Dipolo eléctrico

El dipolo eléctrico es un componente eléctrico que tiene dos terminales y, como resultado de la ley de malla , solo un puerto eléctrico. Por ejemplo, lámparas , interruptores , generadores , baterías , diodos , LED , resistencias y motores son dipolos. Generalmente hay dos tipos de dipolos:

Los generadores que convierten una forma de energía en energía eléctrica y, por lo tanto, pueden permitir que fluya la corriente eléctrica, casi siempre son dipolos activos.
Los receptores que convierten la energía eléctrica en otra forma de energía. Pueden ser dipolos activos o dipolos pasivos.

Clasificación de dipolos

Se clasifican los dipolos según su característica eléctrica , es decir una curva representativa, ya sea de la función , o de la función recíproca con $u_ {D} = f (i_ {D}) \,$ $i_ {D} = f ^ {{- 1}} (u_ {D}) \,$

$u_ {D} \,$ : voltaje a través del dipolo,
$identificación} \,$ : intensidad de la corriente que fluye a través del dipolo

Dipolos pasivos y activos

Los dipolos pasivos tienen una característica que pasa por el origen ( u = 0; i = 0) y que es tal que el producto ui es estrictamente positivo fuera del origen (0, 0). En particular, cualquier característica creciente que pase por el origen garantiza la pasividad. Excepto en el caso particular de dispositivos complejos destinados a comportarse como resistencias negativas , solo pueden consumir energía eléctrica.
Los dipolos activos tienen una característica que no pasa por el origen y parte de la potencia que ponen en juego no se corresponde con el efecto Joule.

Dipolos lineales

Este nombre ambiguo cubre dos significados:

dipolos cuya característica es una línea recta,
dipolos para los cuales la función f : u D = f ( i D ) es una función diferencial con coeficiente constante.

Para dipolos pasivos no lineales, definimos para un punto de operación dado :

la resistencia estática : R S = U / I
resistencia dinámica : R D = d U / d I

Dipolos simétricos

Dipolos cuya característica es simétrica con respecto al origen. Para estos dipolos, la dirección de ramificación es irrelevante.

Impedancia de un dipolo

En un régimen de corriente sinusoidal, el comportamiento de los dipolos depende de la frecuencia f por lo tanto de la pulsación ω = 2 π f

Definimos la impedancia de un dipolo por:

${\ Displaystyle Z _ {\ omega} = {\ frac {U _ {\ omega}} {I _ {\ omega}}}}$ , con

${\ Displaystyle U _ {\ omega}}$ : valor rms del voltaje de pulsación ω a través del dipolo
${\ Displaystyle I _ {\ omega}}$ : valor rms de la intensidad de la corriente de pulsación ω a través del dipolo.

Dipolos lineales ideales

Son dipolos virtuales que responden perfectamente a ecuaciones matemáticas con coeficiente constante. Los dipolos reales se asimilan a estos dipolos ideales o se consideran asociaciones particulares de estos dipolos ideales.

Dipolos pasivos ideales

Hay cuatro de ellos:

Las resistencias puras

Respetan exactamente la relación u = R i . con R constante cualesquiera que sean las condiciones de uso.

En régimen sinusoidal, su impedancia compleja es, por tanto, igual a R

Los inductores puros

Respetan la relación exactamente

u = L \ cdot {\ frac {di} {dt}}

con L constante cualesquiera que sean las condiciones de uso.

En régimen sinusoidal, su impedancia compleja es, por tanto, igual a j.Lω

Los condensadores perfectos

Respetan la relación exactamente

i = C \ cdot {\ frac {du} {dt}}

con C constante sean cuales sean las condiciones de uso.

En su esquema de impedancia compleja sinusoidal es igual a 1 / j.Cω .

Dipolos activos ideales

Las fuentes ideales de tensión

Entregan un voltaje continuo o variable a lo largo del tiempo totalmente independiente de la corriente que fluye a través de ellos.

Las fuentes ideales de corriente

Requieren ser atravesados por una corriente continua o variable en el tiempo totalmente independiente de la tensión en sus terminales.

Propiedades físicas de los dipolos lineales

Cuando un conjunto de estos dipolos se alimenta en un régimen de tensión sinusoidal , la corriente que lo atraviesa también es sinusoidal y de la misma frecuencia.
El factor de potencia de un conjunto de dipolos lineales es siempre igual al coseno del desplazamiento de fase de la corriente con respecto al voltaje (el cos φ )

Energía consumida por un dipolo eléctrico

Un dipolo atravesado por una corriente de intensidad y cuya tensión en sus terminales es pone en juego una potencia tal que . $I \,$ $u \,$ $pag \,$ $p = u \ cdot i \,$

Esta potencia corresponde a la potencia consumida cuando se señalan con flechas u e i según la convención del receptor (en la dirección opuesta) y a la energía suministrada cuando se señalan con las flechas con la convención del generador.

Notas y referencias

(en) Derek Rowell y David N. Wormley, System Dynamics: An Introduction , Prentice-Hall,1997, 592 p. ( ISBN 0-13-210808-9 ) , pág. 93.
Cabe señalar que un dipolo eléctrico, aunque tenga al menos un puerto eléctrico, puede tener otros puertos, por ejemplo un puerto térmico para materializar los fenómenos disipativos.
(in) Chua LO y Green DN " Propiedades gráficas teóricas de redes dinámicas no lineales " , Transacciones IEEE en circuitos y sistemas , vol. 23, n o 5,Mayo de 1976, p. 292-312

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