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Aplicaciones comunes de la electricidad

Se puede considerar que el estudio de la electricidad, al menos como observación reflexiva, comenzó en la antigua Grecia con Tales de Mileto cuando éste descubrió el efecto de frotar un trozo de ámbar (en griego, elektron). Desde entonces y hasta la fecha se han producido infinidad de descubrimientos e inventos que han permitido el aprovechamiento de la energía eléctrica como una de las fuentes energéticas más comunes. La facilidad para conducir esta energía, trasladarla entre puntos muy distantes y transformarla desde y hacia otras formas de energía ha favorecido enormemente su estudio y ha permitido obtener la ingente cantidad de aplicaciones que actualmente existen. El aprovechamiento de la energía eléctrica comenzó en aplicaciones dirigidas a la transmisión y comunicación a distancia, aunque inmediatamente se usó en sistemas de iluminación o incluso en aplicaciones terapéuticas. Actualmente se ha extendido prácticamente a todos los sectores con alguna excepción, como son los...

Bobina y bobinado

Una bobina es un componente de un circuito eléctrico formado por un conductor arrollado helicoidalmente. Puede tener o no tener un núcleo de hierro. Recibe el nombre de bobinado un conjunto de bobinas que se halla insertado en un circuito eléctrico. Las bobinas son componentes pasivos de los circuitos que, por autoinducción, almacenan energía gracias al campo magnético que se crea en ellas cuando aumenta la intensidad de la corriente que las recorre. Por ello se las llama también inductores. Para calcular esta energía (W), es necesario conocer la inductancia de la bobina (L) y la intensidad de la corriente que la recorre (i):. W = L · i2. En una bobina, el campo magnético de cada arrollamiento o espira se suma al de la siguiente, obteniéndose así un campo magnético total que es mucho más potente en el interior de la bobina que en el exterior de la misma. La intensidad de dicho campo (H) es:. H = N Donde N es el número de espiras de la bobina, I la intensidad de la corriente y...

Circuito eléctrico

Circuito eléctrico. La energía eléctrica tiene, entre otras propiedades interesantes, la capacidad de transportarse desde el lugar en que se genera hasta el punto de consumo donde se transforma en otros tipos de energía, como calorífica o lumínica. El transporte de esta energía se realiza a través de líneas de conductores que unen los puntos de generación con los receptores y aseguran el tránsito de la carga eléctrica de los electrones. Este modelo de generación, transporte y consumo se materializa físicamente en un circuito eléctrico. En términos generales, los circuitos eléctricos son las realizaciones fundamentales de cualquier sistema físico que necesite energía eléctrica para su funcionamiento. Por tanto, de un circuito eléctrico forman parte las líneas de alta tensión que se observan en el campo, los generadores de las centrales eléctricas (térmicas, hidráulicas, eólicas, etcétera), los centros de transformación donde se reducen los altos valores de tensión en otros de...

Condensador

En general, se llama condensador a un dispositivo eléctrico constituido por dos conductores, o armaduras, que poseen cargas del mismo valor, pero de signo contrario, y que están separados una cierta distancia. La magnitud característica de un condensador es la capacidad. Si se tiene un conductor aislado que posee una carga, q, bajo una diferencia de potencial, V, se denomina capacidad del mismo, C, a la magnitud definida como el cociente entre la carga y la diferencia de potencial:. C =. La unidad de capacidad en el Sistema Internacional se denomina faradio (símbolo F) y se define como la capacidad de un conductor que, para una diferencia de potencial de un voltio, tiene la carga de un culombio. En la práctica, el faradio es una unidad muy grande, por lo que frecuentemente en los circuitos y cálculos comunes se emplean sus divisores, como:. microfaradio ( F) = 10-6 F ; picofaradio (pF) = 10-12 F. Uno de los tipos de condensadores más extendidos es el de placa plana, en el que...

Condensadores cilíndricos y esféricos

Un condensador es un sistema formado por dos conductores cercanos, a los que se llama placas o armaduras, aislados entre sí y de cualquier otro cuerpo. Sirve para almacenar energía eléctrica gracias al campo que crean las cargas distribuidas en sus armaduras. En cualquier condensador la carga de sus armaduras es igual, pero de signo contrario, con lo que la carga neta es nula. Por ello, se denomina carga de un condensador al valor numérico (sin signo) de la carga de cualquiera de sus placas. De este modo, la capacidad de un condensador se define de la misma manera que la de un conductor, pero considerando el potencial como el poseído por una armadura con relación a la otra:. En este caso, Q es la carga eléctrica y V la diferencia de potencial. Los condensadores cilíndricos están formados por dos cilindros concéntricos que constituyen las armaduras del mismo. Entre ambas puede existir el vacío o bien un determinado material, que recibe el nombre de dieléctrico. Su capacidad, si...

