1. Flujo De Electrones.
La corriente eléctrica es una corriente de electrones que atraviesa un material.
Algunos materiales como los "conductores" tienen electrones libres que pasan con
facilidad de un átomo a otro.
Estos electrones libres, si se mueven en una misma dirección conforme saltan de
un átomo a átomo, se vuelven en su conjunto, una corriente eléctrica.
Para lograr que este movimiento de electrones se de en un sentido o dirección, es
necesario una fuente de energía externa.
Cuando se coloca un material eléctricamente neutro entre dos cuerpos cargados
con diferente potencial (tienen diferente carga), los electrones se moverán desde el
cuerpo con potencial más negativo hacia el cuerpo con potencia más positivo.
Los electrones viajan del potencial negativo al potencial positivo. Sin embargo se
toma por convención que el sentido de la corriente eléctrica va desde el potencial
positivo al potencial negativo.
Esto se puede visualizar como el espacio (hueco) que deja el electrón al moverse
de un potencial negativo a un positivo.
Este hueco es positivo (ausencia de un electrón) y circula en sentido opuesto al
electrón.
La corriente eléctrica se mide en Amperios (A) y se simboliza con la letra I.
Hasta aquí se ha supuesto un flujo de corriente da va de un terminal a otro en,
forma continua. A este flujo de corriente se le llama corriente continua.
Hay otro caso en que el flujo de corriente circula, en forma alternada, primero en
un sentido y después en el opuesto. A este tipo de corriente se le llama corriente
alterna.
2. La Corriente Eléctrica.
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que
recorre un material. 1 Se debe al movimiento de los electrones en el interior del
material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios
sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto
que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un
fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el
galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie
con el conductor cuya intensidad se desea medir
Historia
Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y
se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente, como un flujo de
cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo posteriormente se observó,
gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son negativos,
electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional. En conclusión, el
sentido convencional y el real son ciertos en tanto que los electrones como
protones fluyen desde el polo negativo hasta llegar al positivo (sentido real), cosa
que no contradice que dicho movimiento se inicia al lado del polo positivo donde el
primer electrón se ve atraído por dicho polo creando un hueco para ser cubierto
por otro electrón del siguiente átomo y así sucesivamente hasta llegar al polo
negativo (sentido convencional) es decir la corriente eléctrica es el paso de
electrones desde el polo negativo al positivo comenzando dicha progresión en el
polo positivo.
En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros experimentos con electricidad,
sólo se disponía de carga eléctrica generada por frotamiento (Electricidad Estática)
o por inducción. Se logró (por primera vez, en 1800) tener un movimiento
constante de carga cuando el físico italiano Alessandro Volta inventó la primera
pila eléctrica.
3. Corriente Continua.
Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés DC, de DirectCurrent) al
flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente
eléctrica a través de un material se establece entre dos puntos de distinto
potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor
potencial no se intercambian entre sí. Es errónea la identificación de la corriente
continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por
una batería). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulación es siempre el
mismo, independientemente de su valor absoluto.
Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte
del conde y científico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison
sobre la generación de electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la
corriente continua comenzó a emplearse para la transmisión de la energía
eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente alterna, que
presenta menores pérdidas en la transmisión a largas distancias, si bien se
conserva en la conexión de redes eléctricas de diferentes frecuencias y en la
transmisión a través de cables submarinos.
Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a
partir de células fotoeléctricas que permiten aprovechar la energía solar.
Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de
aparatos electrónicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de
suministro eléctrico mediante un proceso, denominado rectificación, que se realiza
con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos
semiconductores o tiristores (antiguamente, también de tubos de vacío).2
Corriente Alterna
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de
AlternatingCurrent) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección
varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente
utilizada es la de una onda sinoidal.3 En el uso coloquial, "corriente alterna" se
refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas.
El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la
distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse.
Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron
LucienGaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los años 1881 y 1889. La
corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente
continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribución de
energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia.
La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de
trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación,
4. cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica trasmitida
viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la
sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende
de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta
altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de
corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de
menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule, que dependen del
cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el
voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o doméstico de
forma cómoda y segura.
