Electricidad
¿Qué
es la Corriente Eléctrica?
La corriente
eléctrica es un flujo ordenado de electrones que atraviesa un material.
Llamamos flujo, al movimiento de un lado a otro, ósea, al sentido de
circulación de un objeto. Algunos materiales como los "conductores"
tienen electrones libres que pasancon facilidad de un átomo a otro. Estos
electrones libres, si se mueven en una mismadirección conforme saltando de un
átomo a otro átomo, esta acción repetitiva se vuelveen su conjunto, una
corriente eléctrica. Pero a que llamamos “electrones libres”? Bien,hagamos tan
solo unos pasos para atrás, y veamos con más detalles el tema...estudiemos la
estructura de la materia....
La
estructura de la materia:
La materia se divide
en moléculas, las cuales a su vez se dividen en átomos. Estosátomos se componen
de dos partes: el núcleo y la periferia.
En el núcleo del
átomo se encuentran:
-
Los protones con carga eléctrica positiva- Los neutrones que como su nombre insinúa, no tienen carga eléctrica ósea, sonneutros.
En la periferia se
encuentran:
-
Los electrones con carga eléctrica negativa.
Esta imagen les
muestra como seria la estructura del átomo:
Si un material tiene muchos electrones libres en su estructura se le llama conductor y sitiene pocos electrones libres se le llama aisladores o aislantes
Aisladores o aislantes: cerámica, vidrio, madera, papel, etc.
Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnéticos de todas las espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magnético mayor.
En el átomo el número
de electrones es igual al número de protones, por lo que se diceque el átomo es
eléctricamente neutro.
# De
protones = # de electrones
Hay algunos
electrones que se encuentran en las órbitas más alejadas del núcleo, por loque
podrían liberarse fácilmente. Estos electrones son los llamados electrones
devalencia y como mencionamos al principio del tema, estos son los famosos
escurridizosque suelen saltar de átomo en átomo cambiando su carga.Si un material tiene muchos electrones libres en su estructura se le llama conductor y sitiene pocos electrones libres se le llama aisladores o aislantes
Algunos ejemplos:
Conductores: Oro,
plata, aluminio, cobre, etc.Aisladores o aislantes: cerámica, vidrio, madera, papel, etc.
La
Tensión eléctrica.
La tensión eléctrica
es la diferencia de potencial eléctrico provocado por la acumulación de cargas
en un punto o en un material. Si a un material se le quitan electrones, su
carga eléctrica total será positiva (recordar que se le está quitando a un
átomo neutro (no tiene carga) electrones de carga negativa. Esto causa que el átomo
ya no sea neutro sino que tenga carga positiva).
Ver que en este caso
hay un el átomo que supuestamente en su núcleo tiene 6 protones (carga
positiva) y 8 electrones (carga negativa) en su estado originario. Como se aprecia
en la imagen, al perder dos electrones, este átomo quedaría en conclusión con
una carga total que es positiva
Al
material se le quitan electrones y su carga total será positiva
Si ahora al material
se aumentan electrones (tiene ahora más de los que tiene cuando elátomo es
neutro), su carga total será negativa…
Ver que en este caso
hay en el átomo 6 protones (carga positiva) y 8 electrones (carga negativa). En
conclusión la carga total es negativa
Al
material se le agregan electrones y su carga total será negativa
Si se tienen dos
materiales con diferentes niveles o tipos de carga, se dice entonces que hay
una diferencia de potencia entre ellos. Para poder lograr cargar de alguna
manera los materiales, es necesario aplicar energía al átomo. Hay varios
métodos para lograrlo:
- por frotamiento
- por presión
- por calor
- por magnetismo
- por una acción
química
“La
unidad en que se mide la diferencia de potencial son los voltios (V)”
Ahora,
tratemos de verlo de otra manera, que quizá les sea más práctico entenderlo…
Pues bien, algunos
tipos de materiales están compuestos por átomos que pierden fácilmente sus
electrones, y éstos pueden pasar de un átomo a otro. Cuando estos electrones se
mueven entre los átomos de la materia, se crea una corriente de electricidad.