Conductores y aislantes

Cuando se comunica carga eléctrica a un cuerpo, su materia constitutiva puede comportarse de dos formas diferentes. Existe un tipo de sustancias en el que la carga aportada permanece en reposo en el lugar en que se ha depositado, pero hay otra clase de materiales que reparten la carga recibida, lo que hace que ésta se desplace en su seno. Los cuerpos de la primera clase se llaman aislantes; los de la segunda, conductores. En general, los conductores por excelencia son los metales, a los que se denomina conductores de primera especie, porque no se ven alterados por el movimiento de las cargas a su través. Otros conductores, llamados de segunda especie, son las disoluciones de electrólitos (ácidos, bases y sales), que sí se modifican por el tráfico de cargas eléctricas en su interior. Por otra parte, son ejemplos de materiales aislantes el vidrio, los plásticos, la porcelana, el corcho, etc. El agua químicamente pura es mala conductora, pero el agua natural, que contiene siempre una...

Corriente alterna

Se llama corriente alterna a la producida en unos generadores, llamados alternadores, que basan su funcionamiento en la fuerza electromotriz que aparece en una espira, cuando ésta gira en un campo magnético, gracias a la variación de flujo que se origina en dicho giro. El valor de esta fuerza electromotriz es:. E = Em · sen  (1). siendo Em el valor máximo que puede alcanzar E. Este valor está ligado a la inducción del campo magnético presente (B), el número de espiras que giren (n), la superficie de dichas espiras (S) y la velocidad angular de giro (), por la relación:. Em = n · B · S ·. De (1) se deduce que la variación de la fuerza electromotriz, E, es sinusoidal. Veamos otros parámetros de un circuito recorrido por una corriente alterna. Supóngase que el circuito está constituido por un generador, una resistencia óhmica externa, R, una autoinducción, L, y un condensador de capacidad C. Considerando incluida en R la resistencia interna del generador, r, la tensión o...

Corriente trifásica

Conjunto de tres corrientes alternas monofásicas, denominadas fases, de frecuencia y amplitud iguales, dispuestas en torno a un núcleo cilíndrico y separadas cada una por un ángulo de aproximadamente 120º. Una corriente alterna monofásica se obtiene haciendo girar una espira en el seno de un campo magnético. La variación de flujo induce la aparición de una fuerza electromotriz de carácter sinusoidal. En la práctica, con el fin de obtener corrientes más intensas, se hace girar una bobina, es decir un conjunto de espiras en el seno del campo magnético, con lo que la fuerza electromotriz total es la suma de las fuerzas electromotrices creadas por cada espira. Las corrientes trifásicas se logran haciendo girar en el interior del campo magnético no una bobina, como en el caso anterior, sino tres bobinas, llamadas fases, que se hallan dispuestas uniformemente sobre un núcleo cilíndrico de hierro. Esta colocación hace que las tres bobinas estén separadas dos a dos por un ángulo de 120º...

Corrientes de Foucault

Corrientes inducidas que aparecen en las masas conductoras, sometidas a una variación de flujo magnético. También se las conoce como corrientes en torbellino. El efecto de las corrientes de Foucault se puede observar en un disco sometido en parte a la acción de un campo magnético perpendicular al plano del mismo y capaz de girar en el seno de dicho campo. Si se toma un elemento diferencial de la porción de la superficie que está sometida a ese campo magnético, se producirá en él una corriente inducida que causará un desplazamiento de cargas. Éstas, a través de otros elementos no afectados por el campo magnético, pueden regresar a sus posiciones originales, en una especie de ciclo. De esta manera, aparecen en la pieza móvil unas corrientes cíclicas, en torbellino, que, según la ley de Lenz, tenderán a ralentizar el giro del disco, llegando, incluso, a la detención del mismo. Otro caso de aparición de este tipo de corrientes se halla en el núcleo de un transformador, donde la...

Dinamo

Generador que utiliza los fenómenos de inducción electromagnética para originar corrientes alternas, las cuales, antes de salir al circuito exterior, son convertidas en continuas por el propio dispositivo gracias a la estructura de su colector. En los generadores de corriente alterna, una espira, llamada inducido, gira en el seno de un campo magnético creado por un imán, que se denomina inductor. La espira, que gira mediante la comunicación de energía mecánica, se encuentra unida en sus extremos a sendos anillos que constituyen el llamado elemento colector, los cuales se unen al circuito externo. La rotación de la espira, mediante un eje perpendicular al campo magnético, provoca una variación del flujo de dicho campo que la atraviesa, variación que es la causa de la aparición de una fuerza electromotriz correspondiente a una corriente alterna. Esta fuerza electromotriz es máxima cuando el plano de la espira es paralelo al campo, y nula cuando es perpendicular al mismo. El cambio...

