Corriente Alterna

La corriente alterna es la forma usada para el suministro de electricidad en la industria y en los hogares.

Se caracteriza por que su magnitud y dirección varían

                   ¿Que es la corriente alterna?

En la mayoría de las lineas de electricidad se transporta corriente alterna.

Muy poca corriente continua se utiliza para iluminación eléctrica y como fuerza motriz.

Existen muy buenas razones para elegir la corriente alterna en la transmisión de fuerza motriz. Una de ellas, es que la tensión de corriente alterna puede elevarse o disminuirse con facilidad y con perdidas despreciables de potencia mediante  el transformador, mientras que las tensiones de corriente continúan, no se pueden modificar sin una perdida considerable de potencia. Ese factor reviste gran importancia en la transmisión de la energía eléctrica ya que grandes cantidades de fuerza motriz deben transportarse a voltajes muy altos.

En la planta electromotriz, el voltaje es elevado por los transformadores a tensiones muy altos, que se envían a las lineas de transmisión. Luego en el otro extremo de la linea, otros transformadores se encargan de reducir la tension a valores aprovechables para iluminación y fuerza motriz común.

Los distintos equipos eléctricos exigen tensiones diferentes para el funcionamiento correcto, tensiones que pueden obtenerse con facilidad mediante el transformador y una linea transmisora de corriente alterna. 

Para obtener estas tensiones en corriente continua se requeriría un circuito complejo y poco rendido.

Ciclos de corriente alterna

Se dice que completa un ciclo cuando la onda de tensión o intensidad de CA describe un juego completo de valores positivos y negativos.

Generador elemental de corriente alterna

Un generador elemental consiste en una espira de alambre colocado de manera que se la pueda hacer girar dentro de un campo magnético estacionario, para que este produzca una corriente inducida en la espira. Para conectar la espira con un circuito externo y aprovechar la corriente inducida se utilizan contactos deslizantes.
 

La tensión del generador se denomina '' Tensión alterna'' , puesto que alterna periódicamente entre positivo y negativo. E l flujo de corriente, puesto que varia a medida que varia la tensión, también tiene que ser alterna. En cuanto a la intensidad , también se le denomina Intensidad alterna. La intensidad alterna siempre esta asociada a un voltaje interno, puesto que la tensión alterna siempre provocara un flujo alterno de corriente.

                   

  

Control De Flujo De Corriente

El comportamiento del flujo de corriente esta regido por la ley  de Ohm y sus derivaciones, que son la base del estudio de la electricidad.

Resistencias.

Todo material ofrece cierta oposición al flujo de corriente, oposición que puede ser grande o pequeña.
Esta oposición se denomina resistencia 
   
 La resistencia depende:
乛 Longitud                       
乛Area de sección    transversal      
乛Temperatura 
      
乛Longitud:

Cuando mayor sea la longitud del conductor, mayor es la resistencia.

Sección:

La resistencia es menor cuando mayor sea la sección del conductor.

 Temperatura:

Entre mayor sea la temperatura de un material, mayor es la resistencia de este. 

Material:

Cuanto mayor sea el coeficiente de conductividad que tiene el conductor, menor es la resistencia al paso de la corriente.

La resistencia se representa con la letra R, la unidad para la medición de la resistencia es el Ohm ( Ω.). La resistencia se representa dentro de un circuito.

                                LEY DE OHM.


La ley de Ohm establece que en un circuito eléctrico,el valor de la corriente es directamente proporcional al voltaje aplicado inversamente proporcional a la resistencia del circuito. 

V/I = R          
                     V= voltaje ( V)
                       
                     R= Resistencia
                      I= Corriente

 Existe una manera sencilla de saber cual es la formula que se debe utilizar en un momento dado: usando un triangulo de Ohm donde se coloca la corriente, el voltaje, y la resistencia.

