COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UN CIRCUITO ELCTRICO Para decir que existe un circuito elctrico cualquiera, es necesario disponer siempre de tres componentes o elementos fundamentales:

1. Una fuente (E) de fuerza electromotriz (FEM), que suministre la energa elctrica necesaria envolt.

2. El flujo de una intensidad (I) de corriente de electrones en ampere. 3. Existencia de una resistencia o carga (R) en ohm, conectada al circuito, que consuma laenerga que proporciona la fuente de fuerza electromotriz y la transforme en energa til, como puede ser, encender una lmpara, proporcionar fro o calor, poner en movimiento un motor, amplificar sonidos por un altavoz, reproducir imgenes en una pantalla, etc.

Izquierda: circuito elctrico compuesto por una fuente de fuerza< electromotriz (FEM), representada por una pila; un flujo de corriente< (I) y una resistencia o carga elctrica (R). Derecha: el mismo circuito elctrico representado de forma esquemtica. Si no se cuentan con esos tres componentes, no se puede decir que exista un circuito elctrico. Los circuitos pueden ser simples, como el de una bombilla de alumbrado o complejo como los que emplean los dispositivos electrnicos.

Izquierda: circuito elctrico simple compuesto por una bombilla incandescente conectada a una fuente de FEM domstica. Derecha: circuito elctrico complejo integrado por componentes electrnicos.

1

Unidades de medida de los componentes que afectan al circuito elctrico La tensin que la fuente de energa elctrica proporciona al circuito, se mide en volt y se representa con la letra (V). La intensidad del flujo de la corriente (I), se mide en ampere y se representa con la letra (A). La resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al propio circuito, se mide en ohm y se representa con la letra griega omega ( ). Estos tres componentes estn muy ntimamente relacionados entre s y los valores de sus parmetros varan proporcionalmente de acuerdo con la Ley de Ohm. El cambio del parmetro de uno de ellos, implica el cambio inmediato de parmetro de los dems. Las unidades de medidas del circuito elctrico tienen tambin mltiplos y submltiplos como, por ejemplo, el kilovolt (kV), milivolt (mV), miliampere (mA), kilohm (k ) y megohm (M ).

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO ELCTRICO El funcionamiento de un circuito elctrico es siempre el mismo ya sea ste simple o complejo. El voltaje, tensin o diferencia de potencial (V) que suministra la fuente de fuerza electromotriz (FEM) a un circuito se caracteriza por tener normalmente un valor fijo. En dependencia de la mayor o menor resistencia en ohm ( en ) que encuentre el flujo de corriente de electrones al recorrer el circuito, as ser su intensidad ampere (A).

Una vez que la corriente de electrones logra vencer la resistencia (R) que ofrece a su paso el consumidor o carga conectada al circuito, retorna a la fuente de fuerza electromotriz por su polo positivo. El flujo de corriente elctrica o de electrones se mantendr circulando por el circuito hasta tanto no se accione el interruptor que permite detenerlo. Tensin de trabajo de un dispositivo o equipo La tensin o voltaje de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), depende de las caractersticas que tenga cada una de ellas en particular. Existen equipos o dispositivos cuyos circuitos se disean para trabajar con voltajes muy bajos, como los que emplean bateras, mientras otros se disean para que funcionen conectados en un enchufe de la red elctrica industrial o domstica. Por tanto, podemos encontrar equipos o dispositivos electrodomsticos y herramientas de mano, que funcionan con bateras de 1,5; 3, 6, 9, 12, 18, 24 volt, etc. Un ejemplo lo tenemos en el taladro de la foto derecha que funciona con corriente elctrica directa suministrada por batera, sin que tenga que estar conectado a una red de corriente elctrica externa. Existen tambin otros dispositivos y equipos para vehculos automotores, que funcionan con bateras de 12 24 volt. En la industria se utilizan otros equipos y dispositivos, cuyos circuitos elctricos funcionan con 220, 380 440 volt de corriente alterna (segn el Taladro elctrico de< pas de que se trate). En los hogares empleamos aparatos mano, que funciona electrodomsticos que funcionan con 110-120 220 volt de corriente alterna con< batera. (tambin en dependencia del pas de que se trate). Carga o consumidor de energa elctrica Cualquier circuito de alumbrado, motor, equipo electrodomstico, aparato electrnico, etc., ofrece siempre una mayor o menor resistencia al paso de la corriente, por lo que al conectarse a una fuente de fuerza electromotriz se considera como una carga o consumidor de energa elctrica. La resistencia que ofrece un consumidor al flujo de la corriente de electrones se puede comparar con lo que ocurre cuando los tubos de una instalacin hidrulica sufren la reduccin de su dimetro interior debido a la acumulacin de sedimentos. Al quedar reducido su dimetro, el fluido hidrulico encuentra

2

ms

resistencia

para

pasar,

disminuyendo

el

caudal

que

fluye

por

su

interior.