Diodo

Dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección. Un diodo está formado por la unión de dos semiconductores p y n. La zona de contacto de ambos se denomina juntura o unión. Cuando se hace pasar una corriente a través de él, el conjunto se polariza, fenómeno que puede suceder de dos maneras:. Mediante polarización directa. La corriente circula del ánodo al cátodo y atraviesa el dispositivo con total facilidad. Mediante polarización inversa. La corriente circula de cátodo a ánodo. En este caso no atraviesa al diodo, el cual se comporta como un circuito abierto. Por tanto, en el diodo la corriente sólo puede circular en un sentido, que es, precisamente, el de su polarización directa. Hay muy variados tipos de diodos, aunque entre los más comunes se encuentran los siguientes:. Rectificadores. Son los más básicos. Al sólo polarizarse en un sentido, pueden convertir una corriente alterna en otra continua, aunque esa rectificación sólo funcione por...

Diodo LED

Diodo capaz de emitir una radiación luminosa cuya longitud de onda se halla dentro del espectro visible. El acrónimo LED procede del inglés light emisor diode, diodo emisor de luz. Los diodos LED están constituidos por dos cristales semiconductores, con un dopaje especial, formando una unión PN. Cuando aparece en ellos una polarización directa, los electrones del semiconductor N se desplazan para ocupar los huecos del semiconductor P, realizando un trabajo que se traduce en la aparición de una energía que se transforma en radiaciones electromagnéticas. El funcionamiento de los diodos LED está condicionado por los siguientes parámetros:. Tensión directa. Es la que se le aplica para polarizarlo. En la práctica oscila entre 1,5 voltios y 2 voltios. Intensidad de la corriente. Se refiere a la intensidad de la corriente que circula por el dispositivo cuando está polarizado directamente. Su valor debe estar en ciertos rangos para que se produzca la emisión luminosa. Habitualmente,...

Diodo rectificador

Dispositivo o elemento de un sistema electrónico capaz de rectificar o transformar una corriente alterna en una continua. Este proceso, en un principio, se verificó con lámparas de vacío (diodos). Hoy día se lleva a cabo con unos elementos electrónicos del mismo nombre pero de construcción y funcionamiento claramente diferentes, basados en el empleo de semiconductores. Un diodo está formado por la unión de dos semiconductores p y n. La zona de contacto de ambos se denomina juntura o unión. Cuando se hace pasar una corriente a través de él, el conjunto se polariza, fenómeno que puede suceder de dos maneras:. Mediante polarización directa. La corriente circula del ánodo al cátodo y atraviesa el dispositivo con total facilidad. Mediante polarización inversa. La corriente circula de cátodo a ánodo. En este caso no atraviesa al diodo, el cual se comporta como un circuito abierto. Por tanto, en el diodo la corriente sólo puede circular en un sentido, que es, precisamente, el de su...

Efecto Hall

Fenómeno electromagnético descubierto por el físico estadounidense Edwin Herbert Hall en 1879 consistente en la aparición de un campo eléctrico en un conductor al ser este atravesado por un campo magnético. El efecto Hall es consecuencia de la ley de Laplace, la cual establece la fuerza que un campo magnético ejerce sobre las cargas que circulan por un conductor cuando éste es situado en dicho campo. Los metales están formados por átomos cuyos electrones de valencia (electrones de sus últimas capas) están dotados de una gran libertad de movimientos. Por ello, estas sustancias presentan el llamado enlace metálico, en el que hay un nutrido conjunto de electrones libres y los correspondientes iones positivos, originados al desprenderse cada átomo de dichos electrones de valencia. En un conductor metálico recorrido por la corriente engendrada por un generador, que crea en él un campo eléctrico de intensidad E, hay dos tipos de cargas: las representadas por los electrones, que son las...

Efectos de la corriente eléctrica

Efectos de la corriente eléctrica. Los efectos del magnetismo son conocidos por el ser humano desde el siglo vi a. C. Sin embargo, su relación con los fenómenos eléctricos no se estudió hasta principios del siglo xix dentro de una disciplina del conocimiento de nuevo cuño bautizada como electromagnetismo. La trascendencia de esta relación tan estrecha entre magnetismo y electricidad se pone de manifiesto enumerando las aplicaciones prácticas más sobresalientes del electromagnetismo. Motores eléctricos, generadores de electricidad, transformadores, multitud de dispositivos electromecánicos como relés y contactores son sólo varias de sus aplicaciones. El aprovechamiento de los recursos naturales y la transformación de las energías limpias en energía eléctrica es posible después de los esfuerzos que los investigadores han dedicado al estudio de estos fenómenos. Los avances no sólo se han producido en el campo de la energía sino que otros sectores como la electrónica, la informática...