Es lo que sucede en los cables que llevan la electricidad a su hogar: a través
de ellos van pasando los electrones, y lo hacen casi a la velocidad de la luz.
Sin embargo, es
conveniente saber que la electricidad fluye mejor en algunos materiales que en
otros, pues hay buenos o malos conductores de la energía. Por ejemplo, la
resistencia que un cable ofrece al paso de la corriente eléctrica depende y se
mide por su grosor, longitud y el metal de que está hecho. A menor resistencia
del cable, mejor será la conducción de la electricidad en el mismo.
El oro, la plata, el
cobre y el aluminio son excelentes conductores de electricidad. Los dos
primeros resultarían demasiado caros para ser utilizados en los millones de kilómetros
de líneas eléctricas que existen en el planeta; de ahí que el cobre sea utilizado
más que cualquier otro metal en las instalaciones eléctricas. La fuerza
eléctrica que “empuja” los electrones es medida en Voltios.
Corriente
continua (CC)
Cuando los electrones se mueven siempre en el
mismo sentido, del polo negativo al positivo. Las pilas, las baterías de
teléfonos móviles y de los coches producen CC, y también la utilizan pero
transformada de CA a CC, los televisores, ordenadores, aparatos electrónicos,
etc.
La
Corriente Alterna (AC)
La corriente alterna
se puede obtener por métodos mecánicos como lo hace un alternador, o por
conversión de la corriente continua en alterna, el aparato que hace esto se
llama inversor.
En sí, la corriente alterna
se trata de un valor de tensión que varía constantemente en el tiempo, tomando
valores positivos, cero y negativos, y así sucesivamente volviéndose a repetir
el mismo proceso en forma constante.
El siguiente gráfico
aclara el concepto:
En este caso el
gráfico muestra el voltaje (que es también alterno) y tenemos que la magnitud
de éste varía primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en
que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda
senoidal.
El voltaje varía
continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico,
utilizamos la fórmula;
V =
Vp x Seno (Θ)
Donde Vp = voltaje 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 anterior,
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 360º; 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
positivos y en otros negativos (cuando se invierte su polaridad.)
FRECUENCIA
(f): Si se pudiera contar cuantos ciclos de esta señal de
voltaje suceden en un segundo tendríamos: la frecuencia de esta señal, con
unidad de ciclos / segundo, que es lo mismo que Hertz o Hertzios.
PERIODO(T):
El
tiempo necesario para que un ciclo de la señal anterior se produzca, se llama
período (T) y tiene la fórmula: T = 1 / f, o sea el período (T)
es el inverso de la frecuencia. (f)
VOLTAJE
PICO-PICO(Vpp): Analizando el gráfico se ve que hay un
voltaje máximo y un voltaje mínimo. La diferencia entre estos dos voltajes es
el llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble del Voltaje Pico
(Vp) (ver gráfico).
VOLTAJE
RMS (Vrms): Se puede obtener el voltaje equivalente en
corriente continua (Vrms) de este voltaje alterno con ayuda de la
fórmula Vrms = 0.707 x Vp. Ver más Este valor de voltaje es el que
obtenemos cuando utilizamos un voltímetro.
Magnetismo
Se entiende por
magnetismo la propiedad que poseen determinados materiales de atraer a otros
materiales, tales como el hierro, el níquel y el cobalto, aunque este último la
tiene en menor proporción; En la siguiente sección de nuestro curso, veremos un
breve paso por los fundamentos del magnetismo, para luego poder comprender con
mayor precisión, temas tales como los inductores y el trabajo y empleo que les
damos a estas propiedades de algunos elementos.
Introducción al Electromagnetismo
El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta
de que en la naturaleza existen materiales que eran capaces de atraer al
hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son:
1.- Atraen al hierro,
y otros metales como cobalto, níquel y sus aleaciones.
Imanes
unidos a un hierro
2.- Orientan sus moléculas en la misma
dirección
Moléculas
orientadas
3.- Crean dos polos opuestos en sus extremos,
y de ellos salen líneas de fuerza que van de uno al otro.
