Ingeniero en Electrónica
Corriente eléctrica
1.- CORRIENTE ELÉCTRICA.
Consiste en el movimiento continuo y ordenado de partículas eléctricas a lo largo de un conductor.
Para que se origine una corriente eléctrica en un conductor es necesario que entre sus extremos exista una diferencia de potencial.
2.- CIRCUITO ELÉCTRICO.
Un circuito eléctrico es el camino que recorre una corriente eléctrica.
Para que una corriente eléctrica circule por un circuito, este debe estar cerrado y entre dos puntos de dicho circuito debe haber una diferencia de potencial.
3.- INTENSIDAD.
Es el cociente que resulta de dividir la carga que atraviesa una sección del conductor entre el tiempo que tarda en atravesarla.
I =
Su unidad es el amperio (A) y para medirla se utiliza el amperímetro, que se colocará en serie.
• •
A B
4.- TÉNSION ELÉCTRICA.
Se define como la diferencia de nivel eléctrico que existe entre dos puntos determinados del circuito; también se denomina diferencia de potencial.
La unidad de tensión es el voltio (V) y para medirla se emplea el voltímetro, que se colocará en paralelo con los puntos a medir.
•
M
•
N
5.- FUERZA ELECTROMOTRIZ.
Es una magnitud de la misma especie que la tensión eléctrica; se distingue de esta porque la fuerza electromotriz es la tensión entre los bornes del generador.
Se mide en las mismas unidades que la tensión y con los mismos instrumentos.
6.- RESISTENCIA.
Es la dificultad que ofrece un conductor al paso de la corriente que lo recorre; su unidad es el ohmio ().
A medida que los electrones avanzan por el conductor, son frenados por las interacciones con los núcleos (resistencia), y por las pérdidas de energía por choques (efecto joule); esto justifica él porque los cuerpos tienen distinta resistencia.
Para calcular la resistencia de un conductor se aplica la siguiente formula:
: resistividad del conductor.
·
l: longitud del conductor.
s: sección del conductor.
La resistividad es el valor de la resistencia de un conductor cilíndrico de 1 m de longitud y 1 mm2 de sección y depende de la naturaleza del conductor. Las unidades de la resistividad son mm2/m.
Tenemos entonces, la siguiente tabla de resistividades.
mm2/m.
Plata -------------- 0,016
Cobre ------------- 0,0175
Oro --------------- 0,02
Aluminio---------- 0,033
Níquel ------------ 0,13
Hierro ------------ 0,1
Mercurio --------- 0,94
Se puede observar que el mejor conductor es la plata pero el más utilizado es el cobre debido al elevado precio de la plata.
La conductividad es la inversa de la resistividad. C= 1/
Nota:
Los cables eléctricos deben tener una resistencia inferior a 1 ohmio.
Nota:
Las lineas repartidoras serán de cobre, aunque los cables de transporte de electricidad de grandes secciones son de aluminio, por ser mucho mas barato, así por ejemplo, un cable de 50 mm2 de aluminio valdría la mitad de lo que costaría un cable de 25 mm2 de cobre.
7.- LEY DE OHM.
La ley de ohm dice que la corriente en un alambre metálico es proporcional a la diferencia de potencial existente entre sus extremos.
! R =
! I =
R es la resistencia eléctrica del conductor.
Si I se mide en amperios y R en ohmios, V se medirá en voltios.
Como el campo eléctrico en una porción determinada de metal es proporcional a la diferencia de potencial entre sus extremos, la corriente será proporcional al campo eléctrico.
8.- LEY JOULE.
La energía eléctrica absorvida por un conductor homogéneo al ser recorrido por una corriente eléctrica se transforma integramente en calor. El incremento de temperatura del conductor estará causado por esta energía clorífica.
Q = 0,24·R·I2·t
Las unidades caloríficas usadas son la cal/g y la Kcal, pudiendo también medirse en julios (J). 1 J = 0,24 cal.
Nota:
Toda corriente que pasa por un conductor o una resistencia produce un calor. Si pasa mucha intensidad el calentamiento es muy elevado y puede producirse un cortocircuito. Siguiendo las normativas oficiales tenemos que máquinas y cables no deben tener temperatura. Los transformadores deben enfriarse solos, de no ser así han de ser enfriados por ventilación o secado. N Basándonos en estas ideas concluimos que el efecto de la temperatura es determinante para determinar el valor de la resistencia; para establecer la resistencia a una temperatura determina establecemos la siguiente ecuación:
Rt = R20 (+ ·t) Rt = resistencia a la temperatura deseada
R20 = resistencia a 20 º C
= coeficiente de temperatura
9.- TENSIONES SIMPLES Y TENSIONES COMPUESTAS.
Llamamos fase a la salida de corriente de un generador, normalmente de corriente alterna. El orden de fases en secuencia directa es, RST; si las tres fases consumen la misma electricidad no necesita neutro (O).
Tenemos un sistema de corriente trifásica (tres fases R,S,T, y neutro O).
R-O R-S
Vs = tensión simple: T-O Vc = tensión compuesta: T-S
S-O R-T
Tensiones Simples: Estan entre fase y neutro.
Tensiones Compuestas: Estan entre fase y fase.
Vc
R •
Vs
Vc
•O
Vs Vs
T • •
S
Vs
La tensión simple es la del extremo al centro, el cuál está conectado a tierra.
La tensión compuesta es:
R
A
•
30º
O • B • VST
30º
T S
OB=1/2 OC =OA·cos30º=VS
=
VC ! VC=VS·
Tabla de tensiones:
VS VC
127v* 220v*
150v 260v
220v* 380v*
260v 450v
380v 660v
10.- POTENCIA.
