electricidad y electronica. unidad 1

8/17/2019 Electricidad y Electronica. Unidad 1

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INTRODUCCION A LA ELECRICIDAD.

CARGA ELÉCTRICA.

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la

pérdida o ganancia de electrones.La carga eléctrica q puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) ycarga eléctrica negativa (electrones). Los fenómenos eléctricos se atribuyen a laseparación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta razón elconcepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos eléctricos.

La unidad de medida de la carga es el coulomb (C) !n "onor al #$sico e %ngenieromilitar C"arles &ugustin Coulomb ('* + ',-*) este francés fue el primero eneplicar de forma matemática la ley de atracción de las cargas.

/n coulomb (C) es la carga de 0*.123'-',0 electrones o la carga de un electrón es

una carga negativa de '.*-1'3'-+'4 (C).

La carga eléctrica de un cuerpo u ob5eto se establece a partir de la relación entreel n6mero de protones y el n6mero de electrones eistentes en él. 7i esta relaciónes de igualdad se dice que el cuerpo no está cargado. 7i el n6mero de electroneses mayor al n6mero de protones afirmamos que el cuerpo está cargadonegativamente. 7i el n6mero de electrones es menor que el n6mero de protonesafirmamos que el cuerpo está cargado positivamente.

Cargar un cuerpo negativa o positivamente es consecuencia de la ganancia opérdida de electrones respectivamente. !s de resaltar que los elementos con

capacidad de transferirse son los electrones.La carga transferida a un elemento en un intervalo de tiempo entre t' y t1 seepresa como una integral definida.

8onde i(t) es la corriente. a través de el elemento.

La epresión matemática para la carga total transferida a lo largo de todo eltiempo se obtiene sumando q(t') o carga inicial a la carga transferida a lo largodel tiempo entre q(t') y q(t1) la epresión anterior.


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Formas de cargar un cuerpo.

Por contacto.

7e puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otro previamente cargado.Por frotamento.

&l frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (n6mero de electrones 9 n6mero deprotones) ambos se cargan uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

Por nducc!n.

/n cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. !lelemento cargado ya sea positivo o negativo atrae las cargas del signo contrariodel elemento neutro :enerando en el elemento neutro que las cargas eléctricasde signo positivo se concentran en una zona del elemento mientras las cargasnegativas se concentran en una zona diferente del elemento. 7in embargo elcuerpo sigue siendo neutro.

Por efecto fotoe"#ctrco.

!n el efecto fotoeléctrico eterno se liberan electrones en la superficie de unconductor metálico al absorber energ$a de la luz que incide sobre su superficie.!sto se produce cuando los fotones (Cuanto de luz) son adsorbidos por loselectrones del conductor llenándoles de energ$a para poder escapar del conductor.

Por e"ectr!"ss.

!s un proceso para separar un compuesto por medio de la electricidad utilizandoelectrolitos (compuesto ionizante).

7i se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito y se conectauna fuente de corriente continua entre ellos los iones positivos de la disolución semueven "acia el electrodo negativo y los iones negativos "acia el positivo. &l llegar a los electrodos los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse enátomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrododepende de la diferencia de potencial o tensión aplicada.

Por efecto termoe"#ctrco.

!ste proceso se caracteriza por transformar el calor en electricidad. 7i se unen por ambos etremos dos alambres de distinto material (este circuito se denominatermopar) y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otrasurge una diferencia de tensión que "ace fluir una corriente eléctrica entre lasuniones caliente y fr$a. !ste fenómeno fue observado por primera vez en ',1' porel f$sico alemán


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APLICACIONE$ DE LA ELECTRICIDAD.

La electricidad tiene un sinf$n de aplicaciones tanto para uso doméstico industrialmedicinal y en el transporte. 7olo para citar se puede mencionar a la electrónicaelectrosoldadura motores eléctricos máquinas frigor$ficas aire acondicionadoelectroimanes telecomunicaciones electroqu$mica electroválvulas iluminación yalumbrado producción de calor electrodomésticos robótica se>ales luminosas.


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radiada tiene más proporción de luz que la lámpara normal. !n la luz queemiten "ay componente ultravioleta.

Los tubos fluorescentes se basan en la ecitación de los átomos de un gas(normalmente vapor de mercurio) mediante altos volta5es.

!n las lámparas de ba5o consumo se optimiza la luz fr$a sobre todocambiando el cebador que proporciona el alto volta5e de los tubos tradicionalespor un sistema electrónico rápido y de ba5o consumo.