Electricidad

La palabra electricidad procede del vocablo elektron, con el que se designaba en lengua griega al ámbar, pues ya en la Grecia Clásica se había observado que, al frotar dicha sustancia con un paño, aparecía en ella un estado especial que le permitía atraer cuerpos de pequeño peso. Sin embargo, este descubrimiento no fue desarrollado en épocas posteriores y no se le prestó atención científica hasta el siglo XVI, en el que se realizó una serie de trabajos que, ante la incapacidad de la época para producir energía eléctrica, sólo tuvieron contenido teórico. Durante los siglos XVII y XVIII, la electricidad se consideró prácticamente un juego de salón, apto para amenizar veladas en las que se electrizaba objetos, admirándose después las atracciones y repulsiones que se manifestaba. El primer paso importante en la obtención de energía eléctrica lo dio el físico italiano Alessandro Volta, construyendo en 1794 una fuente de electricidad a la que llamó pila, pues la obtuvo apilando una...

Electroimán

Tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Un electroimán está constituido por una bobina que posee en su interior un núcleo de hierro dulce. Cuando la corriente atraviesa la bobina, el núcleo se convierte en un imán, perdiendo esta condición cuando cesa la corriente. Una aplicación bien conocida de los electroimanes se halla en los timbres de las casas. Si se oprime el pulsador, la corriente imanta un núcleo que así atrae a un pequeño martillo que golpea un gong u otro elemento similar. Cuando se suelta el pulsador, desaparece la imantación y el martillo, sujeto por un resorte, vuelve a su posición inicial. Los electroimanes son usados también en la industria para trasladar masas de acero. Para ello, se montan en unas grúas que tienen al final de su pluma una cadena con un dispositivo de base plana que es el electroimán. Puesto dicho dispositivo en contacto con la masa de...

Energía potencial eléctrica

El concepto de energía potencial eléctrica está relacionado con el trabajo (entendido como magnitud física) que puede realizarse en relación con la presencia de una carga eléctrica en el espacio. Así, supóngase una carga eléctrica positiva, q, y otra, también positiva, q’, sometida al campo eléctrico creado por la primera, de intensidad E. La fuerza que ese campo ejerce sobre la segunda carga es:. F’ = E · q’. Al ser repulsivo, el efecto será el de un alejamiento de q’ con respecto a q. Por tanto, si se deseara mover q’ desde un punto A hasta otro B, más cercano a q, habría que ejercer una fuerza, F, que neutralizara a F’. El módulo de dicha fuerza tomaría el valor:. F = - E · q’. Al moverse sobre la línea que une q y q’, esta fuerza crea un trabajo infinitesimal, dW, que en un espacio diferencial de la distancia entre A y B, dr, vendría dado por:. dW = F · dr dW = - E · q’ · dr dW = -q’. De esta forma, el trabajo total al trasladar la carga desde A hasta B se expresa...

Ferromagnetismo

Los materiales pueden clasificarse en varios grupos atendiendo a su comportamiento frente a la presencia de campos magnéticos en sus cercanías. Uno de estos grupos, de naturaleza interesante por sus aplicaciones, es el de los materiales ferromagnéticos, que se rigen por la propiedad del ferromagnetismo. Para introducir esta propiedad, es preciso antes comprender el concepto de solenoide. Recibe este nombre un hilo conductor de gran longitud respecto a su diámetro. Cuando por él circula una corriente, en su interior, si existe el vacío, aparece un campo magnético, cuyo valor de inducción magnética se define como:. B =. siendo = 12,57 · 10-7 wb/A·m la susceptibilidad magnética del vacío, N el número de espiras, I la intensidad de la corriente circulante y x la longitud del solenoide. Si en el interior de un solenoide, en lugar del vacío, se coloca un cuerpo cilíndrico de una determinada sustancia, el campo magnético descrito puede variar sustancialmente. Puede suceder que aumente...

Flujo eléctrico

Sea un campo eléctrico, de intensidad E, y una superficie diferencial en su seno, de área ds. El pequeño tamaño de la superficie permite considerar que en cualquier punto de ella el campo eléctrico tiene la misma intensidad. Por definición, se llama flujo diferencial del campo a través de la mencionada superficie al producto:. d = E · ds · cos w (1). siendo w el ángulo que forma el vector intensidad de campo, , y la normal a la superficie considerada. El flujo total se lograría integrando la expresión anterior. Así pues, de (1) se deduce que el valor del flujo, para un campo y una superficie dadas, depende del valor de cos w. Pueden darse los casos siguientes:. Que sea w = 0º. Se verificará entonces que cos w = 1, con lo que:. d = E · ds. y el flujo alcanzará su valor máximo. Que sea w = 90º. En ese caso, cos w = 0 y, por consiguiente:. d= 0. con lo que el flujo tomará su valor mínimo. Que w sea un ángulo agudo, es decir que 90 > w > 0. Entonces será cos w < 1 y...