IMPEDANCIA
La impedancia (Z) es una medida de oposición que presenta
un circuito a una corriente cuando se aplica una tensión. La impedancia
extiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna (CA),
y posee tanto magnitud como fase, a diferencia de la resistencia, que solo
tiene magnitud. Cuando un circuito es alimentado con corriente continua (CC),
su impedancia es igual a la resistencia, lo que puede ser interpretado como la
impedancia con ángulo de fase cero.
Por definición, la impedancia es la relación (cociente)
entre el fasor tensión y el fasor intensidad de corriente:
Z=V/I
Donde Z es la impedancia, V es el fasor
tensión e I corresponde al fasor intensidad.
El concepto de impedancia tiene especial importancia si la
corriente varía en el tiempo, en cuyo caso las magnitudes se describen con
números complejos o funciones del análisis armónico. Su módulo (a veces
inadecuadamente llamado impedancia) establece la relación entre los valores
máximos o los valores eficaces de la tensión y de la corriente. La parte real
de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia.
El concepto de impedancia permite generalizar la ley de Ohm
en el estudio de circuitos en corriente alterna (CA), dando lugar a la llamada
ley de Ohm de corriente alterna que indica:
I=V/Z
El término fue acuñado por Oliver Heaviside en 1886. En
general, la solución para las corrientes y las tensiones de un circuito formado
por resistencias, condensadores e inductancias y sin ningún componente de
comportamiento no lineal, son soluciones de ecuaciones diferenciales. Pero,
cuando todos los generadores de tensión y de corriente tienen la misma
frecuencia constante y sus amplitudes son constantes, las soluciones en estado
estacionario (cuando todos los fenómenos transitorios han desaparecido) son
sinusoidales y todas las tensiones y corrientes tienen la misma frecuencia que
los generadores y amplitud constante. La fase, sin embargo, se verá afectada
por la parte imaginaria (reactancia) de la impedancia.
RESISTENCIA
Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al
flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. La unidad de resistencia
en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega
omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió el
principio que ahora lleva su nombre.
Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada
por la siguiente fórmula:
R= ρ*(λ/S)
Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la
resistividad del material, λ es la longitud del cable y S el área
de la sección transversal del mismo.
La resistencia de un conductor depende directamente de
dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta
conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección
transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal).
Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica
tiene un parecido conceptual con la fricción en la física mecánica. La unidad
de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para
su medición, en la práctica existen diversos métodos, entre los que se
encuentra el uso de un óhmetro. Además, su magnitud recíproca es la
conductancia, medida en Siemens.
Por otro lado, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia
de un material puede definirse como la razón entre la diferencia de potencial
eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha resistencia, así:
R=V/I
Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de
potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.
También puede decirse que "la intensidad de la
corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la
diferencia de potencial e inversamente proporcional a su resistencia"
Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.
REACTANCIA
En electrónica y electrotecnia se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores, se mide en ohmios y su símbolo es Ω. Junto a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o circuito, de tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la parte real, según la igualdad:
Z=R+jX
Cuando circula corriente alterna por alguno de los dos
elementos que poseen reactancia, la energía es alternativamente almacenada y
liberada en forma de campo magnético, en el caso de las bobinas, o de campo
eléctrico, en el caso de los condensadores. Esto produce un adelanto o atraso
entre la onda de corriente y la onda de tensión. Este desfase hace disminuir la
potencia entregada a una carga resistiva conectada tras la reactancia sin
consumir energía.
Si se realiza una representación vectorial de la reactancia
inductiva y de la capacitiva, estos vectores se deberán dibujar en sentido
opuesto y sobre el eje imaginario, ya que las impedancias se calculan como jXL
y- jXc respectivamente.
No obstante, las bobinas y condensadores reales presentan una resistencia asociada, que en el caso de las bobinas se considera en serie con el elemento, y en el caso de los condensadores en paralelo. En esos casos, como ya se indicó arriba, la impedancia (Z) total es la suma vectorial de la resistencia (R) y la reactancia (X).
En fórmulas:
Z=R+jX
donde
j es la unidad imaginaria
X=(XL - Xc) es la reactancia en
ohmios.
ω es la velocidad angular a la cual está sometido el
elemento, L y C son los valores de inductancia y capacidad respectivamente.
