IMANES ARTIFICIALES 

Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo, ya sea mediante frotamiento con un imán natural o por la acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electroimanación): Imanes artificiales permanentes.- Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción. Imanes artificiales temporales.- Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán

IMANES ARTIFICIALES: 

      Esta denominación recae sobre aquellos cuerpos magnéticos que, tras friccionarlos con magnetita se transforman de manera artificial en imanes.

IMANES TEMPORALES: 

      Los imanes temporales están conformados por hierro dulce y se caracterizan por poseer una atracción magnética de corta duración.

IMANES PERMANENTES: 

      Con este término se alude a aquellos imanes constituidos por acero, los cuales conservan la propiedad magnética por un tiempo perdurable.

                                             IMANES DE ALNICO: 

     El nombre deriva de una contracción de las palabras: aluminio, níquel  y cobalto, elementos de los que se compone. Esta clase de imanes presentan un buen comportamiento frente a la presencia de altas temperaturas, sin embargo, no cuentan con considerable fuerza.

IMANES DE TIERRAS RARAS:

Esta clase de imanes se subdividen en dos categorías 

de acuerdo al material químico del que se compone: 

Neodimio: están formados por hierro, neodimio y boro. Presentan una oxidación fácil, y se utilizan en aquellos casos donde las temperaturas no alcanzan los 80º C.

Samario cobalto: no suelen oxidarse de manera fácil, aunque el precio al que cotizan es muy elevado.

IMANES FLEXIBLES: 

      Como su nombre lo indica, estos imanes poseen una gran flexibilidad. Están compuestos por partículas magnéticas como el estroncio y el hierro. Las desventajas de los imanes flexibles son la baja resistencia a la oxidación y su escasa potencia magnética.

 IMANES CERÁMICOS O FERRITAS:

       Esta clase de imanes tiene un aspecto liso y color grisáceo.  Suelen ser de los más utilizados debido a su maleabilidad. Aunque, por otro lado, al ser frágiles

EL ELECTROMAGNETISMO

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica,polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan enmagnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.

  

 La naturaleza de las ondas electromagnéticas consiste en la propiedad que tienen el campo eléctrico y magnético de generarse mutuamente cuando cambian en el tiempo. 

 

Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz y transportan energía a través del espacio. La cantidad de energía transportada por una onda electromagnética depende de su frecuencia (olongitud de onda ): entre mayor su frecuencia mayor es la energía:

W = h f, donde W es la energía, h es una constante (la constante de Plank) y f es la frecuencia.
 

El plano de oscilación del campo eléctrico (rayas rojas en el diagrama superior) define la dirección de polarización de la onda . Se dice que una fuente de luz produce luz polarizada cuando la radiación emitida viene con el campo eléctrico alineado preferencialmente en una dirección.
 

Ejemplos de ondas electromagnéticas son:
 

•  Las señales de radio y televisión

•  Ondas de radio provenientes de la Galaxia

•  Microondas generadas en los hornos microondas

•  Radiación Infraroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente

•  La luz

•  La radiación Ultravioleta proveniente del Sol , de la cual la crema antisolar nos proteje la piel

•  Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano

•  La radiación Gama producida por nucleos radioactivos

La única distinción entre las ondas de los ejemplos citados anteriormente es que tienen frecuencias distintas (y por lo tanto la energía que transportan es diferente)

  

Película sobre el campo eléctrico de ondas generadas en una antena   

El electromagnetismo , estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos que se unen en una sola teoría aportada por Faraday, que se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos y magnéticos conocidas como las ecuaciones de Maxwell . Gracias a la invención de la pila de limón, se pudieron efectuar los estudios de los efectos magnéticos que se originan por el paso de corriente eléctrica a través de un conductor .

El Electromagnetismo, de esta manera es la parte de la Física que estudia los campos electromagnéticos y los campos eléctricos , sus interacciones con la materia y, en general, la electricidad y el magnetismoy las partículas subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.

El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los campos magnéticosy a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.

                                       

Imanes naturales

Un imán es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que atrae a otros imanes o metales, ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones de estos). Puede ser natural o artificial.

Los imanes naturales mantienen su campo magnético continuo, a menos que sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas o altas temperaturas (por encima de la Temperatura de Curie).

