Este blog, tiene el propósito de presentar a la comunidad algunos de los temas observados por los alumnos del Centro de Bachillerato Tecnológico,Industrial y de servicios Número 37 o CBTIS 37 en la clase "Temas de física", enfocándonos más en lo que es "electricidad" y los distintos tipos de temas que esta abarca, lo cual puede ser interesante, no solo para los estudiantes de física, electricidad o electrónica, sino para la comunidad en general al ser temas que escuchamos mucho, son muy mencionados y puede ser interesante conocer un poco más sobre ello, te invitamos a continuar leyendo este blog, aprenderás cosas muy interesantes, !Bienvenido!
Átomo: Es la parte más
pequeña en la que se puede obtener materia de forma estable. formado por un
núcleo, compuesto a su vez por protones y neutrones, y por una corteza que lo
rodea en la cual se encuentran los electrones, en igual número que los
protones.
-Partículas Subatómicas:
Protón:
Descubierto
por Ernest
Rutherford en el siglo XX,
es
una partícula
que pertenece al átomo. Poseen carga
eléctrica positiva
y el número de protones en el núcleo
atómico, denominado número atómico, es el que determina las propiedades
químicas del átomo.
Neutrón:Fueron
descubiertos
en 1930 por
Walter
Bothe y Herbert
Becker
pero
el número de neutrones en el núcleo determina su estabilidad
frente a posibles procesos nucleares (fisión, fusión o emisión de radiactividad).
carecen de carga eléctrica, y son inestables cuando se hallan fuera del núcleo.
Electrón:
Descubierta
en
1897 por J. J. Thomson giran en torno a su núcleo,
formando la denominada corteza electrónica tiene
carganegativa.
Si un
átomo capta o pierde
electrones, se convierte en un ion
Relatividad:
Su
teoría:
Está
compuesta
a grandes rasgos por dos grandes teorías (la de la relatividad especial y la de
la relatividad general) formuladas por Albert Einstein a principios del siglo
XX, que pretendían resolver la incompatibilidad existente entre la mecánica y
el electromagnetismo.
Relatividad
especial: Llamada
también relatividad
particular o restringida, es una teoría que describe bien el
movimiento de los cuerpos, pero solo a velocidades constantes, y en un
espacio plano, de tres dimensiones espaciales y una temporal.
Relatividad
general: Llamada
también relatividad
particular o restringida, es una teoría que describe bien el
movimiento de los cuerpos, pero solo a velocidades constantes, y en un
espacio plano, de tres dimensiones espaciales y
una temporal.
Formula de la teoría de la relatividad
E= MC^2
E= Energía.
M= Masa.
C= Velocidad de
la luz.
(299,793
Km/s o 300,000 Km/s)
En los circuitos RLC se acoplan resistencias, capacitores e inductores, existe también un ángulo de desfasaje entre las tensiones y corriente, que incluso puede llegar a hacerse cero, en caso de que las reactancias capacitivas e inductivas sean de distinto valor para determinada frecuencia, tendremos desfasajes.
Dependiendo de cuál de las reactancias sea mayor podremos afirmar si se trata de un circuito con características capacitivas o inductivas y por lo tanto si la tensión adelanta a la corriente o si la corriente adelanta a la tensión.
Existen dos tipos de circuitos RLC, en serie o en paralelo, según la interconexión de los tres tipos de componentes, el comportamiento de un circuito RLC se describen generalmente por una ecuación diferencial de segundo orden.
Los circuitos RLC son generalmente utilizados para realizar filtros de frecuencias, o de transformadores de impedancia, estos circuitos pueden entonces comportar múltiples inductancias y condensadores.
Un circuito RC es un circuito compuesto de resistencias y condensadores alimentados por una fuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto de un resistor y un condensador y es la forma más simple de un circuito RC. Los circuitos RC pueden usarse para filtrar una señal, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. Los filtros RC más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso banda, y el filtro elimina banda. Entre las características de los circuitos RC está la propiedad de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo; reciben el nombre de filtros debido a que son capaces de filtrar señales eléctricas de acuerdo a su frecuencia.
