2. Valores eficaces.
En todo circuito de corriente continua, al ser constantes
la tensión y la intensidad, sus valores reales coinciden
con los que se deducen de la aplicación matemática de
las leyes correspondientes (ley de Ohm).
Pero las corriente alternas, en general, no se comportan
en la realidad con los valores de fuerza electromotriz y de
intensidad calculados teóricamente con las expresiones,
si no con unos valores diferentes.
Se entiende por valor eficaz de una corriente alterna
aquel valor que debería tener una corriente continua para
producir la misma energía en las mismas condiciones, es
decir, en el tiempo y a través de la misma resistencia.
Se demuestra que el valor eficaz de la tensión y de
la intensidad senoidal es, aproximadamente, el 70 % del
valor máximo dividido por la raíz cuadrada de dos. En la
práctica, cuando se dice que la tensión de una corriente
alterna es, por ejemplo 220 V, nos referimos siempre
3. Principios esenciales de
la corriente alterna
Hasta ahora hemos visto los componentes pasivos
RLC ( resistencia- Bobina-Condensador) y hemos
sacado la conclusión que el comportamiento que tiene
la resistencia al paso de la corriente es siempre el
mismo pero la bobina y el condensador tienen un
comportamiento específico al cambio de las variables
de la tensión y la corriente.
Dicho de otra forma, cuando se aplica una tensión a la
resistencia, la corriente que pasa por el mismo es
proporcional al valor de la tensión en cada instante. El
L y C eso no ocurre, porque debido a los procesos de
los campos magnéticos en unos ( Bobinas ) y campos
eléctricos en otros ( Condensadores ) se va a cumplir
lo de antes, pero va a existir un desfase de la tensión
respecto a la corriente en los bornes de cada uno.
Además tenemos otro factor que va a ser la
frecuencia, que no modifica las condiciones en un
circuito resistivo puro pero en los circuitos donde hay
una bobina y/o un condensador, la oposición que
presentará a la corriente va a variar. Por todo ello, no
vemos con el término Impedancia, vectores y números
complejos. Todo ello necesario para poder
entender este tipo de circuito
4. generalidades
Los circuitos eléctricos deben entenderse siempre como cerrados; es
decir, los electrones, como partículas portadoras de carga eléctrica,
deben recorrer un camino de ida desde el generador hasta el receptor o
punto de consumo; y otro de retorno desde esté hasta aquél.
Corriente eléctrica. Intensidad de corriente.
La carga eléctrica que pasa por una sección de un conductor en la
unidad de tiempo se denomina intensidad de corriente; y su valor,
expresado en unidades del Sistema Internacional, se mide en Amperios
(A).
El sentido real del movimiento de los electrones es opuesto al de las
cargas positivas, que se considera como convencional. La razón de este
criterio se basa en que antiguamente se pensaba que la corriente
eléctrica consistía en un movimiento de las cargas positivas, y todas las
leyes de electromagnetismo (leyes experimentales) se enunciaron con
este modelo. Mantener la "realidad" de estas leyes exige aceptar la
interpretación.
5. Corriente continua y corriente alterna.
Por corriente continua se entiende aquella en la que el
sentido de movimiento de los electrones es siempre el mismo,
y consecuentemente también lo es el de la intensidad. Si,
como sucede con frecuencia, es constante la diferencia de
potencial que existe en los bornes del generador, también lo
será el valor de la intensidad, cumpliéndose en cada caso la
ley de Ohm para un hilo conductor la generalizada al circuito
Por corriente alterna se entiende aquella en la que varía
periódicamente el sentido del movimiento de los electrones, y
en consecuencia, el de la intensidad. La razón de este
fenómeno es, asimismo, una variación periódica en la
polaridad producidas en los bornes del generador.
En una corriente alterna, al no ser constante la diferencia de
potencial en los bornes del generador, tampoco lo es el valor
de la intensidad de corriente. los valores instantáneos de la
tensión y de la intensidad vienen dados por las siguientes
expresiones:
e(t)= E(max)*sen wt
i(t)= I(max)*sen wt
que, como se ve, son funciones senoidales y ,
consecuentemente , periódicas. Las representaciones gráficas
de estas funciones se recogen en las siguientes figuras:
6. magnitudes
Dentro de cada átomo es posible distinguir dos zonas. La
zona central llamada núcleo, concentra unas partículas
subatómicas que tienen carga eléctrica positiva
llamadas protones y otras partículas neutras, desde el punto
de vista de la carga eléctrica, llamados neutrones.
Rodeando al núcleo se localiza la corteza. En esta zona se
mueven los electrones, que son partículas con carga eléctrica
negativa, girando en orbitales que envuelven al núcleo.
