Conceptos Esenciales de Circuitos Eléctricos: Linealidad, Superposición y Respuestas
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Conceptos Fundamentales en Circuitos Eléctricos
La comprensión de los circuitos eléctricos se basa en principios clave que definen su comportamiento. A continuación, exploramos algunos de los más importantes:
Linealidad
La linealidad se refiere a un circuito cuya salida está linealmente relacionada (o es directamente proporcional) a su entrada. Este principio es fundamental para la aplicación de muchos teoremas y métodos de simplificación de circuitos.
Superposición
El principio de superposición establece que la tensión (o corriente) a través de un elemento en un circuito lineal es la suma algebraica de las tensiones (o corrientes) a través de ese elemento debido a que cada fuente independiente actúa sola.
Teorema de Superposición
La respuesta de un circuito lineal que posee varias fuentes de excitación es la suma de las respuestas a cada una de las fuentes de excitación actuando por separado.
El teorema de superposición solo se puede utilizar en el caso de circuitos eléctricos lineales, es decir, circuitos formados únicamente por componentes lineales (en los cuales la amplitud de la corriente que los atraviesa es proporcional a la amplitud de la tensión en sus extremidades).
Enunciado del Teorema de Superposición
En el teorema de superposición se establece que la tensión entre dos nodos de un circuito o la corriente que atraviesa un ramal es igual a la suma de las tensiones o de las corrientes producidas por cada uno de los generadores de tensión y de los generadores de corriente del circuito. En cada uno de los cálculos parciales, se conserva uno solo de los generadores y se reemplazan los otros generadores de tensión por cortocircuitos y los otros generadores de corriente por circuitos abiertos.
Así, la corriente resultante es la suma de las corrientes parciales y la tensión resultante es la suma de las tensiones individuales, pero no así la potencia, ya que la relación con la corriente es cuadrática. La potencia no es la suma de las potencias parciales.
El teorema de superposición es válido tanto para circuitos alimentados con corriente continua, en los cuales solo se aplica la ley de Ohm, como para circuitos alimentados con corriente alterna en los cuales se utiliza el formalismo de impedancias.
Tipos de Respuesta en Circuitos
Respuesta Natural
La respuesta natural de un circuito se refiere a la conducta (en términos de tensiones y corrientes) del propio circuito, sin las fuentes externas de excitación. La respuesta natural o transitoria es la respuesta temporal del circuito que desaparecerá con el tiempo.
Respuesta Forzada o en Estado Estable
La respuesta forzada o respuesta en estado estable es el comportamiento del circuito mucho tiempo después de que se aplica una excitación externa.
Conceptos Adicionales en Circuitos
Circuito de Primer Orden
Un circuito de primer orden se caracteriza por una ecuación diferencial de primer orden.
Inductancia
La inductancia es la propiedad según la cual un inductor presenta oposición al cambio de la corriente que fluye a través de él, medida en henrys (H).
Capacitancia Equivalente
La capacitancia equivalente de capacitores en serie es el recíproco de la suma de los recíprocos de las capacidades individuales.
Supermalla
Se obtiene una supermalla cuando dos mallas tienen una fuente de corriente (dependiente o independiente) en común.
Supernodo
Un supernodo se forma encerrando una fuente de voltaje (dependiente o independiente) conectada entre dos nodos de no referencia y cualesquiera elementos conectados en paralelo con ella.