En la configuración de paso bajo la señal de salida del circuito se coge en bornes del condensador, estando este conectado en serie con la resistencia. En cambio en la configuración de paso alto la tensión de salida es la caída de tensión en la resistencia.
Este mismo circuito tiene además una utilidad de regulación de tensión, y en tal caso se encuentran configuraciones en paralelo de ambos, la resistencia y el condensador, o alternativamente, como limitador de subidas y bajas bruscas de tensión con una configuración de ambos componentes en serie. Un ejemplo de esto es el circuito Snubber.
El circuito RC más simple que existe consiste en un condensador y una resistencia en serie. Cuando un circuito consiste solo de un condensador cargado y una resistencia, el condensador descargará su energía almacenada a través de la resistencia. La tensión o diferencia de potencial eléctrico a través del condensador, que depende del tiempo, puede hallarse utilizando la ley de Kirchhoff de la corriente, donde la corriente a través del condensador debe ser igual a la corriente a través de la resistencia.
En un circuito RC en serie la corriente (corriente alterna) que pasa por la resistor y por el capacitor es la misma.
El voltaje entregado VS es igual a la suma fasorial de la caída de voltaje en el resistor (Vr) y de la caída de voltaje en el capacitor (Vc). Ver la siguiente fórmula: Vs = Vr + Vc (suma fasorial), esto significa que cuando la corriente está en su punto más alto (corriente picó), será así tanto en el resistor como en el capacitor.
Pero algo diferente pasa con los voltajes. En el resistor, el voltaje y la corriente están en fase (sus valores máximos y mínimos coinciden en el tiempo). Pero el voltaje en el capacitor no es así.
Como el capacitor se opone a cambios bruscos de voltaje, el voltaje en el capacitor está retrasado con respecto a la corriente que pasa por él. (el valor máximo de voltaje en el capacitor sucede después del valor máximo de corriente en 90o).
Estos 90º equivalen a ¼ de la longitud de onda dada por la frecuencia de la corriente que está pasando por el circuito.
Los circuitos RL son aquellos que contienen una bobina (inductor) que tiene autoinductancia, esto quiere decir que evita cambios instantáneos en la corriente.
Para un tiempo igual a cero, la corriente comenzará a crecer y el inductor producirá igualmente una fuerza electromotriz en sentido contrario, lo cual hará que la corriente no aumente. A esto se le conoce como fuerza contraelectromotriz.
Esta fem está dada por: V = L (inductancia) dI/dt
Debido a que este circuito no conduce de manera inmediata, sino gradualmente por el hecho que la bobina se magnetiza, dentro de un periodo de tiempo tiene un "periodo transitorio", en la que el circuito se carga mas lentamente.
La solución general, asociada a la condición inicial , es:
Dónde:
es la intensidad de la corriente eléctrica del montaje, en A ;
Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos (resistencias, capacidades y autoinducciones) y un generador que suministra la corriente alterna.
Una fem alterna se produce mediante la rotación de una bobina con velocidad angular constante dentro de un campo magnético uniforme producido entre los polos de un imán. v=V0sen(w t)
Una rama es un solo elemento, ya
sea si este es activo o pasivo. En otras palabras, una rama representa a
cualquier elemento de dos terminales.
Un nodo es un punto de conexión entre
dos o más ramas. Comúnmente un nodo es representado con un punto en un
circuito. Si un cortocircuito conecta a dos nodos, estos son vistos como un
solo nodo.
Una malla o lazo es
cualquier trayectoria cerrada en un circuito. Un lazo inicia en un nodo, pasa
por un conjunto de nodos y retorna al nodo inicial sin pasar por ningún nodo
más de una vez.
Se dice que un
lazo es independiente si contiene al menos una rama que no forma
parte de ningún otro lazo independiente. Los lazos o trayectorias
independientes dan por resultado conjuntos independientes de ecuaciones.