De la misma forma, mientras ms alto sea el valor en ohm de una resistencia o carga conectada en el circuito elctrico, la circulacin de electrones o amperaje de la corriente elctrica disminuye, siempre y cuando la tensin o voltaje aplicado se mantenga constante. Sentido de la circulacin de la corriente de electrones en el circuito elctrico En un circuito elctrico de corriente directa o continua, como el que proporciona una pila, batera, dinamo, generador, etc., el flujo de corriente de electrones circular siempre del polo negativo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) al polo positivo de la propia fuente. En los circuitos de corriente alterna que proporcionan los generadores de las centrales elctricas, por ejemplo, la polaridad y el flujo de la corriente cambia constantemente de sentido tantas veces en un segundo como frecuencia posea. En Amrica la frecuencia de la corriente alterna es de 60 ciclos o hertz (Hz) por segundo, mientras que en Europa es de 50 Hz. No obstante, tanto para la corriente directa como para la alterna, el sentido del flujo de la corriente de electrones ser siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de FEM. Componentes adicionales de un circuito Para que un circuito elctrico se considere completo, adems de incluir la imprescindible tensin o voltaje que proporciona la fuente de FEM y tener conectada una carga o resistencia, generalmente se le incorpora tambin otros elementos adicionales como, por ejemplo, un interruptor que permita que al cerrarlo circule la corriente o al abrirlo deje de circular, as como un fusible que lo proteja de cortocircuitos.

1. Fuente de fuerza electromotriz (batera). 2. Carga o resistencia ( lmpara). 3. Flujo de la corriente< elctrica. 4. Interruptor. 5. Fusible.

Amperaje

El amperaje no es otra cosa que la fuerza o la potencia en una corriente elctrica circulando entre dos puntos, estos son el negativo y el positivo a travs de un conductor o cable elctrico. La corriente elctrica circula del negativo hacia el positivo. La forma de saber que amperaje circula por una corriente elctrica es conectado en serie un ampermetro, para esto debe de haber una carga entre el negativo y el positivo, por ejemplo, un receptor de radio, una lavadora de ropa, etc. El amperaje en un circuito elctrico se ha comparado con un flujo de agua por caudal de agua, mayor presin, otro factor que influye es el grosor del conducto. el agua contiene ms presin pero su caudal ser menor. Si por el contrario, cantidad de agua ser, por lo mismo mayor pero a menor presin. Lo mismo un conducto, cuanto ms si el conducto es reducido el conducto es mayor, la sucede con un conductor

3

elctrico, si su calibre (grueso) es reducido, la corriente encontrar resistencia u oposin a su paso, si el calibre es mayor, fluir de forma libre con menor resistencia.

Voltaje El voltaje, tensin, tambin diferencia de potencial, se le denomina a la fuerzaelectromotrz (FEM) que ejerce una presin o carga en un circuito elctrico cerrado sobre los electrones, completando con esto un circuito elctrico. Esto da como resultado el flujo de corriente elctrica. Cuanto mayor sea la presin ejercida de la fuerza electromotrz sobre los electrones o cargas elctricas que circulan por el conductor, en esa medida ser el voltaje o tensin que existir en el circuito.

Frecuencia La frecuencia es la cantidad de ciclos completos en una corriente elctrica y secalculan por segundo, por ejemplo, la corriente alterna oscila o cambia con una frecuencia de 50 60 ciclos por segundo. La unidad para medir estos ciclos es el Hertz (Hz) y debe su nombre al fsico alemn Heinrich Rudolf Hertz, quien en 1888 demostr la existencia de las ondas electromagnticas. Por ejemplo un Hertz o Hertzio es un ciclo por segundo.

Fase Se dice que la corriente alterna est en fase en un circuito cuando el voltaje (tensin) ycorriente (amperaje) pasan de cero a mximo o de mximo a cero simultneamente, cabe decir, si se trata de un circuito en esencia resistivo. Ahora bien, dado que existen factores capacitivos e inductivos en la corriente alterna comn, el voltaje y corriente no se encuentran en fase; podemos decir entonces que se encuentran fuera de fase.

La electricidad (del griego elektron, cuyo significado es mbar) es un fenmeno fsico cuyo origen son las cargas elctricas y cuya energa se manifiesta en fenmenos mecnicos, trmicos, luminosos y qumicos, entre otros1 ,2 3 4 en otras palabras es el flujo de electrones. Se puede observar de forma natural en fenmenos atmosfricos, por ejemplo los rayos, que son descargas elctricas producidas por la transferencia de energa entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte). Otros mecanismos elctricos naturales los podemos encontrar en procesos biolgicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas mquinas, desde pequeos electrodomsticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y asimismo de todos los dispositivos electrnicos.5 Adems es esencial para la produccin de sustancias qumicas como el aluminio y el cloro. Tambin se denomina electricidad a la rama de la fsica que estudia las leyes que rigen el fenmeno y a la rama de la tecnologa que la usa en aplicaciones prcticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes elctricas por induccin fenmeno que permite transformar energa mecnica en energa elctrica se ha convertido en una de las formas de energa ms importantes para el desarrollo tecnolgico debido a su facilidad de generacin y distribucin y a su gran nmero de aplicaciones.

La electricidad en una de sus manifestaciones naturales: el relmpago.La electricidad es originada por las cargas elctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas elctricas estn en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostticas. Cuando las cargas elctricas estn en movimiento relativo se ejercen tambin fuerzas magnticas. Se conocen dos tipos de cargas elctricas: positivas y negativas. Los tomos que conforman la materia contienen partculas subatmicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones). Tambin hay partculas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan slo en determinados procesos como los rayos csmicos y las desintegraciones radiactivas.6

4

La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenmeno fsico, denominado electromagnetismo, descrito matemticamente por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una carga elctrica produce un campo magntico, la variacin de un campo magntico produce un campo elctrico y el movimiento acelerado de cargas elctricas genera ondas electromagnticas (como en las descargas de rayos que pueden escucharse en los receptores de radio AM).7 Debido a las crecientes aplicaciones de la electricidad como vector energtico, como base de las telecomunicaciones y para el procesamiento de informacin, uno de los principales desafos contemporneos es generarla de modo ms eficiente y con el mnimo impacto ambiental.