Usos

Los imanes se utilizan de muy diversas formas: en discos duros, altavoces o parlantes, pegatinas (figuras que se adhieren a las neveras),brújulas, cierres para heladeras o congeladores, paredes magnéticas, llaves codificadas, bandas magnéticas de tarjetas de crédito o débito, bocinas, motores, como un interruptor básico, como detector de billetes falsos, generadores, detectores de metales, para el cierre de mobiliario. Algunos de estos aparatos pueden dañarse si se les aplica una cierta cantidad de magnetismo opuesto.

Partes de un imán

Eje magnético: barra de la línea que une los dos polos.

Línea neutral: línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas.

Polos: los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Estos polos son, el polo norte y el polo sur; (no deben confundirse con positivo y negativo) los polos iguales se repelen y los diferentes se atraen.

Magnetismo

Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertaspiedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y se dice que la sustancia se ha magnetizado.

Polos magnéticos

Líneas de fuerza de un imán, visualizadas mediante limaduras de hierro extendidas sobre una cartulina.

Si se trata tanto de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (véase monopolo magnético) y, por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.

Véase también: Dipolo magnético

Polaridad de un imán

Para determinar los polos de un imán se considera la tendencia de éste a orientarse según los polos magnéticos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural: el polo norte del imán se orienta hacia el polo norte magnético, que está próximo al polo norte geográfico, pues en un sentido estrictamente magnético es un polo sur, mientras que el polo sur de un imán se orienta hacia el polo sur magnético, que está próximo al polo sur geográfico, pues en un sentido estrictamente magnético es un polo norte. El ángulo comprendido entre el norte magnético local, indicado por una brújula, y el norte verdadero (o norte geográfico) se denomina declinación magnética.

Magnetización

La magnetización de un objeto es el valor local de su momento angular-magnético por unidad de volumen, usualmente denotado M, con unidades A/m. Es un campo vectorial, más allá que simplemente un vector (como el momento magnético), porque las diferentes secciones de una barra magnética generalmente están magnetizadas con diferentes direcciones y fuerzas. Una buena barra magnética puede tener un momento magnético de magnitud 0,1 A·m² y de volumen de 1 cm³, o 0,000001 m³; por tal razón el promedio de la magnitud de magnetización es de 100 000 A/m. El acero puede tener una magnetización de alrededor de un millón de A/m.

Propiedades Magnéticas

Propiedades Magnéticas

 

El magnetismo es un fenómeno físico por la que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros..

Los electrones, son, por así decirlo, pequeños imanes. En un imán todos los electrones tienen la misma orientación creando una fuerza magnética.

Un material magnético, es aquel que presenta cambios físicos al estar expuesto a un campo magnético.

Se pueden clasificar en 8 tipos, pero solo tres son los que definiremos en profundidad.

Tipo de Material	Características
Diamagnético	Las lineas magnéticas de estos materiales, son opuestas al campo magnético al que estén sometidos, lo que significa, que son repelidos. No presenta ningún efecto magnético aparente. Ej: bismuto, plata, plomo, etc.
Paramagnético	Cuando están expuestos a un campo magnético, sus lineas van en la misma dirección, aunque no están alineadas en su totalidad. Esto significa, que sufren una atracción similar a la de los imanes. Ej: aluminio, paladio, etc.
Ferromagnético	Son materiales que al estar a una temperatura inferior al valor determinado, presentan un campo magnético fuerte. Ej: hierro, cobalto, níquel, etc.
Antiferromagnético	No es magnético aún habiendo un campo magnético. Ej: óxido de manganeso.
Ferrimagnético	Es menos magnético que los Ferromagnético. Ej: Ferrita de hierro.
Superparamagnético	Materiales Ferromagnéticos suspendidos en una Matriz Dieléctrica. Ej: materiales de vídeo y audio
Ferritas	Ferromagnético de bajo nivel de conductividad.
No magnéticos	Los campos magnéticos no tienen efecto en ellos. Ej: el vacío.

Fuerza de Lorentz

Entre las definiciones de campo magnético se encuentra la dada por la fuerza de Lorentz. Esto sería el efecto sobre una región del espacio, generado por una corriente eléctrica o un imán, en la que una carga eléctrica puntual de valor (q), que se desplaza a una velocidad , experimenta los efectos de una fuerza que esperpendicular y proporcional tanto a la velocidad (v) como al campo (B). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.