Una red con
b ramas, n nodos y l lazos independientes satisface el teorema
fundamental de la topología de redes:
CONEXIÓN DE
ELEMENTOS
Dos elementos
están en serie si comparten
exclusivamente un solo nodo y conducen en consecuencia la misma corriente. La
conexión serie consta de elementos conectados secuencialmente terminal con
terminal.
Dos o más
elementos están en paralelo si
están conectados a los dos mismos nodos y tienen en consecuencia la misma
tensión entre sus terminales. La conexión en paralelo consta de elementos
conectados al mismo par de terminales.
Sin embargo hay
conexiones en donde no se distingue si el elemento esta en serie o en paralelo.
La corriente eléctrica puede ser cd o ca. Con cd denotamos
la corriente directa, que implica un flujo de carga que fluye siempre
en una sola dirección. Una batería produce corriente directa en un
circuito porque sus bornes tienen siempre el mismo signo de carga. Los
electrones se mueven siempre en el circuito en la misma dirección: del borne
negativo que los repele al borne positivo que los atrae. Aún si la corriente se
mueve en pulsaciones irregulares, en tanto lo haga en una sola dirección es cd.
La corriente alterna (ca) se comporta como su
nombre lo indica. Los electrones del circuito se desplazan primero en una
dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de vaivén en torno a
posiciones relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del
voltaje del generador o de otra fuente.
La popularidad de que goza la ca proviene del hecho de que la energía eléctrica
en forma de ca se puede transmitir a grandes distancias por medio de fáciles
elevaciones de voltaje que reducen las pérdidas de calor en los cables.
La aplicación principal de la corriente eléctrica, ya sea cd o ca, es la
transmisión de energía en forma silenciosa, flexible y conveniente de un lugar
a otro.
CORRIENTE DIRECTA PULSANTE
La corriente pulsatoria es una corriente continua que sufre cambios regulares de magnitud a partir de un valor constante. Los cambios pueden ser en intensidad o en tensión. Estos cambios o pulsos son siempre en el mismo sentido de la corriente. Por eso todos los tipos de corrientes alternas, ya sean cuadradas, sinusoidales o en sierra no son pulsatoria.
GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA
El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme.
El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. En el primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u otro combustible fósil.
Cuando la espira gira, el flujo del campo magnético a través de la espira cambia con el tiempo. Se produce una fem.
El funcionamiento de los generadores electricos se
basa en el fenómeno de inducción electromagnética: cuando un conductor
hace un movimiento relativo hacia el campo magnético, se induce el voltaje en
el conductor. Particularmente, si una bobina está girando en un campo
magnético, significa que las dos caras de la turbina se mueven en direcciones
opuestas y se añaden los voltajes inducidos a cada lado. Numéricamente, el
valor instantáneo del voltaje final (denominado fuerza electromotriz –emf–) es
igual al resto del índice de cambio del flujo magnético Φ veces el nombre de
vueltas de la bobina: V=−N•∆Φ/Δt. Esta relación se ha encontrado
experimentalmente y hace referencia a la Ley de Faraday. El símbolo
“menos” es por la ley de Lenz, que indica que la dirección de emf es tal
que el campo magnético de la corriente inducida se opone al cambio en el flujo
que produce esta emf. La ley de Lenz está relacionada con la conservación de
energía.
Como la frecuencia de flujo magnético cambia a través de la
bobina que gira en una frecuencia constante que varia de forma sinusoidal con
la rotación, el voltaje generado a las terminales de la bobina también es
sinusoidal (CA). Si un circuito externo se conecta a las terminales de bobina,
este voltaje creará corriente a través de este circuito, que será energía que
se transferirá a la carga. Por lo tanto, la energía mecánica que hace rotar la
bobina se convierte en energía eléctrica.
La corriente de la carga, a su vez, crea un campo magnético
que se opone al cambio del flujo de la bobina, por lo tanto, la bobina se opone
al movimiento. Como más alta sea la corriente, más grande debe de ser la fuerza
que se tiene que aplicar a la armadura para evitar que se ralentice. En la
imagen, una biela manual hace rotar la bobina. A la práctica, la energía
mecánica es producida por turbinas o motores que se denominan fuentes
energéticas. En un generador electrico de CA pequeño, una fuente
energética normalmente es un motor de combustión interna rotatorio.
