Cuando se aplica una tensión alterna (CA) a un receptor eléctrico, circula una corriente que, si es alterna y de la misma frecuencia que la tensión, se considera que el receptor es lineal. Según su comportamiento en un circuito eléctrico, los receptores se clasifican en:
- Resistencias (R): Disipan la energía eléctrica en forma de energía calorífica.
- Inductancias o bobinas (L): Almacenan la energía eléctrica en forma de campo magnético.
- Capacidades o condensadores (C): Almacenan la energía eléctrica en forma de campo eléctrico.
En la práctica, es raro que estos componentes se presenten de manera aislada; generalmente, los circuitos son óhmicos-inductivos o óhmicos-capacitativos. No obstante, se analizarán los efectos de cada componente por separado, conectados a un CA sinusoidal.
A. Impedancia (Z)
La impedancia (Z) es la dificultad que opone un circuito al paso de corriente alterna. Su unidad es el ohmio (Ω) y se expresa matemáticamente como:Z=R2+(XL−XC)2Z = \sqrt{R^2 + (X_L – X_C)^2}Z=R2+(XL−XC)2
Es importante destacar que, debido a que los valores máximos de la tensión (VmaˊxV_{\text{máx}}Vmaˊx) y la corriente (ImaˊxI_{\text{máx}}Imaˊx) se producen generalmente en momentos diferentes, no se cumple que v(t)=i(t)v(t) = i(t)v(t)=i(t) en cada instante. La Z depende de la frecuencia y los componentes del circuito: resistencias, bobinas y condensadores.
En cualquier circuito, siempre se verifica que Z ≥ R.
B. Circuito con resistencia óhmica pura
Para calcular la corriente que circula por un circuito con resistencia, se aplica la ley de Ohm generalizada. El corriente en un circuito de CA es directamente proporcional a la tensión aplicada y inversamente proporcional a la impedancia. En un circuito de resistencia pura:I=VRI = \frac{V}{R}I=RV
Donde V e I son los valores eficaces de la tensión y la corriente.
En un circuito de CA con una resistencia pura (ideal), la intensidad circulante está en fase con la tensión aplicada:i=Imaˊxsin(ωt)yv=Vmaˊxsin(ωt)i = I_{\text{máx}} \sin(\omega t) \quad \text{y} \quad v = V_{\text{máx}} \sin(\omega t)i=Imaˊxsin(ωt)yv=Vmaˊxsin(ωt)
C. Circuito con inductancia pura
Un receptor inductivo puro es una bobina ideal con resistencia nula (R=0R = 0R=0) y solo se considera su coeficiente de autoinducción (L). En este caso, la impedancia Z=XLZ = X_LZ=XL, donde XLX_LXL se denomina reactancia inductiva. Su valor se determina mediante:XL=ωLX_L = \omega LXL=ωL
En un circuito inductivo, la tensión aplicada está adelantada 90° respecto de la corriente que circula por la inductancia. Por lo tanto:Ieficaz=VeficazXLI_{\text{eficaz}} = \frac{V_{\text{eficaz}}}{X_L}Ieficaz=XLVeficaz
D. Circuito con capacidad pura
Un receptor capacitativo puro es un condensador ideal con resistencia infinita (R=∞R = \inftyR=∞) y solo se considera su capacidad (C). En un circuito con corriente continua (CC), la corriente solo circula cuando el condensador se carga o se descarga, al conectar o desconectar el circuito. En un circuito de CA, el condensador se carga y descarga alternativamente, de acuerdo con la frecuencia de la corriente.
En un circuito con un condensador y resistencia nula (R=0R = 0R=0), la impedancia Z=XCZ = X_CZ=XC, donde XCX_CXC se llama reactancia capacitativa. Su valor se determina mediante:XC=1ωCX_C = \frac{1}{\omega C}XC=ωC1
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