Donde F es la fuerza magnética, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será.

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro

Ley de Faraday

Los experimentos llevados a cabo por Michael Faraday en Inglaterra en 1831 e independientemente por Joseph Henry en los Estados Unidos en el mismo año, demostraron que una corriente eléctrica podría ser inducida en un circuito por un campo magnético variable.   Los resultados de estos experimentos produjeron una muy básica e importante ley de electromagnetismo conocida como ley de inducción de Faraday.  Esta ley dice que la magnitud de la fem inducida en un circuito es igual a la razón de cambio de flujo magnético a través del circuito.

Como se verá, la fem inducida puede producirse de varias formas.  Por ejemplo, una fem inducida y una corriente inducida pueden producirse en una espira de alambre cerrada cuando el alambre se mueve dentro de un campo magnético.  Se describirán tales experimentos junto con un importante número de aplicaciones que hacen uso del fenómeno de inducción electromagnética.

Con el estudio de la ley de Faraday, se completa la introducción a las leyes fundamentales del electromagnetismo.  Estas leyes pueden resumirse en un conjunto de cuatro ecuaciones llamadas ecuaciones de Mexwell.  Junto con la ley de la fuerza de Lorentz, representan una teoría completa para la descripción de las interacciones de objetos cargados.  Las ecuaciones de Maxwell relacionan los campos eléctricos y magnéticos y sus fuentes fundamentales es decir, las cargas eléctricas.

Ley de Ampere

Un experimento simple realizado por primera vez por Oerted en 1820 demostró claramente el hecho de que un conductor que lleva una corriente produce un campo magnético.  En este experimento, varias brújulas se colocan en un plano horizontal cercanas a un alambre largo vertical.

Cuando no existe corriente en el alambre, todas las brújulas apuntan en la misma dirección (que el campo terrestre) como se esperaría.  Sin embargo, cuando el alambre lleva una gran corriente estable, las brújulas necesariamente se desviarán en la dirección tangente a un círculo.   Estas observaciones demuestran que la dirección B es congruente con la regla de la mano derecha.

" Si se toma el alambre con la mano derecha, de tal forma que el dedo pulgar apunte en la dirección de la corriente, los dedos curvados definirán la dirección de B ".

Cuando la corriente se invierte, necesariamente las brújulas se invertirán también.

Puesto que las brújulas apuntan en la dirección de B, se concluye que las líneas de B forman círculos alrededor del alambre.  Por simetría, la magnitud de B es la misma en cualquier lugar sobre una trayectoria circular que esté centrada en le alambre y que se encuentre en un plano perpendicular al alambre.  Si se varía la corriente y la distancia al alambre, se encuentra que B es proporcional a la corriente e inversamente proporcional a la distancia al alambre.

Ahora se evaluará el producto B * ds y se sumarán estos productos sobre una trayectoria circular centrada en el alambre.  A lo largo de esta trayectoria, los vectores ds y B son paralelos en cada punto, así que B * ds =Bds.  Además, B es constante en magnitud sobre este círculo.  Por lo tanto la suma de los productos Bds sobre la trayectoria cerrada, la cual es equivalente a la integral de B * ds está dada por:

donde   es la circunferencia del círculo.

Este resultado, conocido como ley de Ampere, fue encontrado para el caso especial de una trayectoria circular alrededor del alambre.  Sin embargo, el resultado puede aplicarse en el caso general en el que una trayectoria cerrada sea atravesada por una corriente estable, es decir,

La ley de Ampere establece que la integral de línea de B * ds alrededor de cualquier trayectoria cerrada es igual µ0I, donde I es la corriente estable total que pasa a través de cualquier superficie limitada por la trayectoria cerrada.

 

Ley de Gauss

En física la ley de Gauss, también conocida como teorema de Gauss, establece que el flujo de ciertos campos a través de una superficie cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el interior de dicha superficie. Dichos campos son aquellos cuya intensidad decrece como la distancia a la fuente al cuadrado. La constante de proporcionalidad depende del sistema de unidades empleado.

Se aplica al campo electrostático y al gravitatorio. Sus fuentes son la carga eléctrica y la masa, respectivamente. También puede aplicarse al campo magnetostático.