Para utilizar el triangulo se cubre el valor que se desea calcular y las letras restantes hacen la



             Circuitos en serie y en paralelos


Las resistencias en un circuito eléctrico pueden estar dispuestas en serie o en paralelo:

Circuitos de Corriente Continua en Serie

Cuando se tiene N resistencias conectadas en serie la resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias. Esto es:             
                RT= R1 + R2 + R3 +...+ RN



Circuitos de Corriente Continua en Paralelo

Se dice que varios elementos están en paralelo cuando la caída de potencial entre todos ellos es la misma. Esto ocurre cuando sus terminales están unidas entre sí como se indica en el esquema siguiente:

• Ahora la diferencia de potencial entre cualquiera de
las resistencias es V, la existente entre los puntos A y B.


• La corriente por cada una de las resistencias es V/Ri (i=1,2,3).


• La corriente total que va de A a B será I1+ I2 + I3

• La resistencia total de N número de resistencias en paralelo está dada por la siguiente ecuación:

Al haber tres caminos alternativos para el paso de la corriente, la facilidad de paso (conductancia) ha aumentado: la facilidad total es la suma de las facilidades. La conductancia 1/Rp ha de ser la suma de las conductancias de las resistencias componentes de la asociación:

              1/Rp = 1/R₁+ 1/R₂+ 1/R₃

      Inductancia

Así como la resistencia se opone ante el flujo de corriente, la inductancia (L) se opone al cambio del flujo de corriente.
El dispositivo que cumple eficazmente esta función es el inductor,
que físicamente es una bobina que tiene numerosos espiras de
alambre de cobre, de un diámetro muy fino y con un forro o aislante,
arrollados en un tubo de baquelita.


Cuando un flujo de electrones circula a lo largo de un conductor, empieza a expandirse un campo magnético desde el eje del conductor. Las líneas de fuerza del campo magnético se mueven hacia afuera, a través del material conductor, continuando después por el aire, induciendo un voltaje en el propio conductor. Este voltaje inducido tiene siempre una dirección opuesta al de la circulación de la corriente. Debido a dicha dirección opuesta, a este voltaje se le llama fuerza contra electromotriz (f.c.e) o f.e.m inversa.


La inductancia se expresa en henrios (H) pero como es una unidad de medición grande, es más común usar sus submúltiplos milihenrios (mH, 1 x10-3 H = .001 H) y microhenrios (μH, 1 x 10-6 H = .000001 H).


El efecto de la f.c.e que se crea en el conductores el de oponerse al valor máximo de la corriente, aunque esta es una condición temporal.
Cuando la corriente que pasa por el conductor alcanza finalmente un valor permanente, las líneas de fuerza dejan de expandirse o moverse y ya no se produce f. c. e. m.


En el instante en que la corriente empieza a circular, las líneas de fuerza se expanden con la máxima velocidad y se produce el valor máximo de la f.c.e. En dicho instante, la f.c.e.m tiene un valor justo inferior al voltaje aplicado.

Capacitancia

Así como la inductancia se opone ante cualquier cambio en la
corriente, la capacitancia (C ) se opone ante cualquier cambio en el
voltaje.
El dispositivo que introduce la capacitancia a los circuitos es el capacitor. Este dispositivo almacena energía en un campo electrostático y la libera posteriormente.Un capacitor está formado por 2 placas conductoras paralelas entre sí, separadas por una capa delgada de material aislante. A este material no conductor se le conoce como dieléctrico.

 La unidad para expresar la capacitancia es el faradio (F) pero
los capacitores comúnmente se clasifican en μF=1 x 10-6
(microfaradios) o pF=1 x 10-12 (picofaradios).
El capacitor se representa mediante los siguientes símbolos:

Funcionamiento de un Capacitor
 En el instante en que se cierra el interruptor, el terminal negativo de la batería empieza a impulsar electrones a la placa superior del capacitor, así como también se extraen electrones de la placa inferior del capacitor al extremo positivo de la batería. A medida que se establece una diferencia de electrones entre las 2 placas, aparecen líneas de fuerza
electrostáticas entre ellas.