!stas lámparas producen luz con un gasto energético que puede ser cinco vecesmenor que una lámpara tradicional.

En "a agrcu"tura

!specialmente para los motores de riego usados para elevar agua desde los

acu$feros y para otros usos mecánicos.+ Dornos y calefactores

+ !l "ornillo es una sencilla aplicación de la ley de Aoule.

/na resistencia eléctrica que soporte bien la temperatura alta comunica sucalor a una placa conductora que lo transfiere a los alimentos que cocinamos.

+ !l "orno eléctrico

+ !l calefactor eléctrico

+


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CONCEPTO$ DE (AGNITUDE$ ELECTRICA$.

Eagnitudes eléctricas. La introducción de las magnitudes eléctricas requierea>adir una nueva unidad fundamental a la f$sica? la de carga eléctrica. !staunidad que no puede derivarse de las unidades de la mecánica fue originalmentedenominada Coulomb (término castellanizado a culombio cuyo s$mbolo es C) en"onor a C"arles+&ugustin de Coulomb primero que midió directamente la fuerzaentre cargas eléctricas. 8ebido a la gran dificultad de medir directamente lascargas eléctricas con precisión se "a tomado como unidad básica la unidad decorriente eléctrica que en el 7istema %nternacional de /nidades es el amperio. Launidad de carga resulta entonces una unidad derivada que se define como lacantidad de carga eléctrica que fluye durante ' segundo a través de la sección deun conductor que transporta una intensidad constante de corriente eléctrica de 'amperio.

CIRCUIT ELECTRICO.

/n circuito es una red electrónica (fuentes interruptores y semiconductores) quecontiene al menos una trayectoria cerrada. /n circuito lineal que consiste defuentes componentes lineales (resistores condensadores inductores) yelementos de distribución lineales (l$neas de transmisión o cables) tiene lapropiedad de la s6per lineal. &demás son más fáciles de analizar usando métodosen el dominio de la frecuencia para determinar su respuesta en corriente directaen corriente alterna y transitoria.

/n circuito resistivo es un circuito que contiene solo resistores y fuentes de volta5e

y corriente. !l análisis de circuitos resistivos es menos complicado que el análisisde circuitos que contienen capacitores e inductores. 7i las fuentes son de corrientedirecta es denominado un circuito de corriente directa.

/n circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuitoelectrónico. !stas redes son generalmente no lineales y requieren dise>os y"erramientas de análisis muc"o más comple5os.

CO(PONENTE$'

• Componente? /n dispositivo con dos o más terminales en el que puede

fluir interiormente una carga. !n la figura ' se ven 4 componentes entre

resistores y fuentes.

• Nodo? Punto de un circuito donde concurren más de dos conductores. & F

C 8 ! son nodos. @ótese que C no es considerado como un nuevo nodo

https://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Nodo_(circuitos)https://es.wikipedia.org/wiki/Nodo_(circuitos)https://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nico


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puesto que se puede considerar como un mismo nodo en & ya que entre ellos

no eiste diferencia de potencial o tener tensión - (G & + GC 9 -).

• Rama? Con5unto de todas las ramas comprendidos entre dos nodos

consecutivos. !n la figura ' se "allan siete ramales? &F por la fuente FC por

' &8 &! F8 F! y 8!. Hbviamente por un ramal sólo puede circular una

corriente.

• (a""a? Cualquier camino cerrado en un circuito eléctrico.

• Fuente? Componente que se encarga de transformar alg6n tipo de energ$a

en energ$a eléctrica. !n el circuito de la figura ' "ay tres fuentes? una de

intensidad % y dos de tensión !' y !1.

• Conductor ? Com6nmente llamado cable; es un "ilo de resistenciadespreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.

CLA$IFICACION.

https://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_de_mallashttps://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cablehttps://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_de_mallashttps://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_el%C3%A9ctricahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cable


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(EDICION DE (AGNITUDE$ ELECTRICA$.

C&:& !LIC La carga eléctrica es la cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo. Losátomos de un cuerpo son eléctricamente neutros es decir la carga negativa desus electrones se anula con la carga positiva de sus protones. Podemos cargar uncuerpo positivamente (potencial positivo) si le robamos electrones a sus átomos ypodemos cargarlo negativamente (potencial negativo) si le a>adimos electrones.7aber más sobre el átomo.