La ley fue formulada por Carl Friedrich Gauss en 1835, pero no fue publicado hasta 1867.¹ Es una de los cuatro ecuaciones de Maxwell, que forman la base de electrodinámica clásica (las otras tres son la ley de Gauss para el magnetismo, la ley de Faraday de la inducción y la ley de Ampère con la corrección de Maxwell. La ley de Gauss puede ser utilizada para obtener la ley de Coulomb,² y viceversa.  

FUERZA ELÉCTRICA

Fuerza eléctrica

Entre dos o más cargas aparece una fuerza denominada fuerza eléctrica cuyo módulo depende de el valor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se atraen.

La fuerza entre dos cargas se calcula como:




q1, q2 = Valor de las cargas 1 y 2
d = Distancia de separación entre las cargas
Fe = Fuerza eléctrica


La fuerza es una magnitud vectorial, por lo tanto además de determinar el módulo se deben determinar dirección y sentido.

Dirección de la fuerza eléctrica

Si se trata únicamente de dos cargas, la dirección de la fuerza es colineal a la recta que une ambas cargas. 

Sentido de la fuerza eléctrica

El sentido de la fuerza actuante entre dos cargas es de repulsión si ambas cargas son del mismo signo y de atracción si las cargas son de signo contrario.

Fuerzas originadas por varias cargas sobre otra

Si se tienen varias cargas y se quiere hallar la fuerza resultante sobre una de ellas, lo que se debe hacer es plantear cada fuerza sobre la carga (una por cada una de las otras cargas). Luego se tienen todas las fuerzas actuantes sobre esta carga y se hace la composición de fuerzas, con lo que se obtiene un vector resultante.

CAMPO ELÉCTRICO

Campo eléctrico

El campo eléctrico existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre ésta y otra carga al momento de determinar la interacción entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, el campo eléctrico es radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es radial y entrante.

La unidad con la que se mide es:

La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E.

Al existir una carga sabemos que hay un campo eléctrico entrante o saliente de la misma, pero éste es comprobable únicamente al incluir una segunda carga (denominada carga de prueba) y medir la existencia de una fuerza sobre esta segunda carga.

Algunas características

- En el interior de un conductor el campo eléctrico es 0.

- En un conductor con cargas eléctricas, las mismas se encuentran en la superficie.

POTENCIAL ELÉCTRICO

El potencial eléctrico solo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita en el espacio.

si se considera que las cargas están fuera del campo eléctrico,  la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde del exterior del campo hasta el punto considerado.

el potencial eléctrico (v) en un punto es el trabajo requerido para mover una carga unitaria que desde el punto en que está ubicada hasta el infinito, donde el potencial es 0.

La unidad del sistema internacional que se utiliza para representar el potencial eléctrico es el voltio (v).

todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, caracteriza u ocupa solo una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca allí.

§  CAPACITANCIA

Es la propiedad de un capacitor de oponerse a toda variación de la tensión en el circuito eléctrico. La resistencia es la oposición al flujo de la corriente eléctrica. También se define, a la Capacitancia como una propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores, aislados el uno del otro, cuando existe una diferencia de potencial entre ellos, como se observa en la figura siguiente, las dos placas actúan como conductores, mientras que el aire actúa como un aislante:

   

 

• se define también como la propiedad de un conductor de adquirir carga eléctrica cuando es sometido a un potencial eléctrico con respecto a otro en estado neutro.

                                                                                                                                                         

• El término capacitancia se refiere también a la característica de un sistema que almacena carga eléctrica entre sus conductores y un dieléctrico,  almacenando así una energía en forma de campo eléctrico. Esta dispositivo de denomina CAPACITOR
• CAPACITOR
• Dispositivo formado por dos conductores o armaduras, generalmente en forma de láminas o placas separadas por un material dieléctrico, que sometidos a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica.