Cuando se desplaza una carga eléctrica entre dos puntos a distinto potencial, se realiza un trabajo.
La potencia también viene definida como el producto de la tension existente entre los extremos de un circuito homogéneo por la intensidad de corriente que lo recorre y viene dada por la siguiente fórmula:
P = V·I
Sólo se cumple en circuitos puramente óhmicos, reales o activos, es decir, en aquellos que transforman su energía íntegramente en calor.
Por la ley de Ohm, sabemos que I=
, y sustituyendo en la formula anterior tendremos que:
P=
También sabemos que por la ley de Ohm que V=R·I; sustituyendo en la fórmula inicial, tendremos que:
P=R·I2
Este trabajo produce una pérdida de energía que se disipa en forma de calor. Su unidad es el julio.
1 julio = 0,239 calorías.
La potencia es la relación entre el trabajo realizado por la corriente y el tiempo empleado en realizarlo:
P=
La unidad de potencia es el vatio (W), también se emplea el caballo de vapor (cv):
1 cv = 735,5 W.
11.- POTENCIA MONOFÁSICA Y TRIFÁSICA.
La potencia monofásica es la que hay en un receptor entre fase y neutro y viene dada por la siguiente fórmula:
PI =VS·I·cos
Factor de potencia: cos
cos =
En un circuito puramente óhmico = 0, con lo que cos = 1, y sustituyéndolo en la fórmula anterior tenemos que R = Z (siendo Z la impedancia).
Los circuitos monofásicos son de hasta 30 A.
La potencia trifásica se calcula mediante la siguiente fórmula:
PIII=
·VC·I·cos
Para igual potencia, la intensidad trifásica es una tercera parte de la monofásica:
IIII=
EJERCICIO 1. Si tenemos un receptor con una Pac de 600 W, en la red de 220 V, en monofásico, ¿cuánto vale la I?.
PI=VS·I·cos
PI=220·I = 6600 W ! I= 30 A
cos = 1
Si en trifásica, queremos conseguir una potencia de 6600 W, sabiendo que la tensión correspondiente es VC = 380 V, calculamos la intensidad necesaria.
PIII=
·VC·I·cos
cos =1 6600=
·380·I ! I=
= 10A.
Comprobamos que nos da una tercera parte de la intensidad en monofásica:
IIII=
! 10A =
12.- AUTOINDUCCIÓN.
Es el fenómeno en virtud del cual una corriente de intensidad variable, llamada corriente principal, crea en su mismo circuito, por inducción, otra corriente denominada corriente autoinducida.
En un circuito óhmico inducido, tendríamos:
Z XL: Reactancia inductiva.
= 2· ( = frecuencia)
XL= ·L siendo
L = autoinducción
R
Si cos =
, tendremos que la impedancia es Z =
La autoinducción influye en el valor de la reactancia ( XL).
Ub= Z·I Ub: tensión de bornes.
UXL = XL·I ; siendo Uac: tensión activa.
UXL: tensión reactiva.
Uac= R·I
Nota:
Cuando un circuito sea puramente óhmico, es decir, cuando cos = 0, la tensión aparente será igual a la real.
Si calculamos el cos nos dará el cociente entre la tensión puramente óhmica y la tensión en bornes:
cos =
KVA Kw = Kilowatios.
KVAri ; siendo KVA = Kilovolta-amperes.
KVAri = Kilovolta-amperes vfb reactivos inductivos
Kw
La capacitancia o reactancia capacitiva es inversamente proporcional a la capacidad C del condensador y a la velocidad angular:
XC =
13.- COEFICIENTE DE AUTOINDUCCIÓN.
El coeficiente de autoinducción o inductancia es la relación entre el flujo de una bobina y la intensidad de corriente. Se representa por la letra L.
La unidad práctica de la autoinducción es el henrio (H).
El flujo () se mide en maxwell.
L = 
Si en lugar de una espira fueran varias, con núcleo de aire, tendríamos:
I = intensidad.
L = 
siendo : n = nº de espiras.
= flujo magnético.
¿Cómo medir la L de una bobina?.
; 
=
; 
S
Entonces: L=
Hemos llegado a la conclusión de que la autoinducción no depende de la intensidad; depende de la longitud, sección, y número de espiras de la bobina.
Una bobina cuyo núcleo sea de aire recibe el nombre de solenoide.
Supongamos ahora que el núcleo es férrico; en este caso el campo sería:
, con lo cual tendríamos el coeficiente de autoinducción igual a:
· ; : coeficiente de permeabilidad (aire =1).
Si hablamos de Oersted el núcleo es de aire.
Si hablamos de Gauss el núcleo es de hierro.
Los coeficientes de permeabilidad se hallan con el magnetómetro de Kopsel.
EJERCICIO 2.
Supóngase una bobina sin núcleo con 1000 espiras, siendo su sección de 50cm2 y su longitud de 125cm; calcular la inductancia.
L=
.
Supongamos la misma bobina pero con núcleo de acero dulce y que por sus espiras pasa una corriente de 7,5 A; calcular el campo H, así como la permeabilidad y la inductancia.
H=
oersted.
El magnetómetro nos da 17400 gauss; entonces:
=
= 0,005·232= 1,16 H.
¿Cuánto vale la reactancia en ambos casos?.
.
.
Nota:
Como podemos ver con los resultados obtenidos, el que una bobina tenga o no núcleo, provoca una gran diferencia en el valor de la reactancia.
14.- CICLO DE HISTÉRESIS.
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