7i tenemos un cuerpo con potencial negativo y otro con potencial positivo entre

estos dos cuerpos tenemos una diferencia de potencial (d.d.p.) Los cuerpostienden a estar en estado neutro es decir a no tener carga es por ello que siconectamos los dos cuerpos con un conductor (elemento por el que pueden pasarlos electrones fácilmente) los electrones del cuerpo con potencial negativo pasanpor el conductor al cuerpo con potencial positivo para que los dos cuerpos tiendana su estado natural es decir neutro.

&cabamos de generar corriente eléctrica ya que este movimiento de electroneses lo que se llama corriente eléctrica. Luego es necesario una d.d.p entre dospuntos para que cuando los conectemos con un conductor se genere corrienteeléctrica. La diferencia de carga de los dos cuerpos será la causante de más a

menos corriente. !sta carga de un cuerpo se mide en culombios (C).

La


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!n un enc"ufe "ay tensión (diferencia de potencial entre sus dos puntos) peroHAH no "ay corriente. 7olo cuando conectemos el circuito al enc"ufe empezará acircular corriente (electrones) por el circuito y eso es gracias "ay que "ay tensión.

!ntre los dos polos de una pila "ay tensión y al conectar la bombilla pasacorriente de un etremo a otro y la bombilla luce. 7i "ay mayor tensión entre dospolos "abrá mayor cantidad de electrones y con más velocidad pasaran de unpolo al otro.

La tensión se mide en Goltios. Cuando la tensión es de -G (cero voltios no "aydiferencia de potencial entre un polo y el otro) ya no "ay posibilidad de corriente ysi fuera una pila diremos que la pila se "a agotado. !l aparato de medida de latensión es el volt$metro.

Pero Kuién "ace que se mantenga una tensión entre dos puntosM Pues los:eneradores que son los aparatos que mantienen la d.d.p o tensión entre dospuntos para que al conectar el circuito se genere corriente. La tensión se mide enGoltios (G). !stos generadores pueden ser dinamos alternadores pilas bater$as yacumuladores.

%@

!s la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo.%maginemos que pudiésemos contar los electrones que pasan por un punto de uncircuito eléctrico en un segundo. Pues eso ser$a la %ntensidad. 7e mide en

&mperios (&). Por e5emplo una corriente de ' & (amperio) equivale a *1N trillonesde electrones que "an pasado en un segundo. La intensidad se mide con elamper$metro.

!7%7

Los electrones cuando en su movimiento se encuentran con un receptor (pore5emplo una lámpara) no lo tienen fácil para pasar por ellos es decir les ofrecenuna resistencia. Por el conductor van muy a gusto porque no les ofrecenresistencia a moverse por ellos pero los receptores no. Por ello se llamaresistencia a la dificultad que se ofrece al paso de la corriente.


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La potencia eléctrica la podemos definir como la cantidad de.......

KPor quéM Pues porque depende del tipo de receptor que estemos "ablando.Por e5emplo de una Lámpara o Fombilla ser$a la cantidad de luz que emite en untimbre la cantidad de sonido en un radiador la cantidad de calor. 7e mide envatios (B) y se representa con la letra P.

/na lámpara de ,-B dará el doble de luz que una de 2-B.

Por cierto su fórmula es P9G % (tensión en voltios por %ntensidad en &mperios).

!@!:& !LIC

!7%7

(edda de magntudes e"#ctrcas

!l valor de las magnitudes de un circuito eléctrico como la intensidad de corrientela tensión o la resistencia puede determinarse utilizando aparatos de medida.


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!stos aparatos pueden usarse tanto en corriente continua como alterna y tienenlimitado el valor máimo de intensidad o de tensión que pueden medir.

Day modelos analógicos cuya lectura se efect6a mediante una agu5a que sedesplaza sobre una escala graduada y digitales que realizan la misma funciónpero presentan el valor de la magnitud medida a través de una pantalla l$quida.!stos 6ltimos se utilizan con mayor frecuencia porque son los más económicos yfáciles de mane5ar.

!isten diversos aparatos de medida entre los que podemos destacar lossiguientes?

R!l amper$metro se usa para medir la intensidad de corriente que pasa porcualquiera de un circuito.

R!l volt$metro se usa para medir el valor de la tensión entre dos puntoscualesquiera de un circuito.

R!l ó"metro mide el valor en o"mios de las resistencias eléctricas.

R!l vat$metro permite medir la potencia eléctrica que consume un aparato omáquina.

!l pol$metro mult$metro o téster es capaz de medir diferentes magnitudeseléctricas como intensidad de corriente tensión y resistencia. 8ado que pueden"acer la función de varios aparatos es el instrumento más utilizado actualmente.