 

• Los factores que determinan la Capacitancia de un Capacitor simple son: a) el área de las placas, b) la separación entre las placas y c) el material del dieléctrico; La Capacitancia es directamente proporcional al área de las placas y a la constante dieléctrica del material dieléctrico utilizado e inversamente proporcional a la distancia de separación de las placas, es decir: C = k A/ d = Faradios

Los capacitores de papel usan cierto tipo de papel encerado como dieléctrico

• Los capacitores de alta capacitancia tales como los que se usan en las fuentes de alimentación, usualmente son del tipo llamado "Electrolítico" cuya característica es que son de tamaño pequeño y se construyen de dos tipos: húmedo y seco, el primero requiere de cuidados especiales para que no se derrame su líquido por ello es de mayor uso el tipo seco

 CORRIENTE CONTINUA

La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) se refiere al flujo continuo de carga electrica a través de unconductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corriente alterna (CA enespañol, AC en inglés, de Alternating Current), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).

También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo.¹

            CONVERSIÓN DE CORRIENTE ALTERNA EN CONTINUA

Muchos aparatos necesitan corriente continua para funcionar, sobre todos los que llevan electrónica (equipos audiovisuales, ordenadores, etc). Para ello se utilizan fuentes de alimentación que rectifican y convierten la tensión a una adecuada.

Este proceso de rectificación, se realiza mediante dispositivos llamados rectificadores, antiguamente basados en el empleo de tubos de vacío y actualmente, de forma casi general incluso en usos de alta potencia, mediante diodos semiconductores o tiristores.

POLARIDAD

Generalmente los aparatos de corriente continua no suelen incorporar protecciones frente a un eventual cambio de polaridad, lo que puede acarrear daños irreversibles en el aparato. Para evitarlo, y dado que la causa del problema es la colocación inadecuada de las baterías, es común que los aparatos incorporen un diagrama que muestre cómo deben colocarse; así mismo, los contactos se distinguen empleándose convencionalmente un muelle metálico para el polo negativo y una placa para el polo positivo. En los aparatos con baterías recargables, el transformador - rectificador tiene una salida tal que la conexión con el aparato sólo puede hacerse de una manera, impidiendo así la inversión de la polaridad. En la norma sistemática europea el color negro corresponde al negativo y el rojo al positivo.

En los casos de instalaciones de gran envergadura, tipo centrales telefónicas y otros equipos de telecomunicación, donde existe una distribución centralizada de corriente continua para toda la sala de equipos se emplean elementos de conexión y protección adecuados para evitar la conexión errónea de polaridad.

CORRIENTE ALTERNA

Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current) 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. 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 Lucien Gaulard, 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, 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.

ALGUNAS IMAGENES DE LAS DIFERENTES FORMAS DE CORRIENTE ALTERNA








El voltaje varía continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico, utilizamos la fórmula; V = Vp x Seno (Θ) donde Vp = V pico (ver gráfico) es el valor máximo que obtiene la onda y Θ es una distancia angular y se mide en grados. 
Aclarando un poco esta última parte y analizando el gráfico, se ve que la onda senoidal es periódica (se repite la misma forma de onda continuamente) 
Si se toma un período de ésta (un ciclo completo), se dice que tiene una distancia angular de 360 grados. 
Y con ayuda de la fórmula que ya dimos, e incluyendo Θ (distancia angular para la cual queremos saber el voltaje) obtenemos el voltaje instantáneo de nuestro interés. 
Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos casos positivo y en otros negativo (cuando se invierte su polaridad).

 

 CORRIENTE ELÉCTRICA

   Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una diferencia de potencial. 

Históricamente, 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 electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.
A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la sección de los elementos conductores del mismo.

La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor (s) se define como la carga eléctrica (Q) que atraviesa la sección en una unidad de tiempo (t):
Si la intensidad de corriente es constante, entonces
La densidad de corriente (j) es la intensidad de corriente que atraviesa una sección por unidad de superficie de la sección (S). 

PRINCIPALES LEYES ELÉCTRICAS

Publicado en agosto 25, 2011

Vamos a dar un repaso a las leyes fundamentales de la electricidad.

LA LEY DE OHM

La Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (E).

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, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

Bajate este programita para sencillos calculos y pruebas de la ley de Ohm

Descargar Ohm

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LA LEY DE COULOMB

La ley de Coulomb dice que la intensidad de la fuerza electroestática entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que a ellas las separa.

Charles Austin Coulomb en 1785 desarrollo un aparato que el llamo la barra de torsión , construidas con fibras que permitian un facil desplazamiento, en esta colocó esferas con diferentes cargas electricas.

                    

Dichas mediciones permitieron determinar la ecuación de la ley de Coulomb:

F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).

q = son las cargas sometidas al experimento.