GENERADOR DE CORRIENTE DIRECTA
Los generadores de corriente continua funcionan parecido a
los motores de corriente continua. En general, los motores de corriente continua
son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían
describirse como generadores que funcionan al revés. Los generadores son
máquinas que convierten la energía mecánica en eléctrica se le denomina también
alternador o dínamo en función del tipo de corriente que produzcan.
Su funcionamiento constituye una aplicación directa del la
ley de inducción de Faraday. En forma esquemática El generador está construido
a partir de una bobina que gira en el campo magnético. De esta manera, una
fuerza electromotriz se establece sobre la bobina como consecuencia de las
variaciones del flujo mientras que gira.
Comúnmente los generadores de corriente continua reciben el
nombre de dinamos. Una dinamo o dínamo es un generador eléctrico destinado
a la transformación magnetismo en electricidad mediante el fenómeno de la
inducción electromagnética, generando una corriente continua eléctrica.
La corriente generada es producida cuando el campo magnético
creado por un imán o un electroimán fijo, inductor, atraviesa una bobina,
inducido, colocada en su centro. La corriente inducida en esta bobina
giratoria, en principio alterna, es transformada en continua mediante la acción
de un conmutador giratorio, solidario con el inducido, denominado colector,
constituido por unos electrodos denominados delgas. De aquí es conducida al
exterior mediante otros contactos fijos llamados escobillas que conectan por
frotamiento con las delgas del colector.
En la siguiente imagen. Los lados de la espira son pintados
con diferentes colores para poder distinguirlos cuando la espira gira.
Aplicando la ley de Faraday, y con la ayuda de la ley de Lenz, se puede
entender que en los extremos de la espira se induce una f.e.m. cuya amplitud y
signo cambia según gira la espira. Lo que queda claro es que el alambre que
queda a la derecha será siempre el lado positivo.
Para aprovechar la FEM (fuerza electromotriz) así generada
debe implementarse unos contactos móviles que conmutan automáticamente los
terminales de la bobina mientras que ésta gira. Esta parte de del generador
recibe el nombre de conmutador, y está formado por unas pistas de cobre
llamadas delgas, donde se conectan los extremos de la bobina, y las escobillas
que recoge la f.e.m. de la bobina para entregarlas a los contactos externos o
bornes del generador.
CORRIENTE CONTINUA RECTIFICADA
La
rectificación de unacorriente
alterna (C.A.)para
convertirla encorriente
directa (C.D.)—denominada.también corriente continua (C.C.)— es una
de las tecnologías más antiguas empleadas en los circuitos electrónicos desde
principios del siglo pasado, incluso antes que existieran los elementos
semiconductores de estado sólido, como los diodos de silicio que conocemos en
la actualidad.
Puesto que los diodos permiten el paso de la
corriente eléctrica en una dirección y lo impiden en la dirección contraria, se
han empleado también durante muchos años en la detección de señales de alta
frecuencia, como las de radiodifusión, para convertirlas en audibles en los
receptores de radio. En la actualidad varios tipos de diodos de construcción
especial pueden realizar otras funciones diferentes a la simple rectificación o
detección de la corriente cuando se instalan en los circuitos electrónicos. La corriente alterna (C.A.) circula por el circuito eléctrico formando una sinusoide, en la que medio ciclo posee polaridad positiva mientras y el otro medio ciclo posee polaridad negativa. Es decir, cuando una corriente alterna circula por un circuito eléctrico cerrado su polaridad cambia constantemente tantas veces como ciclos o hertz por segundo de frecuencia posea. En el caso de la corriente alterna que llega a nuestros hogares la frecuencia puede ser de 50 o de 60 ciclos en dependencia del sistema que haya adoptado cada país en cuestión. En Europa la frecuencia adoptada es de 50 ciclos y de 60 ciclos en la mayor parte de los países de América (Ver tabla de frecuencia de la corriente por países y los respectivos voltajes).