[editar] Historia de la electricidadArtculo principal: Historia de la electricidad

Michael Faraday relacion el magnetismo con la electricidad.

Configuracin electrnica del tomo de cobre. Sus propiedades conductoras se deben a la facilidad de circulacin que tiene su electrn ms exterior (4s).La historia de la electricidad como rama de la fsica comenz con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones mdicas, como el uso de peces elctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueolgicos de interpretacin discutible (la batera de Bagdad).8 Tales de Mileto fue el primero en observar los fenmenos elctricos cuando, al frotar una barra de mbar con un pao, not que la barra poda atraer objetos livianos.2 4 Mientras la electricidad era todava considerada poco ms que un espectculo de saln, las primeras aproximaciones cientficas al fenmeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por investigadores sistemticos como Gilbert, von Guericke, Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampre, Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teora que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenmeno no se alcanz hasta la formulacin de las ecuaciones de Maxwell (18611865).

5

Los desarrollos tecnolgicos que produjeron la primera revolucin industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicacin prctica generalizada fue el telgrafo elctrico de Samuel Morse (1833), que revolucion las telecomunicaciones. La generacin masiva de electricidad comenz cuando, a fines del siglo XIX, se extendi la iluminacin elctrica de las calles y las casas. La creciente sucesin de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolucin industrial. Ms que de grandes tericos, como Lord Kelvin, fue ste el momento de grandes inventores como Gramme, Westinghouse, von Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relacin entre investigacin y mercado capitalista convirti la innovacin tecnolgica en una actividad industrial. Tesla, un inventor serbio-americano, descubri el principio del campo magntico rotatorio en 1882, que es la base de la maquinaria de corriente alterna. Tambin invent el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifsica que da energa a la sociedad moderna. El alumbrado artificial modific la duracin y distribucin horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin defini el socialismo como la suma de la electrificacin y el poder de los soviets.9 La sociedad de consumo que se cre en los pases capitalistas dependi (y depende) en gran medida del uso domstico de la electricidad. El desarrollo de la mecnica cuntica durante la primera mitad del siglo XX sent las bases para la comprensin del comportamiento de los electrones en los diferentes materiales. Estos saberes, combinados con las tecnologas desarrolladas para las transmisiones de radio, permitieron el desarrollo de la electrnica, que alcanzara su auge con la invencin del transistor. El perfeccionamiento, la miniaturizacin, el aumento de velocidad y la disminucin de costo de las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de las propiedades elctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la conformacin de la sociedad de la informacin de la tercera revolucin industrial, comparable en importancia con la generalizacin del uso de los automviles. Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a largas distancias y la autonoma de los aparatos mviles alimentados por electricidad todava no han sido resueltos de forma eficiente. Asimismo, la multiplicacin de todo tipo de aplicaciones prcticas de la electricidad ha sido junto con la proliferacin de los motores alimentados con destilados del petrleo uno de los factores de la crisis energtica de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de nuevas fuentes de energa, especialmente las renovables.

[editar] Electrosttica y electrodinmicaArtculos principales: electrosttica y electrodinmicaLa electrosttica es la rama de la fsica que estudia los fenmenos resultantes de la distribucin de cargas elctricas en reposo, esto es, del campo electrosttico.1 Los fenmenos electrostticos son conocidos desde la antigedad. Los griegos del siglo V a. C. ya saban que al frotar ciertos objetos estos adquiran la propiedad de atraer cuerpos livianos. En 1785 el fsico francs Charles Coulomb public un tratado donde cuantificaba las fuerzas de atraccin y repulsin de cargas elctricas estticas y describa, por primera vez, cmo medirlas usando una balanza de torsin. Esta ley se conoce en su honor con el nombre de ley de Coulomb. Durante el siglo XIX se generalizaron las ideas de Coulomb, se introdujo el concepto de campo elctrico y potencial elctrico, y se formul la ecuacin de Laplace, que determina el potencial elctrico en el caso electrosttico. Se produjeron tambin avances significativos en la electrodinmica, que estudia los fenmenos elctricos producidos por cargas en movimiento. En estos fenmenos aparecen asimismo campos magnticos, que pueden ser ignorados en el caso de

6

circuitos con corriente elctrica estacionaria, pero deben ser tomados en cuenta en el caso de circuitos de corriente alterna. Finalmente, en 1864 el fsico escocs James Clerk Maxwell unific las leyes de la electricidad y del magnetismo en un sistema de cuatro ecuaciones en derivadas parciales conocidas como ecuaciones de Maxwell. Con ellas se desarroll el estudio de los fenmenos elctricos y magnticos, mostrando que ambos tipos son manifestaciones del nico fenmeno del electromagnetismo, que inclua tambin a las ondas electromagnticas.10 [editar] Carga elctrica

Artculo principal: Carga elctrica

Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.La carga elctrica es una propiedad que poseen algunas partculas subatmicas y que se manifiesta mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada elctricamente es influida por los campos electromagnticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interaccin entre carga y campo elctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interaccin electromagntica. La partcula que transporta la informacin de estas interacciones es el fotn. Estas fuerzas son de alcance infinito y no se manifiestan de forma inmediata, sino que tardan un tiempo , donde c es la velocidad de la luz en el medio en el que se transmite y d la distancia entre las cargas. Las dos partculas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma natural en la Tierra son el electrn y el protn, aunque pueden encontrarse otras partculas cargadas procedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el protn y el neutrn) adems, estn constituidos por partculas cargadas ms pequeas llamadas quarks, sin embargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza. Cuando un tomo gana o pierde un electrn, queda cargado elctricamente. A estos tomos cargados se les denomina iones. Los trabajos de investigacin realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel de Fsica Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electrn, y de Robert Millikan a medir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga elctrica.11 En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga elctrica se denomina culombio (smbolo C) y se define como la cantidad de carga que pasa por una seccin en 1 segundo cuando

7

la corriente elctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de 6,24 1018 electrones aproximadamente. La carga ms pequea que se encuentra en la naturaleza es la carga del electrn (que es igual en magnitud a la del protn y, de signo opuesto): e = 1,602 10-19 C (1 eV en unidades naturales).