A. En el momento de cerrar el interruptor no existe en el capacitor f.e.m inversa y la amplitud de la corriente viene determinada únicamente por la resistencia del circuito. Con el tiempo, entran más electrones al capacitor y se produce en él una f.e.m inversa cada vez mayor, haciendo que la corriente en el circuito vaya decreciendo. Una vez que la f.e.m inversa iguala a la de la fuente, la corriente dejará de A circular completamente.

B.  Por otra parte, el capacitor no puede descargarse a través de la fuente, ya que la polaridad del voltaje de la fuente es tal que se opone al voltaje del capacitor. Debido a lo anterior, el capacitor debe contar con una trayectoria de descarga, como se muestra en la figura (corriente de descarga). En el instante
tX se mueve el interruptor de manera que la fuente quede desconectada del capacitor  para empezar el proceso de descarga.

Potencia Eléctrica – Ley de Joule

Es probable que, por experiencia propia,usted ya sepa que la mayor parte de los equipos eléctricos indican su voltaje y potencia, en volts y watts. Las lámparas eléctricas de 220 volts, también indican sus watts y suelen identificarse más en watts que en volts.
¿Qué significa esta indicación en watts para los equipos eléctricos?
Los watts de las lámparas eléctricas y otros equipos indican la velocidad con que la energía eléctrica se convierte en otra forma de energía, como calor o luz.
Cuanto mayor sea la rapidez con que la lámpara convierte energía eléctrica en luz, mayor será su luminosidad. De este modo, una lámpara de 100 watts suministra más luz que una de 75 watts. Del mismo modo, los watts de motores, resistencias y otros dispositivos eléctricos indican la velocidad con que éstos
transforman energía eléctrica en alguna otra forma de energía. Si se excede la cantidad de watts normales, el equipo o dispositivo se recalienta o se deteriora.

Ley de Joule

En la aplicación práctica de este efecto, son particularmente importantes las relaciones entre las magnitudes eléctricas corriente (I), voltaje (U) y resistencia (R) con la cantidad Q de calor desarrollado. La cantidad de calor se mide en calorías. Una caloría (cal) es la cantidad necesaria para llevar a 1ºC
la temperatura de 1g de agua. Joule encontró, como consecuencia de sus experiencias, que una corriente de 1Amp desarrolla 0.239 cal en una resistencia de 1 W. Este número, determinado por la experiencia, se llama equivalente termoeléctrico. El calor desarrollado en un segundo es 0.239 U.I.cal y en un tiempo de t segundos: Establece que todo conductor recorrido por una corriente se calienta, lo cual produce el llamado "efecto calórico" de la corriente eléctrica.

Q = 0.239 U.I.t calorías


De acuerdo a la ley de Ohm, U = I R. Sustituyendo esta relación, se obtiene la ley de Joule en su segunda forma:


   Q = 0.239 I² x R x t calorías
 

Expresión que determina el calor generado en una resistencia R, por una corriente de I ampares, enun tiempo t.

¿Que son los circuitos eléctricos?

Los instrumentos de medición de voltaje y la corriente son herramientas básicas para quien trabaja con aparatos eléctricos y electrónicos.

Voltaje (Diferencia de potencial)

Para que exista una corriente eléctrica se requiere de algo que fuerce a que los electrones circulen ordenadamente; Una fuerza de origen eléctrica, denominada fuerza electromotriz (F. e. m) cuya unidad es el volt (V).

Esta fuerza es la que proporcionan los generadores de electricidad como las pilas, baterías, alternadores, etc. En los generadores de electricidad como consecuencias de algún tipo de proceso, se produce en su interior lo que se llama una F.e.m la cual se puede definir de la siguiente manera.

Fuerza electromotriz:

Es la fuerza que obliga a los electrones a moverse dentro del generador y que tiene por efecto producir una tensión eléctrica.

La tensión eléctrica, que se expresa en volt, es la fuerza que hace que los electrones se muevan ordenadamente en una cierta dirección a través de las lineas conductoras (circuito), osea lo que hace que aparezca una corriente eléctrica. Este principio se ilustra en la figura.