Funcionamiento de un diodo rectificador común de media onda
Cuando un circuito eléctrico o electrónico requiere de una corriente directa que no sea pulsante, sino mucho más lineal que la que permite un simple rectificador de media onda, es posible combinar de dos a cuatro diodos rectificadores de forma tal que la resultante sea una corriente directa (C.D.) con menos oscilaciones residuales.
Funcionamiento de los diodos rectificadores de onda completa
PUENTE DE DIODOS
Un puente rectificador de cuatro diodos funciona de la siguiente forma: como se puede observar en la parte (A) de la ilustración, durante el primer medio ciclo negativo (–) de la corriente que proporciona la fuente de suministro alterna (C.A.) conectada al puente rectificador, los electrones atraviesan primero el diodo (1), seguidamente el consumidor(R) y después el diodo (2) para completar así la circulación de la corriente de electrones por una mitad del circuito correspondiente al puente rectificador.
El siguiente vídeo contiene una explicación completa y sencilla de lo que es corriente Alterna (AC) y corriente directa (DC)
La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene una energía medible y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones. Tienen 4 estados: Solido, líquido, gaseoso y plasma
La energía es la capacidad de realizar un trabajo o transferir calor. Existen dos energías, la potencial que resulta de la posición de un cuerpo en un campo gravitacional, y energía cinética que posee un cuerpo a consecuencia de su movimiento.
La energía se puede manifestar de diferentes formas y en diferentes medios como:
•Energía Eléctrica.
La energía eléctrica es la
energía resultante de una diferencia de potencial entre dos puntos y que
permite establecer una corriente eléctrica entre los dos, para obtener algún
tipo de trabajo, también puede transformarse en otros tipos de energía entre
las que se encuentran energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía
térmica.
•Energía Mecánica.
La energía mecánica se debe a la
posición y movimiento de un cuerpo y es la suma de la energía potencial,
cinética y energía elástica de un cuerpo en movimiento, refleja la capacidad
que tienen los cuerpos con masa de hacer un trabajo, algunos ejemplos de
energía mecánica los podríamos encontrar en la energía hidráulica, eólica y
mareomotriz.
•Energía Térmica.
La energía térmica es la fuerza
que se libera en forma de calor, puede obtenerse mediante la naturaleza y
también del sol mediante una reacción exotérmica como podría ser la combustión
de los combustibles, reacciones nucleares de fusión o fisión, mediante la
energía eléctrica por el efecto denominado Joule o por ultimo como residuo de
otros procesos químicos o mecánicos.
•Energía Nuclear.
Esta energía es la liberada del
resultado de una reacción nuclear, se puede obtener mediante dos tipos de
procesos, el primero es por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy
livianos) y el segundo es por Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos
pesados), en las reacciones nucleares se suele liberar una grandísima cantidad
de energía debido en parte a la masa de partículas involucradas en este
proceso, se transforma directamente en energía.
•Energía Química.
Esta energía es la retenida en
alimentos y combustibles, Se produce debido a la transformación de sustancias
químicas que contienen los alimentos o elementos, posibilita
mover objetos o generar otro tipo
de energía.
•Energía Electromagnética.
La energía electromagnética se
define como la cantidad de energía almacenada en una parte del espacio a la que
podemos otorgar la presencia de un campo electromagnético y que se expresa
según la fuerza del campo eléctrico y magnético del mismo.
La materia y la energía son los únicos componentes del universo. El universo evolutivo se conforma de dos propiedades de la materia/energía: Reactividad y diversidad.
La reactividad es la capacidad de la materia de interactuar consigo misma en la diversidad de formas existentes, mientras que la diversidad nos dice que los cuerpos pueden tener distintas características físicas y quimicas, como su masa, color, densidad, entre otros.
es la intensidad de la corriente eléctrica del montaje, en A ;
es la inductancia de la bobina en H ;
es la resistencia total del circuito en Ω ;
es la tensión del generador, en V ;
es el tiempo en s ;
es la constante de tiempo del circuito, en s.