(eddas en crcutos de corrente contnua

!mplear el pol$metro en circuitos conectados a la red de 11- G es peligroso por loque vamos a realizar las medidas en un circuito con una pila.

Para la realización de todas las medidas comprobamos que en el pol$metro estáseccionada la corriente continua 8C

3(edc!n de ntensdad

'. 7e conecta la clavi5a del cable ro5o en la posición de & (si la corriente es intensa)

o m& (si la corriente que pretendemos medir es peque>a). La del cable negro seconecta en la "embrilla CHE.

1. 7e sit6a el selector en la posición de &. 8ependiendo de la corriente quetengamos lo situaremos en el valor que más se adecue a nuestra medida.

. 7e intercala el pol$metro en serie con la bombilla de forma que la punta deconeión del cable negro esté conectada "acia el lado del polo negativo de la pila.


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3(edc!n de tens!n

'. 7e conecta la clavi5a del cable ro5o en la "embrilla Goltio+o"mio y la del cablenegro en la "embrilla CHE.

1. 7e sit6a el selector en la posición de G. 8ependiendo de la tensión que

tengamos lo situaremos en el valor que más se adecue a nuestra medida. 7i saleun ' a la izquierda de la pantalla es que "ay sobrecarga y se debe subir la escala.

. 7e conecta el pol$metro en paralelo con la bombilla. La punta del cable ro5o vaal polo positivo y la del negro al polo negativo. 7i la medida sale negativa seconectan las puntas al revés.

3 (edc!n de resstenca

!l valor de la resistencia de cualquier receptor en funcionamiento aumenta debidoal calentamiento que provoca el paso de corriente eléctrica. Por tanto debesseparar el componente del resto del circuito.

'. se conecta la clavi5a del cable ro5o en la "embrilla G+o"mio y la del cable negroen la membrilla CHE.

1. 7e sit6a el selector en la posición marcada con o"mio. !n un principio seselecciona el valor más alto de resistencias del selector y se ba5a "asta quedesaparece el ' de la izquierda de la pantalla.

. Conecta las puntas de los cables a los etremos del elemento de cual quieresconocer su resistencia.

3 Compro&ac!n de contnudad

7i un circuito no funciona puede ser un mal contacto interno de un interruptor opor rotura de un conducto. Para comprobarlo se usa el pol$metro en la posición demedir resistencias. 7i el valor indicado es cercano a cero o"mios el conductor noestá roto tiene continuidad. 7i el valor es muy grande del orden de o"mios elconductor está cortado

!n cualquier circuito eléctrico sencillo podemos distinguir diferentes tipos deelementos que cumplen una función determinada y que estudiamos acontinuación?

Generadores7on los elementos encargados de suministrar la energ$a al circuito creando unadiferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corrienteeléctrica.

Los elementos que se encargan de esta función son? las pilas bater$as dinamosy alternadores.


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Conductores

7on materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica por lo que se utilizancomo unión entre los distintos elementos del circuito.

:eneralmente son cables formados por "ilos de cobre trenzado y recubiertos por

un aislante plástico.

Receptores

7on los componentes que reciben la energ$a eléctrica y la transforman en otrasformas más 6tiles para nosotros como? movimiento luz sonido o calor.

&lgunos receptores muy comunes son? las lámparas motores estufas altavoceselectrodomésticos máquinas etc.

E"ementos de contro"

!stos elementos nos permiten maniobrar con el circuito conectando ydesconectando sus diferentes elementos seg6n nuestra voluntad.

Los elementos de control más empleados son los interruptores pulsadores yconmutadores.

E"ementos de protecc!n

!stos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y sus usuarios decualquier aver$a que los pueda poner en peligro.

Los más empleados son los fusibles y los interruptores de protección.

CONCEPTO$ )A$ICO$ DE LA$ LE4E$ O5(6 7IRC55OFF6 LEN86 FARADA46 4 0ATT$.

LE4 DE O5(

La corriente continua es un movimiento de electrones. Cuando los electronescirculan por un conductor encuentran una cierta dificultad al moverse. & estaSdificultadS la llamamos esistencia eléctrica.

La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres factores relacionadosba5o la siguiente ecuación?

La resistividad depende de las caracter$sticas del material del que está "ec"o elconductor.


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La ley de H"m relaciona el valor de la resistencia de un conductor con laintensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre susetremos. !n el gráfico vemos un circuito con una resistencia y una pila.Hbservamos un amper$metro que nos medirá la intensidad de corriente %. !lvolta5e que proporciona la pila G epresado en voltios la intensidad de corrientemedido en amperios y el valor de la resistencia en o"mios se relacionan por laley de H"m que aparece en el centro del circuito. Con la Ley de H"m podemos apreciar las siguientes magnitudes?