Vanse tambin: tomo, Polarizacin electroqumica, Experimento de Millikan y Electroscopio[editar] Fuerza entre cargas

Artculo principal: Ley de CoulombCoulomb fue el primero en determinar, en 1785, el valor de las fuerzas ejercidas entre cargas elctricas.12 Usando una balanza de torsin determin que la magnitud de la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas elctricas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las magnitudes de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.13

donde q1 y q2 son las cargas, r es la distancia que las separa y la constante de proporcionalidad k depende del sistema de unidades. Una propiedad fundamental de estas fuerzas es el principio de superposicin que establece que, cuando hay varias cargas qj, la fuerza resultante sobre una cualquiera de ellas es la suma vectorial de las fuerzas ejercidas por todas las dems. La fuerza reposo est dada en el SI por: ejercida sobre la carga puntual qi en

donde

denota el vector que une la carga qj con la carga qi.

Cuando las cargas estn en movimiento aparecen tambin fuerzas magnticas. La forma ms sencilla de describir el fenmeno es con el uso de campos elctrico ( ) y magntico ( que a su vez se pueden derivar las fuerzas a partir de la frmula de Lorentz: ), de los

En el caso general de cargas distribuidas de manera arbitraria, no es posible escribir expresiones explcitas de las fuerzas. Hay que resolver las ecuaciones de Maxwell, calcular los campos y derivar las fuerzas a partir de las expresiones de la energa electromagntica.14

8

Lneas de campo de dos cargas elctricas de igual valor absoluto y signos opuestos.Artculos principales: campo elctrico y campo magnticoLos campos elctrico y magntico , son campos vectoriales caracterizables en cada punto del espacio y cada instante del tiempo por un mdulo, una direccin y un sentido. Una propiedad fundamental de estos campos es el principio de superposicin, segn el cual el campo resultante puede ser calculado como la suma vectorial de los campos creados por cada una de las cargas elctricas. Se obtiene una descripcin sencilla de estos campos dando las lneas de fuerza o de campo, que son curvas tangentes a la direccin de los vectores de campo. En el caso del campo elctrico, esta lnea corresponde a la trayectoria que seguira una carga sin masa que se encuentre libre en el seno del campo y que se deja mover muy lentamente. Normalmente la materia es neutra, es decir, su carga elctrica neta es nula. Sin embargo, en su interior tiene cargas positivas y negativas y se localizan corrientes elctricas en los tomos y molculas, lo cual da lugar a campos elctricos y magnticos. En el caso de dos cargas opuestas se generan campos dipolares, como el representado en la figura de la derecha, donde las cargas de igual magnitud y signos opuestos estn muy cercanas entre s. Estos campos dipolares son la base para describir casos tan fundamentales como los enlaces inicos en las molculas, las caractersticas como disolvente del agua, o el funcionamiento de las antenas entre otros. Los campos elctricos y magnticos se calculan resolviendo las ecuaciones de Maxwell, siendo magnitudes inseparables en general.

9

Fluido ferroso que se agrupa cerca de los polos de un imn o magneto.Se denomina electromagnetismo a la teora fsica que unifica los fenmenos elctricos y magnticos en una sola teora, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez de modo completo por Maxwell. La formulacin consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo elctrico, el campo magntico y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga elctrica, corriente elctrica, desplazamiento elctrico y corriente Ecuaciones de Maxwell, en su forma diferencial de desplazamiento. A principios del siglo XIX rsted encontr evidencia emprica de que los fenmenos magnticos y elctricos estaban relacionados. A partir de esa base Maxwell unific en 1861 los trabajos de fsicos como Ampre, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describan ambos fenmenos como uno solo, el fenmeno electromagntico.11

Nombre de la ley

Forma diferencial

Ley de Gauss

Ley de Gauss para el magnetismo o inexistencia del monopolo magntico

Se trata de una teora de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes fsicas Ley de Ampre-Maxwell vectoriales y son dependientes de la posicin en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenmenos fsicos macroscpicos en los que intervienen cargas elctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos elctricos y magnticos y sus efectos sobre la materia. Para la descripcin de fenmenos a nivel molecular, atmico o corpuscular, es necesario emplear las expresiones clsicas de la energa electromagntica conjuntamente con las de la mecnica cuntica. Las ecuaciones de Maxwell describen los campos elctricos y magnticos como manifestaciones de un solo campo electromagntico. Adems, explican la naturaleza ondulatoria de la luz como parte de una onda electromagntica.15 Al contar con una teora unificada consistente que describiera estos dos fenmenos antes separados, se pudieron realizar varios experimentos

Ecuacin de Maxwell-Faraday (ley de Faraday)

10

novedosos e inventos muy tiles, como el generador de corriente alterna inventado por Tesla. 16 El xito predictivo de la teora de Maxwell y la bsqueda de una interpretacin coherente con el experimento de Michelson y Morley llev a Einstein a formular la teora de la relatividad, que se apoyaba en algunos resultados previos de Lorentz y Poincar. Esta unificacin es fundamental para describir las relaciones que existen entre los campos elctricos variables que se utilizan en la vida diaria como la corriente alterna utilizada en las redes elctricas domsticas y los campos magnticos que inducen. Entre otras aplicaciones tcnicas, se utiliza para el clculo de antenas de telecomunicaciones y de circuitos elctricos o electrnicos en los que hay campos elctricos y magnticos variables que se generan mutuamente.