Polos
y líneas de fuerza de un imán
4.- Cuando
enfrentamos dos polos de distinto tipo se atraen.
5.- Cuando
enfrentamos dos polos del mismo tipo se repelen.
6.- Los polos norte y
sur no se pueden separar. Si se parte un trozo del material, cada trozo vuelve
a ser un imán con polo norte y sur.
Atraccion y repulsion de imanes.
7.- Sus propiedades
atraviesan objetos como papel, madera, plásticos, etc.
8.- Si frotamos un
objeto de acero con un imán, el objeto adquiere las propiedades magnéticas del
imán y se comporta como tal.
De manera que es muy
fácil transmitir el magnetismo a un destornillador, una aguja de coser y otros
objetos.
Los imanes tienen un
campo magnético que los rodea, es muy fácil observarlo si dejamos limaduras de
hierro cerca del imán que se sitúan sobre las líneas de fuerza del mismo.
Líneas
de fuerza de un imán con limaduras de hierro
Hace más de dos mil
quinientos años, los chinos ya conocían estas propiedades y crearon la primera
brújula al concebir la tierra como un enorme imán.
Con ella podían
conocer la orientación del norte y del sur en cualquier lugar. El polo norte
magnético corresponde con el sur geográfico, y el polo sur magnético
corresponde con el polo norte geográfico.
Norte
magnético y sur terrestre
También se observó
que el paso de la corriente eléctrica por un conductor creaba un campo
magnético alrededor del conductor siguiendo la regla de la mano derecha. A este
campo magnético generado eléctricamente se le llama electromagnetismo.
Campo
magnético generado por el paso de corriente
Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnéticos de todas las espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magnético mayor.
Campo
magnético generado en una bobina
Este proceso es reversible, es decir, si en
el interior de una bobina hacemos que varíe un campo magnético, conseguiremos
que circule corriente por la bobina. El comportamiento de la bobina es como el
de un imán eléctrico.
El
campo magnético genera corriente alterna
Campo Eléctrico – Campo Magnético
Si tenemos una carga
eléctrica, alrededor de esta carga existe un campo eléctrico cuyas líneas de
fuerza se orientan como se muestra en la siguiente figura.
Una carga eléctrica
en reposo (detenida) posee sólo campo eléctrico. Sin embargo, si se pone en
movimiento una carga eléctrica, lo que tendremos será una manifestación de
fuerzas de naturaleza diferente: tendremos la aparición de un campo magnético.
Este campo tendrá
líneas de fuerza que envuelven la trayectoria de la carga, como se las puede
notar en las siguientes figuras.
El campo eléctrico
puede actuar sobre cualquier tipo de objeto, provocará atracción o repulsión
según su naturaleza.
El campo magnético
sólo actúa atrayendo o repeliendo, sobre materiales de determinada naturaleza
de forma más eminente.
Campo
magnético alrededor de un conductor
Teniendo en cuenta el
origen del campo magnético podemos explicar y o comprender fácilmente por qué
ciertos cuerpos son imanes y por qué una corriente puede actuar sobre una aguja
magnetizada.
En un cuerpo común
los electrones que se mueven alrededor de los átomos lo hacen de manera
desordenada, de modo que el campo producido no aparece. Sin embargo, podemos
orientar estos movimientos de modo de concentrar el efecto de una manera
determinada; Obteniendo así, "imanes elementales", cuyos efectos
sumados dotan al material de propiedades magnéticas. Tenemos así, cuerpos
denominados imanes permanentes.
Un imán permanente
tiene dos polos, denominados NORTE (N) y SUR (S), cuyas propiedades son
semejantes a las de las cargas eléctricas.
Podemos decir que
polos de nombres diferentes se atraen (Norte atrae a Sur y viceversa).
Polos del mismo
nombre se repelen (Norte repele a Norte y Sur repele a Sur).
Los imanes permanentes
pueden ser naturales o artificiales.
Muy buen articulo
ResponderEliminarexcelente artículo, fácil de entender
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