TEORÍA BÁSICA DE ELECTRICIDAD

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD

electricidad es un fenómeno físico asociado al movimiento de las cargas eléctricas. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas, estas al ser de igual carga se repelen y las que tienen diferente carga se atraen.

El aprovechamiento de la electricidad consiste en generar y canalizar el movimiento de las cargas eléctricas.

Existen materiales conductores y materiales aislantes de la electricidad. Los materiales conductores permiten el paso de la electricidad mientras que los aislantes no. Para que se produzca la circulación eléctrica a través de un material conductor se necesita lo siguiente:

– un circuito cerrado por el que puedan circular los electrones continuamente.

– un dispositivo que suministre la energía necesaria para producir el movimiento de los electrones a través del circuito. Estos dispositivos son los generadores, pilas o baterías.

ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS:

– Voltaje o Tensión: es la energía que debemos suministrar al circuito para provocar el movimiento de electrones a través de él. Se expresa en voltios (V).

– Intensidad de corriente: cantidad de carga (electrones) que atraviesan una sección de conductor por unidad de tiempo. Se expresa en amperios (A).

– Resistencia eléctrica: es la oposición que presenta un material a ser atravesado por la electricidad. Se expresa en Ohmios (O).

Por convenio se supone por tradición que el flujo de corriente es debido al movimiento de las cargas positivas (del polo + al polo -), aunque en realidad es debido al movimiento de los electrones.

– Ley de Ohm: existe una relación entre las tres magnitudes fundamentales de un circuito eléctrico: V=IxR

– Potencia: es la energía o trabajo consumido o producido en un determinado tiempo. Se mide en vatios (W). Su fórmula es: P=VxI

Características y tipos de señales eléctricas.

Señal eléctrica

Entenderemos por señal eléctrica a una magnitud eléctrica cuyo valoro intensidad depende del tiempo. Así, v(t) es una tensión cuya amplitud depende del tiempo e i(t) es una corriente cuya intensidad depende del tiempo. Por lo general se designa la palabra señal para referirse a magnitudes que varían de alguna forma en el tiempo. Interpretaremos a las magnitudes constantes como casos particulares de señales eléctricas.

Características comunes.

Señales constantes y variables.

Como su nombre lo indica, las señales constantes son aquellas que no varían en el tiempo. Tal es el caso del voltaje en bornes de una batería. Su representación gráfica es por lo tanto una línea recta horizontal. Las señales variantes son aquellas que cambian su valor de alguna manera son el tiempo.

Señales continuas y alternas.

Desde el punto de vista gráfico, las señales continuas son aquellas que siempre tienen el mismo signo, es decir, son siempre positivas o nulas, o siempre negativas o nulas. En el caso de una corriente, esto significa que la misma siempre circulará en el mismo sentido, aunque pueda variar su intensidad. Si la señal es de voltaje, debe interpretarse que la fuente intenta forzar la circulación de corriente siempre en el mismo sentido, aunque pueda variar su fuerza. Una señal continua, entonces, puede o no ser constante. Las señales de la figura 1 son ambas señales continuas, aunque una sea variante.

Las señales alternas son aquellas que, por el contrario a las continuas, varían el signo de su magnitud. Una señal alterna nunca puede ser constante.

Señales periódicas.

Las señales periódicas son aquellas a las cuales se les puede encontrar un patrón de repetición, es decir, que después de un determinado tiempo, vuelve a repetirse uno a uno los valores anteriores, una y otra vez. A este patrón se lo reconoce como ciclo de la onda. El tiempo que demora un ciclo en desarrollarse se denomina período, y por supuesto, se mide en segundos.

Se denomina frecuencia de la señal a la cantidad de ciclos que pueden desarrollarse en un segundo. Se mide en ciclos por segundo o Hertz, abreviado, Hz. La relación existente entre la frecuencia y el período de una señal es: F=1/T

Las señales aperiódicas son aquellas a las cuales es imposible definirles un ciclo. Por lo general son señales aleatorias, como ser las señales de audio. Las señales variantes de las figuras 1 y 2 son

señales aperiódicas.

Características particulares de las señales periódicas

Se pueden definir otros parámetros que identifican a una señal periódica:

-Amplitud de pico: es el valor máximo que tiene una señal, considerada desde el valor ‘0’.

-Amplitud pico a pico: es la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo de una señal.

-Valor eficaz: es el valor equivalente al de una señal continua constante capaz de desarrollar la misma potencia que la señal periódica.

-Valor medio: es el promedio de todos los valores de una señal tomados en un ciclo. Para señales simétricas como la senoidal, el valor medio es nulo.

LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.)

Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.

Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su polaridad se mantiene siempre fija.

La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.

Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas durante un segundo. En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de coordenadas para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt. Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo por segundo o hertz (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos por segundo o hertz (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene. Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal. En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América la tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz. La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o alternadores ubicados en plantas termoeléctricas, hidroeléctricas o centrales atómicas.

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