Vanse tambin: Induccin magntica, Ley de Faraday, Onda electromagntica y Fotn

[editar] Potencial y tensin elctricaArtculo principal: Potencial elctrico

Representacin esquemtica de una resistencia R por la que circula una intensidad de corriente I debido a la diferencia de potencial entre los puntos A y B.Se denomina tensin elctrica o voltaje a la energa potencial por unidad de carga que est asociada a un campo electrosttico. Su unidad de medida en el SI son los voltios.17 A la diferencia de energa potencial entre dos puntos se le denomina voltaje. Esta tensin puede ser vista como si fuera una "presin elctrica" debido a que cuando la presin es uniforme no existe circulacin de cargas y cuando dicha "presin" vara se crea un campo elctrico que a su vez genera fuerzas en las cargas elctricas. Matemticamente, la diferencia de potencial elctrico entre dos puntos A y B es la integral de lnea del campo elctrico:

Generalmente se definen los potenciales referidos a un punto inicial dado. A veces se escoge uno situado infinitamente lejos de cualquier carga elctrica. Cuando no hay campos magnticos variables, el valor del potencial no depende de la trayectoria usada para calcularlo, sino nicamente de sus puntos inicial y final. Se dice entonces que el campo elctrico es conservativo. En tal caso, si la carga elctrica q tan pequea que no modifica significativamente , la diferencia de potencial elctrico entre dos puntos A y B ser el trabajo W por unidad de carga, que debe ejercerse en contra del campo elctrico para llevar q desde B hasta A. Es decir:

11

Otra de las formas de expresar la tensin entre dos puntos es en funcin de la intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos. As se obtiene uno de los enunciados de la ley de Ohm:

Cuando por dos puntos de un circuito puede circular una corriente elctrica, la polaridad de la cada de tensin viene determinada por la direccin convencional de la misma; esto es, del punto de mayor potencial al de menor. En el caso de campos no estacionarios el campo elctrico no es conservativo y la integral de lnea del campo elctrico contiene efectos provenientes de los campos magnticos variables inducidos o aplicados, que corresponden a una fuerza electromotriz inducida (f.e.m.), que tambin se mide en voltios. La fuerza electromotriz, cuyo origen es la inyeccin de energa externa al circuito, permite mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente elctrica en un circuito cerrado. Esta energa puede representarse por un campo de origen externo cuya circulacin (integral de lnea sobre una trayectoria cerrada C) define la fuerza electromotriz del generador. Esta expresin corresponde el trabajo que el generador realiza para forzar el paso por su interior de una carga, del polo negativo al positivo (es decir, en contra de las fuerzas elctricas), dividido por el valor de dicha carga. El trabajo as realizado puede tener origen mecnico (dnamo), qumico (batera), trmico (efecto termoelctrico) o de otro tipo.

[editar] Propiedades elctricas de los materialesLa posibilidad de generar corrientes elctricas en los materiales depende de la estructura e interaccin de los tomos que los componen. Los tomos estn constituidos por partculas cargadas positivamente (los protones), negativamente (los electrones) y neutras (los neutrones). La conduccin elctrica de los materiales slidos, cuando existe, se debe a los electrones ms exteriores, ya que tanto los electrones interiores como los protones de los ncleos atmicos no pueden desplazarse con facilidad. Los materiales conductores por excelencia son metales, como el cobre, que usualmente tienen un nico electrn en la ltima capa electrnica. Estos electrones pueden pasar con facilidad a tomos contiguos, constituyendo los electrones libres responsables del flujo de corriente elctrica. En otros materiales slidos los electrones se liberan con dificultad constituyendo semiconductores, cuando la liberacin puede ser producida por excitacin trmica, o aisladores, cuando no se logra esta liberacin. Los mecanismos microscpicos de conduccin elctrica son diferentes en los materiales superconductores y en los lquidos. En los primeros, a muy bajas temperaturas y como consecuencia de fenmenos cunticos, los electrones no interactan con los tomos desplazndose con total libertad (resistividad nula). En los segundos, como en los electrlitos de las bateras elctricas, la conduccin de corriente es producida por el desplazamiento de tomos o molculas completas ionizadas de modo positivo o negativo. Los materiales superconductores se usan en imanes superconductores para la generacin de elevadsimos campos magnticos. En todos los materiales sometidos a campos elctricos se modifican, en mayor o menor grado, las distribuciones espaciales relativas de las cargas negativas (electrones) y positivas (ncleos

12

atmicos). Este fenmeno se denomina polarizacin elctrica y es ms notorio en los aisladores elctricos debido a la ausencia de apantallamiento del campo elctrico aplicado por los electrones libres. Los materiales con alta capacidad de polarizacin se usan en la construccin de condensadores elctricos y se denominan dielctricos. Aquellos cuya polarizacin es permanente (electretos y materiales ferroelctricos) se usan para fabricar dispositivos como micrfonos y altavoces, entre otros. [editar] Conductividad y resistividad

Conductor elctrico de cobre.Artculos principales: Conductividad elctrica y ResistividadLa conductividad elctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad con que las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo elctrico. La resistividad es una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicar que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura. Los materiales se clasifican segn su conductividad elctrica o resistividad en conductores, dielctricos, semiconductores y superconductores.