Circuitos eléctricos:

Un generador de electricidad suministra una tensión eléctrica (volt) que hace que circule una corriente eléctrica a través del receptor (Carga) para desarrollar un cierto trabajo (Luz, calor, fuerza mecánica, etc.). Las lineas conductoras son el medio de transporte de la energía eléctrica, del generador a la carga.

Mientras mas carga

tenga el material, mayor ➕  TENSIÓN  ➕  FLUJO DE ELECTRONES

sera su potencial para                                     

producir un flujo de

electrones.

Visto de una forma mas técnica, aparecen otros términos relacionados que se denominan potencial eléctrico y diferencia de potencial.

Potencial eléctrico:

Se define por potencial eléctrico en un punto al trabajo necesario para trasladar la unidad de carga eléctrica positiva desde el infinito hasta dicho punto. Es un trabajo por unidad de carga, que se mide en volt (V) la unidad volt resulta ser pues el trabajo de un joule (j) sobre la carga de coulomb (C).

Ejemplo:

Se tiene el potencial de un volt si se realiza el trabajo de un joule para trasladar la carga de un coulomb: 1 v = 1j/ 1c.

Diferencia de potencial:

Se define por diferencia de potencial entre dos puntos al trabajo necesario para que la unidad de carga se traslade de un punto a otro. La diferencia de potencial también se mide en volts.

Ejemplo:

Se tiene en volts si realiza el trabajo de un joule para que la carga de un coulomb se mueva de un punto a otro.

En resumen, los términos de fuerza electromotriz, tensión potencial y diferencia de potencial se expresan mediante la unidad volt, y a menudo son denominados como voltaje cuyo símbolo es la letra V o E, aunque también se representan como una U. Por ejemplo, respecto a una pila de 9v se puede decir que la pila proporcionan una tensión de 9v, que entre sus terminales positivo (+) y negativo (-) aparece la diferencia de potencial de 9v o simplemente que genera un voltaje de 9v.

Ejemplo: 

Clavo grande requiere martillo grande. Mayor flujo de corriente exige mas voltaje. 

Medición del voltaje:

El instrumento para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico se denomina voltímetro.

 

              Principio de funcionamiento 

 Como hemos visto, el flujo de corriente siempre se produce cuando la mayor parte del movimiento de electrones se realiza en una dirección. Además, este movimiento de electrones se realiza en una dirección. Además este movimiento se hace desde una carga (-) a una carga (+), y solo se produce cuando existe diferencia de carga. Para crear la carga es necesario mover a los electrones, ya sea para causar un exceso o una falta de los mismos en el lugar donde debe existir la carga.
 

Las cargas se pueden obtener con cualquiera de las fuentes de electricidad que se han visto anteriormente. Esas fuentes suministran la energía necesaria para realizar el trabajo que significa mover los electrones para formar una carga. No importa la clase de energía empleada para crear la carga. Dicha energía se convierte en energía eléctrica una vez producida la carga. La cantidad de energía eléctrica que posee la carga idéntica a la cantidad de energía que la fuente tuvo que desarrollar para crear dicha carga.

¿Como se mide el voltaje?

Las magnitudes básicas a medir en un circuito son la intensidad de corriente y el voltaje. La medida de la intensidad de corriente eléctrica se efectúan con aparatos denominados Amperímetros.

La medida de diferencias de potencial o voltajes se efectúan con voltímetros.

Los voltímetros se conectan en paralelos entre los puntos donde quiere medirse la diferencia de potencial.

Corriente ( Densidad de corriente)

La corriente se puede definir como un flujo ordenado los electrones, es decir los electrones en movimiento constituyen una corriente eléctrica, los cuales, al aplicarles un voltaje como por ejemplo de un una batería, es posible forzar de su trayectoria circular y ocasionar que pasen de un átomo a otro.  

La corriente que pasa por un alambre tiene una dirección y una magnitud. El amper corresponde a una carga que se mueve con una rapidez de 1 c/s (Un coulomb por segundo).

Hay 2 maneras de representar la dirección de la corriente eléctrica:

➖Sentido real: Físicamente, el sentido de la corriente eléctrica va de negativo (-) a positivo (+)

➖Sentido convencional: Va al revés del sentido real; osea de positivo o negativo.