Epsilon = permitividad.

ud = vector director que une las cargas q1 y q2.

d = distancia entre las cargas.

LEYES DE KIRCHHOFF

a) Ley de nodos o ley corrientes

En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. Ficho de otra forma la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo.

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes

I1 = I2 + I3

Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0.

Ejemplo: Calcular la corriente desconocida del circuito:

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes

7A = I2 + 4A

7A – 4A = I2

I2 = 3A

LEY DE MALLAS O LEY DE VOLTAJES

En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión. Ficho de otra forma el voltaje aplicado a un circuito cerrado es igual a la suma de las caídas de voltaje en ese circuito.

Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje

V = V1 + V2 + V3

Un enunciado alternativo es, en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0.

Ejemplo: Calcular el voltaje desconocido del circuito:

Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje

24V = 8V + 10V + V3

24V – 8V – 10V = V3

V3 = 6V

LEY DE WATT

La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por él.

Donde:

P= Potencia en watt (W)

V= Tensión en volt (V)

I= Intensidad de corriente en ampere (A)

Watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s).

Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).

La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW).

EJEMPLOS DE APLICACIÓN:

1. ¿Cuál es la potencia consumida por un cautín de soldar por el cual circula una corriente de 0,16A (160mA) y está conectado a la red de 220V.

2. ¿Qué corriente circula por una lámpara de 100W, conectada a la red de 220V?

3. Encuentre el voltaje aplicado a una plancha de 1000W, que consume una corriente de 4,55A

LEY DE JOULE

Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia eléctrica, esto produce unas pérdidas de tensión y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, a este fenómeno se lo conoce como efecto Joule. En definitiva, el efecto Joule provoca una pérdida de energía eléctrica, la cual se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión:

Donde:

Pp = Potencia perdida en W

R= Resistencia del conductor en Ω

I= Intensidad de corriente en A

La resistencia que presenta un conductor es:

Donde:

ρ= Resistividad en ohm por metro (Ωm).

L= Longitud en metros (m).

A= Sección en metros cuadrados (m2).

La sección transversal del conductor es:

Donde:

d= diámetro del conductor

El conductor típicamente usado es el cobre, cuya resistividad es de 1,710-8 (Ωm).

Finalmente se calcula la energía perdida en calor como sigue:

Donde:

Q= Energía calórica en calorías

t= tiempo en segundo (s)

Este efecto es aprovechado en aparatos caloríficos, donde estas pérdidas se transforman en energía calorífica, que se expresa por la letra Q, y se mide en calorías.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

1.- El circuito eléctrico elemental.

El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido por por el que se desplazan las cargas eléctricas.

Circuito elemental

Las cargas eléctrica que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje otensión entre los extremos de un conductor, se necesita un dispositivo llamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica.

Si quieres ver los componentes de un circuito eléctrico elemental pincha aquí.

Se distinguen dos tipos de corrientes:

Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada por una pila o batería.

Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.
Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en eléctrica.
El mecanismo que lo constituye es un elemento giratorio llamado rotor, accionado por una turbina el cual al girar en el interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminales de salida un determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente alterna (a).
Pilas y baterías:
 Las pilas y las baterías son un tipo de generadores que se utilizan como fuentes de electricidad.

Las baterías, por medio de una reacción química producen, en su terminal negativo, una gran cantidad de electrones (que tienen carga negativa) y en su terminal positivo se produce una gran ausencia de electrones (lo que causa que este terminal sea de carga positiva).

Ahora si esta batería alimenta un circuito cualquiera, hará que por éste circule una corriente de electrones que saldrán del terminal negativo de la batería, (debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal positivo donde hay un carencia de electrones, pasando a través del circuito al que está conectado. De esta manera se produce la corriente eléctrica.

Fuerza electromotriz de un generador:

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

A. Circuito eléctrico abierto (sin  carga o resistencia). Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la batería en este caso). B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.

Resumiendo, un generador se caracteriza por su fuerza electromotriz, fem, que es la energía que proporciona a la unidad de carga que circula por el conductor.

Fuerza electromotriz = energía/Carga                   fem= E/Q

La unidad de fuerza electromotriz en el SI es el voltio (V): 1 voltio = 1 julio / 1 culombio

Voltímetro:

La ddp y la fem se pueden medir conectando un voltímetro entre dos puntos de un circuito o entre los terminales de un generador. El voltímetro siempre se conecta en paralelo. La escala de un voltímetro viene expresada en voltios.