Conductores elctricos. Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten sta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores elctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales, no metlicos, que tambin poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de la energa elctrica, as como para cualquier instalacin de uso domstico o industrial, el metal ms empleado es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad elctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho ms ligero, lo que favorece su empleo en 13

lneas de transmisin de energa elctrica en las redes de alta tensin. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.18La conductividad elctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisin Electrotcnica Internacional en 1913 como la referencia estndar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estndar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Segn esta definicin, la conductividad del cobre recocido medida a 20 C es igual a 0,58108 S/m.19 A este valor se lo denomina 100% IACS, y la conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de IACS. La mayora de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS, pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad, designados C-103 y C-110.20

Dielctricos. Son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio, cermica, plsticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrnico y la baquelita. Aunque no existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos (forrando con ellos los conductores elctricos, para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas elctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensin, pueden producir una descarga) y para confeccionar aisladores (elementos utilizados en las redes de distribucin elctrica para fijar los conductores a sus soportes sin que haya contacto elctrico). Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, es aislante a temperatura ambiente pero, bajo condiciones de frecuencia de la seal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.

Asociaciones mixtas de resistencias: a) serie de paralelos, b) paralelo de series y c) otras posibles conexiones. 14

La conductividad se designa por la letra griega sigma minscula () y se mide en siemens por metro, mientras que la resistividad se designa por la letra griega rho minscula () y se mide en ohms por metro (m, a veces tambin en mm/m). La ley de Ohm describe la relacin existente entre la intensidad de corriente que circula por un circuito, la tensin de esa corriente elctrica y la resistencia que ofrece el circuito al paso de dicha corriente: la diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la intensidad de corriente (I) y a la resistencia (R). Se describe mediante la frmula:

Esta definicin es vlida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposicin presentada a la circulacin de corriente recibe el nombre de impedancia.

Vanse tambin: Impedancia y Resistencia elctrica

[editar] Corriente elctricaArtculo principal: Corriente elctrica

Relacin existente entre la intensidad y la densidad de corriente.Se denomina corriente elctrica al flujo de carga elctrica a travs de un material sometido a una diferencia de potencial. Histricamente, se defini como un flujo de cargas positivas y se fij el sentido convencional de circulacin de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observ, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional. A partir de la corriente elctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la seccin de los elementos conductores del mismo.

La intensidad de corriente (I) en una seccin dada de un conductor (s) se define como la carga elctrica (Q) que atraviesa la seccin en una unidad de tiempo (t):

. Si la intensidad de corriente es constante, entonces 15

La densidad de corriente (j) es la intensidad de corriente que atraviesa una seccin por unidad de superficie de la seccin (S).

Artculo principal: Corriente continua

Rectificador de corriente alterna en continua, con puente de Gratz. Se emplea cuando la tensin de salida tiene un valor distinto de la tensin de entrada.Se denomina corriente continua (CC en espaol, en ingls DC, de Direct Current) al flujo de cargas elctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente elctrica a travs de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre s. Es errnea la identificacin de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batera). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulacin es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto. Su descubrimiento se remonta a la invencin de la primera pila voltaica por parte del conde y cientfico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generacin de electricidad, en las postrimeras del siglo XIX, cuando la corriente continua comenz a emplearse para la transmisin de la energa elctrica. Ya en el siglo XX este uso decay en favor de la corriente alterna, que presenta menores prdidas en la transmisin a largas distancias, si bien se conserva en la conexin de redes elctricas de diferentes frecuencias y en la transmisin a travs de cables submarinos. Desde 2008 se est extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de clulas fotoelctricas que permiten aprovechar la energa solar. Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electrnicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro elctrico mediante un proceso, denominado rectificacin, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, tambin de tubos de vaco).21 [editar] Corriente alterna

Artculo principal: Corriente alterna

16

Onda senoidal.

Voltaje de las fases de un sistema trifsico. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120.

Esquema de conexin.

17

Conexin en tringulo y en estrella.Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en espaol y AC en ingls, de Alternating Current) a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccin varan cclicamente. La forma de onda de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una onda sinoidal.22 En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. El sistema usado hoy en da fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribucin de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los aos 1881 y 1889. La corriente alterna super las limitaciones que aparecan al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribucin de energa a gran escala debido a problemas en la transmisin de potencia. La razn del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisin de potencia, viene determinada por su facilidad de transformacin, cualidad de la que carece la corriente continua. La energa elctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensin, la intensidad y el tiempo. Dado que la seccin de los conductores de las lneas de transporte de energa elctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensin), disminuyendo en igual proporcin la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor seccin y, por tanto, de menor costo; adems, minimiza las prdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanas, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o domstico de forma cmoda y segura. Las frecuencias empleadas en las redes de distribucin son 50 y 60 Hz. El valor depende del pas. [editar] Corriente trifsica