¿Como se mide la corriente eléctrica?

El caudal o intensidad de corriente esta dado por el numero de electrones que pasa por un material en un periodo de tiempo dado, siendo el coulomb la medida que indica la cantidad de electrones, contando la cantidad de coulombs que pasan en un periodo de tiempo dado se mide el caudal o intensidad de la corriente.

La unidad de intensidad de corriente es el ampare. La intensidad o caudal es de un ampare cuando un coulomb de electrones pasa por el material en un segundo, de dos ampares cuando pasan dos coulombs por segundo, etc.

El amperímetro es el instrumento que se encarga de medir la cantidad de coulombs que pasan por segundo (Amperes)

Tipos de energia

Para producir electricidad se debe utilizar alguna forma de energía que ponga en movimientos los electrones. Se pueden emplear seis formas de energía:

• Fricción:

Se produce al frotar 2 materiales. Uno de los objetos gana electrones y el otro los pierde.
El sistema completo no gana ni pierde electrones, si los objetos que se friccionan son muy conductores, esas cargas se neutralizan rápidamente. Si por el contrario son pocos conductores ambos objetos quedan con carga eléctrica.

Ley de Coulomb:

Expresa que dos cargas puntuales se atraen o se repelen con una fuerza directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Campo Eléctrico:

Cualquier carga eléctrica ejerce en el espacio que lo rodea, fuerza de atracción o repulsión sobre otras cargas, tal y como la hemos visto anteriormente, estas fuerzas varían según la ley de Coulomb.

Ley de Gauss:

El flujo eléctrico  a través de una superficie cerrada es iguala la carga neta silbada en el interior, dividida por la constante dieléctrica del medio. Esta expresión es una de las expresiones fundamentales de la electrostática, promocionando métodos para el calculo del campo creado por cuerpos cargados.

• Presión:

Se produce sometiendo a presión mecánica cristales llamados Piezoelectricos. El uso mas habitual es el de los encendedores electrónicos que, al recibir un golpe, generan una corriente eléctrica de alto voltaje que crea la chispa para el encendido. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico.
El efecto Piezoelectrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico recuperan su forma.

• Calor ( Termoelectricidad)

Se produce al calentar una unión de dos metales disimiles.

Ejemplo:

Los termocuplas se utilizan como medidas de seguridad, por ejemplo estufas o calefones cuando reciben calor provocan electricidad y cuando dejan de recibir hacen cerrar el circuito para evitar perdidas de gas.

• Luz (Fotoelectricidad)

Se produce por la incidencia de la luz en sustancias fotosensibles (sensibles a la luz)

Atención: 

La célula fotoeléctrica depende de una batería o de alguna otra fuente de electricidad en su función de determinar variaciones de luz. 

• Acción química

Se produce por una reacción química.

En las pilas primarias pueden emplearse casi todos los metales, ácido y sales.

Muchos tipos de pilas primarias se usan en laboratorios y con fines especiales, pero la que habrá utilizado usted y que utilizara con mayor frecuencia es la pila seca.

• Magnetismo

Se produce en un conductor cuando este se mueve a través de un campo magnético o un campo magnético se mueve a través del conductor, de tal manera que el conductor corte las lineas del campo magnético.

El método mas común para producir la electricidad que se utiliza como corriente eléctrica es el que emplea el magnetismo. La fuente de electricidad tiene que ser capaz de mantener una carga grande debido a que la misma se emplea para suministrar corriente eléctrica. Si bien el frotamiento, la presión, el calor y la luz son fuentes de electricidad, su uso se limita a aplicaciones menores.

¿Cual es el origen de la electricidad?

Los electrones giran alrededor del núcleo debido al equilibrio de dos fuerzas: La fuerza propia del electrón que lo mantiene siempre en movimiento y La fuerza de atracción que ejerce el núcleo sobre el electrón. Los electrones que se encuentran en la órbita mas lejana del núcleo pueden salirse de sus órbitas, aplicándoles alguna fuerza externa como un campo magnético o una reacción química. A este tipo de electrones se les conoce como: Electrones libres.