Las frecuencias empleadas en las redes de distribución son 50 y 60 Hz. El valor
depende del país.
La Ley De OHM
La ley de Ohm dice que la intensidad que circula entre dos puntos de un circuito
eléctrico es proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos. Esta constante
es la conductancia eléctrica, que es lo contrario a la resistencia eléctrica.
La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente
proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del
mismo. Cabe recordar que esta ley es una propiedad específica de ciertos
materiales y no es una ley general del electromagnetismo como la ley de Gauss, por
ejemplo.
Introducción
La ecuación matemática que describe esta relación es:
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia
de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en
5. siemens y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice
que R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.1
Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado
en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos
eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables. Él presentó una
ecuación un poco más compleja que la mencionada anteriormente para explicar
sus resultados experimentales. La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley
de Ohm.
Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no
tienen cargas inductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas resistivas), o bien
han alcanzado un régimen permanente (véase también «Circuito RLC» y «Régimen
transitorio (electrónica)»). También debe tenerse en cuenta que el valor de la
resistencia de un conductor puede ser influido por la temperatura.
Historia
En enero de 1781, antes del trabajo de Georg Ohm, Henry Cavendish experimentó
con botellas de Leyden y tubos de vidrio de diferente diámetro y longitud llenados
con una solución salina. Como no contaba con los instrumentos adecuados,
Cavendish calculaba la corriente de forma directa: se sometía a ella y calculaba su
intensidad por el dolor. Cavendish escribió que la "velocidad" (corriente) variaba
directamente por el "grado de electrificación" (tensión). Él no publicó sus
resultados a otros científicos a tiempo, y sus resultados fueron desconocidos hasta
que Maxwell los publicó en 1879.
En 1825 y 1826, Ohm hizo su trabajo sobre las resistencias, y publicó sus
resultados en 1827 en el libro Die galvanischeKette, mathematischbearbeitet
(Trabajos matemáticos sobre los circuitos eléctricos). Su inspiración la obtuvo del
trabajo de la explicación teórica de Fourier sobre la conducción del calor.
En sus experimentos, inicialmente usó pilas voltaicas, pero posteriormente usó un
termopar ya que este proveía una fuente de tensión con una resistencia interna y
diferencia de potencial casi constante. Usó un galvanómetro para medir la
corriente, y se dio cuenta de que la tensión de las terminales del termopar era
proporcional a su temperatura. Entonces agregó cables de prueba de diferente
largo, diámetro y material para completar el circuito. El encontró que los
resultados obtenidos podían modelarse a través de la ecuación:
Donde x era la lectura obtenida del galvanómetro, l era el largo del conductor a
prueba, a dependía solamente de la temperatura del termopar, y b era una
constante de cada material. A partir de esto, Ohm determinó su ley de
proporcionalidad y publicó sus resultados.
La ley de Ohm todavía se sigue considerando como una de las descripciones
cuantitativas más importante de la física de la electricidad, aunque cuando Ohm
publicó por primera vez su trabajo las críticas lo rechazaron. Fue denominado "una
red de fantasías desnudas", y el ministro alemán de educación afirmó que un
profesor que predicaba tales herejías no era digno de enseñar ciencia. El rechazo al
trabajo de Ohm se debía a la filosofía científica que prevalecía en Alemania en esa
época, la cual era liderada por Hegel, que afirmaba que no era necesario que los
6. experimentos se adecuaran a la comprensión de la naturaleza, porque la
naturaleza esta tan bien ordenada, y que además la veracidad científica puede
deducirse al razonar solamente. También, el hermano de Ohm, Martín Ohm, estaba
luchando en contra del sistema de educación alemán. Todos estos factores
dificultaron la aceptación del trabajo de Ohm, el cual no fue completamente
aceptado hasta la década de los años 1840. Afortunadamente, Ohm recibió el
reconocimiento de sus contribuciones a la ciencia antes de que muriera.
En los años 1850, la ley de Ohm fue conocida como tal, y fue ampliamente probada,
y leyes alternativas desacreditadas, para las aplicaciones reales para el diseño del
sistema del telégrafo, discutido por Morse en 1855.