Artculo principal: Corriente trifsicaSe denomina corriente trifsica al conjunto de tres corrientes alternas de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120, y estn dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de fase. La generacin trifsica de energa elctrica es ms comn que la monofsica y proporciona un uso ms eficiente de los conductores. La utilizacin de electricidad en forma trifsica es mayoritaria para transportar y distribuir energa elctrica y para su utilizacin industrial, incluyendo el accionamiento de motores. Las corrientes trifsicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas en un sistema de tres electroimanes equidistantes angularmente entre s. Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en estrella o en tringulo. En la disposicin en estrella cada bobina se conecta a una fase en un extremo y a un conductor comn en el otro, denominado neutro. Si el sistema est equilibrado, la suma de las corrientes de lnea es nula, con lo que el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. En la disposicin en tringulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de fase, de forma que un extremo de cada bobina est conectado con otro extremo de otra bobina. El sistema trifsico presenta una serie de ventajas, tales como la economa de sus lneas de transporte de energa (hilos ms finos que en una lnea monofsica equivalente) y de los transformadores utilizados, as como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente

18

motores, a los que la lnea trifsica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso de la lnea monofsica. Tesla fue el inventor que descubri el principio del campo magntico rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. l invent el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifsica que da energa al planeta.23

Vase tambin: Motor de corriente alterna[editar] Corriente monofsica

Artculo principal: Corriente monofsicaSe denomina corriente monofsica a la que se obtiene de tomar una fase de la corriente trifsica y un cable neutro. En Espaa y dems pases que utilizan valores similares para la generacin y trasmisin de energa elctrica, este tipo de corriente facilita una tensin de 220/230 voltios, lo que la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayora de electrodomsticos y luminarias que hay en las viviendas. Desde el centro de transformacin ms cercano hasta las viviendas se disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R, S y T). Si la tensin entre dos fases cualesquiera (tensin de lnea) es de 380 voltios, entre una fase y el neutro es de 220 voltios. En cada vivienda entra el neutro y una de las fases, conectndose varias viviendas a cada una de las fases y al neutro; esto se llama corriente monofsica. Si en una vivienda hay instalados aparatos de potencia elctrica alta (aire acondicionado, motores, etc., o si es un taller o una empresa industrial) habitualmente se les suministra directamente corriente trifsica que ofrece una tensin de 380 voltios.

[editar] Circuitos

Ejemplo de circuito elctrico.Artculo principal: Circuito elctricoEn electricidad y electrnica se denomina circuito a un conjunto de componentes pasivos y activos interconectados entre s por conductores de baja resistencia. El nombre implica que el camino de la circulacin de corriente es cerrado, es decir, sale por un borne de la fuente de alimentacin y regresa en su totalidad (salvo prdidas accidentales) por el otro. En la prctica es difcil diferenciar ntidamente entre circuitos elctricos y circuitos electrnicos. Las instalaciones elctricas domiciliarias se denominan usualmente circuitos elctricos, mientras que los circuitos impresos de los aparatos electrnicos se denominan por lo general circuitos electrnicos. Esto sugiere que los

19

ltimos son los que contienen componentes semiconductores, mientras que los primeros no, pero las instalaciones domiciliarias estn incorporando crecientemente no slo semiconductores sino tambin microprocesadores, tpicos dispositivos electrnicos. El comportamiento de los circuitos elctricos que contienen solamente resistencias y fuentes electromotrices de corriente continua est gobernado por las Leyes de Kirchoff. Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas elctricas, estableciendo un sistema de ecuaciones lineales cuya resolucin brinda los valores de los voltajes y corrientes que circulan entre sus diferentes partes. La resolucin de circuitos de corriente alterna requiere la ampliacin del concepto de resistencia elctrica, ahora ampliado por el de impedancia para incluir los comportamientos de bobinas y condensadores. La resolucin de estos circuitos puede hacerse con generalizaciones de las leyes de Kirchoff, pero requiere usualmente mtodos matemticos avanzados, como el de Transformada de Laplace, para describir los comportamientos transitorios y estacionarios de los mismos.

[editar] Fenmenos termoelctricosArtculo principal: Termoelectricidad

Seccin de un termopar o termocupla.Se denominan fenmenos termoelctricos o termoelectricidad a tres fenmenos relacionados entre s por las relaciones de Thomson, descubiertas por lord Kelvin:24 el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el calor de Thomson. Cuando dos metales distintos a temperaturas diferentes se ponen en contacto formando una unin bimetlica, entre ambos lados de la unin se genera una fuerza electromotriz. Este fenmeno se denomina efecto Seebeck y es la base del funcionamiento de los termopares, un tipo de termmetro usado en el control del flujo de gas en dispositivos domsticos como cocinas, calefactores y calentadores de agua corriente. Cuando se hace circular una corriente a travs de una unin bimetlica, para mantener constante la temperatura de la unin hay que entregar o extraer calor, segn sea el sentido de circulacin. Este fenmeno, llamado efecto Peltier, tiene aplicacin prctica en dispositivos de refrigeracin pequeos, teniendo la ventaja, a diferencia de los refrigeradores basados en la compresin y descompresin de gases, de no tener partes mviles que se desgasten. Es menos conocido el fenmeno denominado calor de Thomson, descubierto por lord Kelvin. Cuando fluye una corriente a travs de un conductor homogneo de seccin transversal constante donde se ha establecido un gradiente de temperatura, para mantener invariable la distribucin de temperatura hay que entregar o extraer calor del conductor.25