El movimiento de electrones libres de un átomo a otro origina lo que se conoce como: corrientes de electrones, o lo que también se denomina corriente eléctrica. Esta es la base de la electricidad.





Electricidad Estática y Dinámica:

Los electrones son negativos y se ven atraídos por cargas positivas, siempre habrá atracción desde una fuente en donde haya exceso de electrones hacia una fuente que tenga deficiencia de electrones, la cual tiene una carga positiva: Para que un material pueda estar electricamente cargado, debe tener mas electrones que protones o viceversa.

¿PORQUE?    
Las cargas opuestas se atraen y las iguales se repelen. 

Dirección.
Del negativo (-)
Al positivo (+)



Electricidad Estática/ Carga Eléctrica.

Cuando los electrones viajan por un cuerpo y llegan al borde del mismo, se genera electricidad. Esta electricidad se manifestó solo por acción de presencia, por lo tanto es llamada electricidad de presencia, por lo tanto es llamada Electricidad estática o carga eléctrica.



Electricidad Dinámica/ Corriente Eléctrica.

Cuando los electrones fluyen por un cuerpo desde un extremo hacia el otro, se genera la electricidad dinámica o corriente eléctrica.



Con la electricidad estática podemos tener descargas, pero con la electricidad dinámica obtenemos efectos diferentes, como por ejemplo: luz, calor, fuerza motriz, etc.

El movimiento disperso de los electrones libres de un átomo a otro es normalmente igual en todas direcciones, de manera que ninguna parte del material en particular gana ni pierde electrones. Cuando la mayor parte del movimiento de los electrones se produce en la misma dirección, de manera que parte del material pierde electrones mientras que la otra parte los gana, el movimiento o flujo se denomina: Flujo de corrientes.




Recuerda:

Siempre habrá atracción desde una fuente en donde haya exceso de electrones hacia una fuente que tenga deficiente de electrones la cual tiene una carga positiva.

¿Que es la electricidad?

    

La electricidad es la acción que producen los electrones al trasladarse de un punto a otro,  ya sea por su falta o exceso de los mismos en un material.
 Es la forma de energía producto de la acción especifica de los electrones.

Electrones:
Todos los efectos de la electricidad pueden explicarse y predecirse presumiendo la existencia de una diminuta partícula denominada Electrón.
Aplicando esta teoría electrónica los hombres de ciencia han hecho predicciones y descubrimientos que pocos años atrás parecían imposibles. La teoría electrónica no solo constituye la base para el diseño de equipos eléctricos y electrónicos de todo tipo, sino que explica los fenómenos químicos y permite a los químicos predecir y formar nuevos compuestos, como las maravillosas drogas sintéticas.
En vista de que la presunción de la existencia del electrón ha conducido a tantos importantes descubrimientos en el campo de la electricidad, la electrónica, la química y la física atómica, podemos suponer, sin temor a equivocarnos que el electrón es una realidad. Todos los equipos eléctricos y electrónicos han sido diseñados en base a las teorías de los electrones.
 
¿Como se desplaza el electrón en un material?

Para que los electrones puedan moverse es necesario que alguna forma de energía se convierta en electricidad. Se pueden emplear seis formas de energía, cada una de las cuales podría considerarse como fuente independiente de electricidad.








Para entender bien estos conceptos, debemos empezar por el principio: conociendo al electrón, al átomo y a la estructura atómica de la materia.

Estructura de la materia:

La materia puede definirse como cualquier cuerpo que ocupa un lugar en el espacio y tiene peso. Por ejemplo: la madera, el aire, el agua, Etc. Toda materia esta compuesta de moléculas formadas por combinaciones de átomos, los cuales son partículas muy pequeñas. Los principales elementos que forman al átomo son el electrón, el proton, el neutron y el núcleo.




En el núcleo de un átomo hay:

• Protones, que tienen una carga positiva (+)
• Neutrones, que no poseen carga.

Los electrones, en cambio, se encuentran girando en órbitas alrededor del núcleo y tienen una carga negativa(-)