T SLa intensidad de la corriente es directamente proporcional al volta5e einversamente proporcional a la resistencia en todos los circuitos o elementoseléctricosS.

T ULa ca$da de tensión o diferencia de potencial es directamente proporcional alproducto de la corriente eléctrica a través del circuito por el valor de la resistenciaeléctrica del mismo.

T ULa resistencia eléctrica es directamente proporcional a la ca$da de tensión enun circuito o un elemento e inversamente proporcional a la corriente eléctrica através de él.

Le9es de 7rc22off !sta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Qirc""off y es com6n

que se use la sigla LCQ para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Qirc""off nos dice que?

!n cualquier nodo la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a lasuma de las corrientes que salen. 8e forma equivalente la suma de todas lascorrientes que pasan por el nodo es igual a cero

!sta fórmula es válida también para circuitos comple5os?

La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en

coulomb es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos

!sta ley es llamada también 7egunda ley de Qirc""off ley de lazos de Qirc""off oley de mallas de Qirc""off y es com6n que se use la sigla LGQ para referirse a estaley.


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!n un lazo cerrado la suma de todas las ca$das de tensión es igual a la tensióntotal suministrada. 8e forma equivalente la suma algebraica de las diferencias depotencial eléctrico en un lazo es igual a cero.

8e igual manera que con la corriente los volta5es también pueden ser comple5osas$?

!sta ley se basa en la conservación de un campo potencial de energ$a. 8ado unadiferencia de potencial una carga que "a completado un lazo cerrado no gana opierde energ$a al regresar al potencial inicial.

!sta ley es cierta incluso cuando "ay resistencia en el circuito. La validez de estaley puede eplicarse al considerar que una carga no regresa a su punto de partidadebido a la disipación de energ$a. /na carga simplemente terminará en el terminal

negativo en vez de en el positiva. !sto significa que toda la energ$a dada por ladiferencia de potencial "a sido completamente consumida por la resistencia lacual la transformará en calor.

!n resumen la ley de tensión de Qirc""off no tiene nada que ver con la gananciao pérdida de energ$a de los componentes electrónicos (esistores capacitoresetc. ). !s una ley que está relacionada con el campo potencial generado por fuentes de tensión. !n este campo potencial sin importar que componenteselectrónicos estén presentes la ganancia o pérdida de la energ$a dada por elcampo potencial debe ser cero cuando una carga completa un lazo.

Le9 de Len:

Ley? S!l sentido de la corriente inducida ser$a tal que su flu5o se opone a la causaque la produceS.La Ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que seopongan a la variación del flu5o magnético que las produ5o; no obstante esta ley esuna consecuencia del principio de conservación de la energ$a.

La polaridad de una tensión inducida es tal que tiende a producir una corrientecuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo eistenteproducido por la corriente original.!l flu5o de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dadopor?

8onde?


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V 9 #lu5o magnético. La unidad en el 7% es el Beber (Wb).

V 9 %nducción magnética. La unidad en el 7% es el tesla (


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Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la manoderec"a.

La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede "acer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.

Por medio del teorema de 7to=es puede obtenerse una forma diferencial de estaley?

Ista es una de las ecuaciones de EaBell las cuales conforman las ecuacionesfundamentales del electromagnetismo. La ley de #araday 5unto con las otras leyesdel electromagnetismo fue incorporada en las ecuaciones de EaBell unificandoas$ al electromagnetismo.

!n el caso de un inductor con @ vueltas de alambre la fórmula anterior setransforma en?

8onde GY es el volta5e inducido y dZ[dt es la tasa de variación temporal del flu5omagnético Z. La dirección volta5e inducido (el signo negativo en la fórmula) sedebe a la ley de Lenz.

Le9 de 1atts

!nunciado?ULa potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional ala tensión dela alimentación (v) del circuito y a la intensidad ( % ) que circule por él\!cuación?P 9 G . %!n donde?P 9 potencia en GatiosG 9


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!presado en unidades utilizadas en electricidad el vatio es la potencia producidapor una diferencia de potencial de 'voltio y una corriente eléctrica de ' amperio ('G&).

La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se epresa en vatios si son depoca potencia pero si son de mediana o gran potencia se epresa en =ilovatios(=W) que equivale a '--- vatios. /n =W equivale a 'N4,2 CG (caballos devapor).

electricidad y electronica. unidad 1

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