del capacitor (variable de salida) y el voltaje total de la fuente de alimentación (variable de entrada) aplicado a la entrada de la puerta. al cuadripolo.

Cuando el vínculo entre las cantidades se expresa en el dominio continuo del tiempo mediante expresiones algebraicas, hablamos de un circuito estático o adinámico. Por ejemplo, la ley de Ohm en los extremos de una resistencia lineal.

Circuitos variables en el tiempo

Un circuito variable en el tiempo se caracteriza por la variabilidad de los parámetros. Un circuito que consta de una resistencia de valor constante en el tiempo y una capacitancia variable en el tiempo es un circuito variable en el tiempo. Dicho circuito se caracteriza por una evolución que puede describirse mediante una ecuación diferencial con coeficientes dependientes de la variable tiempo.

Para estos tipos de circuitos, no es posible adoptar de manera efectiva el método simbólico de Fourier (normalmente utilizado para análisis en régimen sinusoidal).

Nota

Artículos relacionados

• Análisis de circuitos eléctricos
• Circuitos en serie y en paralelo
• Circuito RL
• Circuito RC
• Circuito RLC
• Cortocircuito
• Circuito electrónico
• Sistema eléctrico
• Diagrama de cableado

Otros proyectos

• Wikiversity contiene recursos sobre circuitos eléctricos
• Wikimedia Commons contiene imágenes u otros archivos sobre circuitos eléctricos

enlaces externos

• Circuito eléctrico , en Treccani.it - ​​Enciclopedias en línea ,Instituto de la Enciclopedia Italiana .
• Circuito eléctrico , en Treccani.it - ​​Enciclopedias en línea , Instituto de la Enciclopedia Italiana.

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