En los años 1920, se descubrió que la corriente que fluye a través de un resistor
ideal tiene fluctuaciones estadísticas, que dependen de la temperatura, incluso
cuando la tensión y la resistencia son exactamente constantes. Esta fluctuación,
conocida como ruido de Johnson-Nyquist, es debida a la naturaleza discreta de la
carga. Este efecto térmico implica que las medidas de la corriente y la tensión que
son tomadas por pequeños períodos de tiempo tendrá una relación V/I que fluirá
del valor de R implicado por el tiempo promedio de la corriente medida. La ley de
Ohm se mantiene correcta para la corriente promedio, para materiales resistivos.
El trabajo de Ohm precedió a las ecuaciones de Maxwell y también a cualquier
comprensión de los circuitos de corriente alterna. El desarrollo moderno en la
teoría electromagnética y el análisis de circuitos no contradicen la ley de Ohm
cuando estás son evaluadas dentro de los límites apropiados.
Energía.
El término energía (del griego ἐ νέργεια/energeia, actividad, operación;
ἐ νεργóς/energos = fuerza de acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones
y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o
poner en movimiento.
En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En
tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su
tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o
económico.
7. Energía Cinética
La energía cinética es un concepto fundamental de la física que aparece tanto en
mecánica clásica, como mecánica relativista y mecánica cuántica. La energía
cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las
partículas del sistema. Su expresión varía ligeramente de una teoría física a otra.
Esta energía se suele designar como K, T o Ec.
El límite clásico de la energía cinética de un cuerpo rígido que se desplaza a una
velocidad v viene dada por la expresión:
Una propiedad interesante es que esta magnitud es extensiva por lo que la energía
de un sistema puede expresarse como "suma" de las energía de partes disjuntas
del sistema. Así por ejemplo puesto que los cuerpos están formados de partículas,
se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula
del cuerpo.
Energía Potencial.
En un sistema físico, la energía potencial es la energía que mide la capacidad que
tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su
posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el
sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele
abreviarse con la letra U o Ep.
La energía potencial puede presentarse como energía potencial gravitatoria,
energía potencial electrostática, y energía potencial elástica.
Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un
campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando
la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los
valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza
para cualquier recorrido entre B y A.
Los carros de una montaña rusa alcanzan su
máxima energía cinética cuando están en el
fondo de su trayectoria. Cuando comienzan a
elevarse, la energía cinética comienza a ser
convertida a energía potencial gravitacional,
pero, si se asume una fricción insignificante y
otros factores de retardo, la cantidad total de
energía en el sistema sigue siendo constante.
8. Calor.
El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes
cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas
temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor
significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre
ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor
temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren
en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se
entibia).
La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia,
estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los
procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe
resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en
varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante
el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la
diferencia de temperatura.
Historia.
Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del ambiente en la variación de la
temperatura de un cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calórico. Este
se producía cuando algo se quemaba y, además, que podía pasar de un cuerpo a
otro. La teoría del calórico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura que
otra, necesariamente, poseía mayor cantidad de calórico.
Benjamin Thompson y James Prescott Joule establecieron que el trabajo podía
convertirse en calor o en un incremento de la energía térmica determinando que,
simplemente, era otra forma de la energía.
Montaje experimental para la determinación del
equivalente mecánico del calor.
9. Potencia Eléctrica.
La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de
tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en
un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el
vatio (watt).
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 energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o
en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía
eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-
hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios
(kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de
alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de
dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados
y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en
su base.
Potencia Eléctrica Continua.
Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un
cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia
de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través
del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la
tensión.
Esto es,donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo
del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts
(vatios). Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V
y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la
resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como,
Recordando que a mayor corriente, menor voltaje.
10. PotenciaEléctrica Alterna.
Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia
eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los
valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre
los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.
En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica
una tensión sinusoidal con velocidad angular y valor de pico
resulta:
Esto provocará una corriente retrasada un ángulo respecto de la
tensión aplicada:
La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones
anteriores:
Mediante trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:
La energía eléctrica se transmite por líneas
sobre torres, como estas en Brisbane, Australia.