Dependiendo del valor de la energía y la reactancia se dice
que el circuito presenta:
Si X>0, reactancia inductiva (XL > Xc)
Si X=0, no hay reactancia y la impedancia es puramente
resistiva (XL = Xc)
Si X<0, reactancia capacitiva (Xc > XL)
Reactancia capacitiva
La reactancia capacitiva se representa por Xc y su valor viene dado por la fórmula:
Xc = 1/ ωC = 1/2π fC
en la que:
Xc =Reactancia capacitiva en
ohmios.
C = Capacidad eléctrica en
faradios.
f= Frecuencia en hercios.
ω= Velocidad angular.
Reactancia inductiva
La reactancia inductiva es representada XL y su
valor viene dado por:
XL = ωL =2π fL
en la que:
XL = Reactancia inductiva en
ohmios.
L = Inductancia en henrios.
f= Frecuencia en hercios.
ω = Velocidad angular.
INDUCTANCIA
La inductancia es la propiedad de un circuito eléctrico
para resistir el cambio de corriente. Una corriente que fluye a través de un
cable tiene un campo magnético alrededor. El flujo magnético depende de la
corriente y cuando la corriente varía, el flujo magnético también varía con
ella. Cuando el flujo magnético varía, se desarrolla un emf a través del
conductor de acuerdo con la ley de Faraday.
Esta emf está en la dirección opuesta a la
dirección de la corriente, tal como postula la Ley de Lenz. El emf inducido
puede ser descrito por la siguiente ecuación.
V=-L*(dl/dt)
Donde V es el voltaje, L es la inductancia en el henry y I es la corriente.
La unidad de inductancia es Henry, llamado así en honor a
José Henry, quien primero descubrió la auto-inductancia. El símbolo de la
inductancia es L, en honor a Heinrich Lenz quien postuló la Ley de Lenz que
describe la dirección del emf inducido.
CAPACITANCIA
La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica.
Los capacitores son dispositivos que almacenan energía, disponibles en muchos tamaños y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal fino) ubicado entre un aislador de cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire.
El aislante también se conoce como un dieléctrico y aumenta la capacidad de carga de un capacitor. A veces, los capacitores se llaman condensadores en la industria automotriz, marina y aeronáutica.
Las placas internas están conectadas a dos terminales externos, que a veces son largos y finos, y se asemejan a diminutas antenas o patas metálicas. Estos terminales se pueden conectar a un circuito.
Los capacitores y las baterías almacenan energía. Mientras que las baterías liberan energía poco a poco, los capacitores la descargan rápidamente.
Ejemplo: un capacitor conectado a la unidad de flash de una cámara digital recoge energía de la batería de la cámara, luego la libera en una explosión cuando se activa el obturador. Según su tamaño, el capacitador puede necesitar uno o dos segundos para recolectar bastante energía para otro flash.
Un capacitador acumula energía (voltaje) a medida que fluye la corriente a través de un circuito eléctrico. Ambas placas mantienen cargas iguales, y a medida que la placa positiva recoge una carga, una carga igual fluye fuera de la placa negativa.
Cuando el circuito está apagado, un capacitor retiene la energía que ha reunido, aunque generalmente ocurre una leve fuga.
Una gran variedad de capacitores (mostrados en color) en la placa de circuito.
La capacitancia se expresa como la relación entre la carga eléctrica de cada conductor y la diferencia de potencial (es decir, tensión) entre ellos.
El valor de la capacitancia de un capacitor se mide en faradios (F); denominados así en honor al físico inglés Michael Faraday (1791-1867).
Un faradio es una gran cantidad de capacitancia. La mayoría de los dispositivos eléctricos domésticos contienen capacitores que producen solo una fracción de un faradio, a menudo una millonésima parte de un faradio (o microfaradio, F) o tan pequeños como un picofaradio (una billonésima parte, pF).
Por otra parte, los super capacitores pueden almacenar grandes cargas eléctricas de miles de faradios.
La capacitancia puede aumentar cuando:
Las placas de un capacitor (conductores) están colocadas más cerca entre sí.
Las placas más grandes ofrecen más superficie.
El dieléctrico es el mejor aislante posible para la aplicación.
Los capacitores vienen en varias formas.
En los circuitos eléctricos, los capacitores se usan con frecuencia para bloquear la corriente continua (CC), a la vez que permiten el flujo de la corriente alterna (CA).
Algunos multímetros digitales ofrecen una función para medir la capacitancia, entonces los técnicos pueden:
Identificar un capacitor desconocido o sin etiqueta.
Detectar capacitores abiertos o en cortocircuito.
Medir directamente los capacitores y mostrar su valor.
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