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.

En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento.En la Figura  se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial. En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total.

Conexión de un voltímetro en un circuito

Asociación de pilas:

Asociación De Pilas En Serie 

Las pilas pueden conectarse en serie cualesquiera que sean las fuerzas electromotrices y la máxima corriente que cada una de ellas pueda suministrar. Evidentemente, al conectarlas en serie, las fuerzas electromotrices se suman, así como sus resistencias internas. Se puede notar que la pila equivalente al conjunto de las n pilas resulta con una f.e.m. mayor, pero, con una resistencia interna mayor, lo cual empeora la situación en este punto. Se debe considerar, además, la corriente máxima que puede suministrar cada una de ellas. La asociación serie sólo podrá suministrar la corriente de la pila que menos corriente es capaz suministrar.

pilas en serie

Asociación De Pilas En Paralelo 

Al conectar pilas en paralelo debe tenerse en cuenta que sean todas de la misma f.e.m., ya que, en caso contrario, fluiría corriente de la de más f.e.m. a la de menos, disipándose potencia en forma de calor en las resistencias internas, agotándolas rápidamente. Si todas ellas son del mismo voltaje el conjunto equivale a una sola pila de la misma tensión, pero con menor resistencia interna. Además, la corriente total que puede suministrar el conjunto es la suma de las corrientes de cada una de ellas, por concurrir en un nudo. La asociación en paralelo por tanto, podrá dar más corriente que una sola pila, o, dando la misma corriente, tardará más en descargarse.

pilas en paralelo

Si deseas obtener más información sobre la asociación de pilas pincha aquí.

2.- Intensidad de corriente.

La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.

Por tanto, definimos la intensidad de corriente eléctrica, I, como la cantidad de carga eléctrica que circula por una sección de un conductor en la unidad de tiempo.

Intensidad = carga/tiempo   I= Q/t

Analogía hidráulica. El tubo del depósito "A", al tener un diámetro reducido, ofrece más resistencia a la salida del líquido que el tubo del tanque "B", que tiene mayor diámetro. Por tanto, el caudal o cantidad de agua que sale por el tubo "B" será mayor que la que sale por el tubo "A".

Mediante la representación de una analogía hidráulica se puede entender mejor este concepto. Si tenemos dos depósitos de líquido de igual capacidad, situados a una misma altura, el caudal de salida de líquido del depósito que tiene el tubo de salida de menos diámetro será menor que el caudal que proporciona otro depósito con un tubo de salida de más ancho o diámetro, pues este último ofrece menos resistencia a la salida del líquido. De la misma forma, una carga o consumidor que posea una resistencia de un valor alto en ohm, provocará que la circulación de los electrones se dificulte igual que lo hace el tubo de menor diámetro en la analogía hidráulica, mientras que otro consumidor con menor resistencia (caso del tubo de mayor diámetro) dejará pasar mayor cantidad de electrones. La diferencia en la cantidad de líquido que sale por los tubos de los dos tanques del ejemplo, se asemeja a la mayor o menor cantidad de electrones que pueden circular por un circuito eléctrico cuando se encuentra con la resistencia que ofrece la carga o consumidor. La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra ( I ) y su unidad de medida en el Sistema Internacional ( SI ) es el amper (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra ( A ).

EL AMPER De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente eléctrica en amper ( A ) que circula por un circuito está estrechamente relacionada con el voltaje o tensión ( V ) y la resistencia en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito. Definición del amper Un amper ( 1 A ) se define como la corriente que produce una tensión de un volt ( 1 V ), cuando se aplica a una resistencia de un ohm ( 1  ). Un amper equivale una carga eléctrica de un coulomb por segundo ( 1C/seg ) circulando por un circuito eléctrico, o lo que es igual, 6 300 000 000 000 000 000 = ( 6,3 · 1017 ) (seis mil trescientos billones) de electrones por segundo fluyendo por el conductor de dicho circuito. Por tanto, la intensidad ( I ) de una corriente eléctrica equivale a la cantidad de carga eléctrica ( Q ) en coulomb que fluye por un circuito cerrado en una unidad de tiempo. Los submúltiplos más utilizados del amper son los siguientes: miliamper ( mA ) = 10-3 A = 0,001 amper microamper ( mA ) = 10-6 A = 0, 000 000 1 amper

El amperímetro:

La medición de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un amperímetro o un miliamperímetro, según sea el caso, conectado en serie en el propio circuito eléctrico. Para medir amper se emplea el "amperímetro" y para medir milésimas de amper se emplea el miliamperímetro.
 