Un átomo está en equilibrio eléctrico cuando tiene igual
número de protones que de electrones. De no ser así,
prevalece carga eléctrica en algún sentido, y entonces se le
llama ión positivo (catión) cuando ha perdido electrones
o ión negativo (anión) si tiene exceso de electrones.
Definiremos:
Carga eléctrica:
Un cuerpo en el que sus átomos han perdido electrones
está cargado positivamente, y si sus átomos han captado
electrones está cargado negativamente.
La unidad para medir la carga eléctrica en el Sistema
Internacional de Unidades es el culombio.
Un Culombio representa la carga que presentarían
6,24x1018 electrones.
Corriente eléctrica
Desplazamiento de electrones por el interior de un
material conductor
7. inductancia
En electromagnetismo y electrónica,
la inductancia ({displaystyle L}), es una medida de la
oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina
que almacena energía en presencia de un campo magnético,
y se define como la relación entre el flujo
magnético ({displaystyle mathbf {Phi } }) y la intensidad de
corriente eléctrica ({displaystyle I}) que circula por la bobina y
el número de vueltas (N) del devanado:
La inductancia depende de las características físicas del
conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un
conductor, la inductancia aparece. Con muchas espiras se
tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un
núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la
inductancia.
El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido
por la corriente {displaystyle I} exclusivamente. No deben
incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes
situados cerca ni por ondas electromagnéticas.
Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el
flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir
las variaciones del flujo y eso sólo a través de la Tensión
Eléctrica {displaystyle V} inducida en el conductor por la
variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de
inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que
se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:
8. capacitancia
Capacitancia y Capacitor
Llamamos capacitancia (C) a la capacidad que tiene un dispositivo
(normalmente un conductor) para almacenar carga eléctrica.
Matemáticamente, la capacitancia de un conductor se define como:
donde:
C = capacitancia, medida en farad=coulomb/volt . El farad o faradio es la
unidad del S. I. para la capacitancia, y su símbolo es: F.
Q = carga eléctrica del conductor, medida en coulomb (C).
V = potencial eléctrico al que se encuentra el conductor, medido en volt
(V).
Una esfera conductora aislada tiene una capacitancia dada por la
siguiente expresión:
donde:
C = capacitancia, medida en farad (F).
.
r = radio de la esfera, medido en metro (m).
Un capacitor, también llamado condensador, es un dispositivo utilizado
para almacenar carga eléctrica, y está formado, básicamente, por dos
conductores cercanos entre sí, que tienen cargas iguales, pero de signo
contrario. Nosotros analizaremos el caso más sencillo, que es
el capacitor de placas planas paralelas idénticas, como se muestra el
la siguiente figura.
Para cualquier capacitor, se define su capacitancia como:
donde:
C = capacitancia, medida en farad (F).
Q = carga eléctrica de cualquiera de la placas del capacitor, medida en
coulomb (C).
V = diferencia de potencial eléctrico entre las placas del capacitor, medido
en volt (V).
9. Circuitos
eléctricos
Un circuito es una red electrónica
(fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al
menos una trayectoria cerrada. Un circuito lineal, que consta
de fuentes, componentes lineales (resistencias,
condensadores, inductores) y elementos de distribución
lineales (líneas de transmisión o cables), tiene la propiedad de
la superposición lineal. Además, son más fáciles de analizar,
usando métodos en el dominio de la frecuencia, para
determinar su respuesta en corriente directa, en corriente
alterna y transitoria.
Un circuito resistivo es un circuito que contiene solo
resistencias, fuentes de voltaje y corriente. El análisis de
circuitos resistivos es menos complicado que el análisis de
circuitos que contienen capacitores e inductores. Si las fuentes
son de corriente directa (corriente continua), se
denomina circuito de corriente directa (o continua).
Un circuito que tiene componentes electrónicos se denomina
circuito electrónico. Generalmente, estas redes son no lineales
y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más
complejos.
10. Potencia
eléctrica
La potencia eléctrica es la proporción por unidad de tiempo, o
ritmo, con la cual la energía eléctrica es transferida por
un circuito eléctrico. Es decir, la cantidad de energía
eléctrica entregada o absorbida por un elemento en un
momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional
de Unidades es el vatio o watt (W).
Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito,
puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o
termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica
de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara
incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz)
o procesos químicos. La electricidad se puede producir
mecánica o químicamente por la generación de energía
eléctrica, o también por la transformación de la luz en
las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar
químicamente en baterías.
La tensión eléctrica se puede definir como el trabajo por unidad
de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula
cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. La
tensión es independiente del camino recorrido por la carga y
depende exclusivamente del potencial eléctrico entre dos
puntos del campo eléctrico.