La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro que mida miliamper (mA).
El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por circuitos eléctricos de fuerza en la industria, o en las redes eléctricas doméstica, mientras que los submúltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrónicos.
 

3.- Resistencia.

La  resistencia de un material es una medida que indica la facilidad con que una corriente eléctrica puede fluir a través de él.

La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección y varía con la temperatura.

Símbolos eléctricos

Medida de la resistencia. Ley de Ohm.

La resistencia de un conductor es el cociente entre la diferencia de potencial o voltaje que se le aplica y la intensidad de corriente que lo atraviesa

R= V_a-V_b /I. Es la expresión matemática de la ley de Ohm.

La unidad de resistencia en el SI es el ohmio  : 1 ohmio = 1 voltio / 1 amperio.

Un ohmio es la resistencia que opone un conductor al paso de la corriente cuando, al aplicar a sus extremos una diferencia de potencial de un voltio, deja pasar una intensidad de corriente de un amperio.

A partir de la ley de Ohm se puede calcular la diferencia de potencial entre los extremos de una resistencia de la siguiente forma:

V_a-V_b = I * R

Asociación de resistencias:

Serie: Es cuando las resistencias están una detrás de otra. La intensidad en cada resistencia son iguales.

                    VT = V1 + V2 + V3 + ...
                    RT = R1 + R2 + R3 + ...

Ejemplo:

RT = 5 + 3 + 10 = 18         IT = VCC / RT                     VR1 = 5 x IT                     VR2 = 3 x IT                     VR3 = 10 x IT

Paralelo: Es cuando las entradas de cada resistencia están conectadas a un mismo punto y las de salida en otro. El voltaje de cada resistencia es igual al de la Vcc.

                    IT = IR1 + IR2 + IR3 + ...
                    RT = (1 / R1) + (1 / R2) + (1 / R3) + ...
Ejemplo:

RT = (1 / 5) + (1 / 3) + (1 / 10 ) = 1.57                RR1+R2 = (5 x 3) / (5 + 3) = 1.87                 RT = (1.87 x 10) / (1.87 + 10) = 1.57                      IT = Vcc / RT                     IR1 = Vcc / 5                     IR2 = Vcc / 3                     IR3 = Vcc / 10

Pasos a seguir para resolver problemas aplicando la ley de Ohm:

• Dibuja un esquema del circuito.
• Halla la resistencia equivalente del circuito
• Utiliza la expresión I = (Va-Vb)/ R o I = fem/R para calcular la intensidad del circuito principal
• Aplica la ley de Ohm en las diferentes secciones del circuito.

4.- Potencia

La potencia de un aparato electrónico es la energía eléctrica consumida en una unidad de tiempo (por lo general, un segundo).

potencia =  energía consumida/ tiempo         P=E/t

La unidad de potencia en el SI es el vatio  (W). A menudo la potencia viene expresada en kilowatios. 1kW= 1000 W.

P = (VA-VB)*I

De esta ecuación se deduce que:

• Una diferencia de potencial más elevada origina una potencia mayor, porque cada electrón transporta mucha más energía.
• Una intensidad mayor incrementa la potencia, pues hay más electrones que gastan su energía cada segundo.

Ejemplo:
             Calcula la intensidad de una bombilla de 100W a 220V y calcula su resistencia.
                         I = P / V = 100 / 200 = 0.45A
                         R = P / I2 = 100 / (0.45)2 = 483

El consumo de energía eléctrica:

La energía eléctrica consumida se calcula a partir de la expresión de la potencia multiplicada por el tiempo-

Energía consumida = potencia * tiempo      E=P*t

La energía viene dada en Julios (1 Julio = 1 vatio * 1 segundo). No obstante, esta no es la unidad de energía eléctrica que aparece en algunos sitios, sino el kilovatio por hora. 1Kw *h = 3600000 J.