20

Alternador de fbrica textil (Museo de la Ciencia y de la Tcnica de Catalua, Tarrasa).Artculo principal: Generacin de energa elctricaDesde que Nikola Tesla descubri la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnolgica para llevar la electricidad a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construccin de grandes y variadas centrales elctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribucin. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. As, los pases industrializados o del Primer mundo son grandes consumidores de energa elctrica, mientras que los pases del llamado Tercer mundo apenas disfrutan de sus ventajas. La generacin, en trminos generales, consiste en transformar alguna clase de energa no elctrica, sea esta qumica, mecnica, trmica o luminosa, entre otras, en energa elctrica. Para la generacin industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales elctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escaln del sistema de suministro elctrico. Las centrales generadoras se pueden clasificar en termoelctricas (de combustibles fsiles, biomasa, nucleares o solares), hidroelctricas, elicas, solares fotovoltaicas o mareomotrices. La mayor parte de la energa elctrica generada a nivel mundial proviene de los tres primeros tipos de centrales reseados: termoelctricas, hidroelctricas y elicas. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en comn el elemento generador, constituido por un alternador, movido mediante una turbina que ser distinta dependiendo del tipo de energa primaria utilizada. La demanda de energa elctrica de una ciudad, regin o pas tiene una variacin a lo largo del da. Esta variacin es funcin de muchos factores, entre los que se destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su produccin, tipo de electrodomsticos que se utilizan ms frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la meteorologa, la estacin del ao y la hora del da en que se considera la demanda. La generacin de energa elctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar el suministro. Esto conlleva el tener que iniciar la generacin con unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos perodos. En general los sistemas de generacin se diferencian por el periodo del ciclo en el que deben ser utilizados, siendo normalmente de base la nuclear o la elica, de valle las termoelctricas de combustibles fsiles y de pico la hidroelctrica principalmente. Los combustibles fsiles y la hidroelctrica tambin pueden usarse como base si es necesario.

21

[editar] Centrales termoelctricas

Artculo principal: Central termoelctrica

Turbina de una central termoelctrica.Una central termoelctrica o central trmica es una instalacin empleada para la generacin de energa elctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fsiles (petrleo, gas natural o carbn) como de la fisin nuclear del uranio u otro combustible nuclear. Las centrales que en el futuro utilicen la fusin tambin sern centrales termoelctricas. En su forma ms clsica, las centrales termoelctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presin y temperatura, se expande a continuacin en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. En las centrales termoelctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustin del gas natural para mover una turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todava se encuentran a alta temperatura, se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoelctrica comn.

Planta nuclear en Cattenom, Francia.Las centrales trmicas que usan combustibles fsiles liberan a la atmsfera dixido de carbono (CO2), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. Tambin, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como xidos de azufre (II, IV y VI), xidos de nitrgeno, partculas slidas (polvo) y cantidades variables de residuos slidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (vase accidente de Chernbil) y tambin generan residuos radiactivos de diversa ndole.

Vase tambin: controversia sobre la energa nuclear

22

La central termosolar PS10 de 11MW funcionando en Sevilla, Espaa.Una central trmica solar o central termosolar es una instalacin industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiacin solar y su uso en un ciclo termodinmico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generacin de energa elctrica como en una central trmica clsica. En ellas es necesario concentrar la radiacin solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 C hasta 1000 C, y obtener as un rendimiento aceptable en el ciclo termodinmico, que no se podra obtener con temperaturas ms bajas. La captacin y concentracin de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientacin automtica que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos ms pequeos de geometra parablica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientacin se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser tiles para otros usos (agrcolas, forestales, etc.).26 [editar] Centrales hidroelctricas

Turbina Pelton de una central hidroelctrica.Artculo principal: Central hidroelctricaUna central hidroelctrica es aquella que se utiliza para la generacin de energa elctrica mediante el aprovechamiento de la energa potencial del agua embalsada en una presa situada a ms alto nivel que la central. El agua fluye por una tubera de descarga a la sala de mquinas de la central, donde mediante turbinas hidrulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos caractersticas principales de una central hidroelctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generacin de electricidad, son:

23

La potencia, que es funcin del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal mximo que puede mover las turbinas, adems de las caractersticas de las turbinas y de los generadores. La energa garantizada en un lapso determinado, generalmente un ao, que es funcin del volumen til del embalse, de la pluviometra anual y de la potencia instalada.

La potencia de una central hidroelctrica puede variar desde unos pocos megavatios (MW) hasta varios gigavatios (GW). Por debajo de 10 MW se denominan minicentrales. En China se encuentra la mayor central hidroelctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaip (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de 14.000 MW repartida en 20 turbinas de 700 MW cada una. La utilizacin de esta forma de energa presenta problemas medioambientales derivados de la necesidad de construccin de grandes embalses en los que se acumula agua, que deja de poder emplearse para otros usos, tiende a aumentar su salinidad y obstaculiza la circulacin de la fauna acutica, entre otros.27 Las centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, pueden ser tiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfolgicas de la costa permitan la construccin de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una baha. Se genera energa tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la baha. Actualmente se encuentra en desarrollo la explotacin comercial de la conversin en electricidad del potencial energtico que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales undimotrices. [editar] Centrales elicas

Capacidad elica mundial total instalada y previsiones 1997-2010. Fuente: WWEA e.V.Artculo principal: Energa elicaLa energa elica se obtiene del viento, es decir, de la energa cintica generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren energa. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en reas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montaosas o islas. La energa del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de

24

reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja presin, con velocidades proporcionales al gradiente de presin.28 El impacto medioambiental de este sistema de obtencin de energa se centra en la muerte de aves por choque con las aspas de los aerogeneradores o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Tambin hay un impacto esttico, pues alteran el paisaje.29 30 Adems, este tipo de energa, al igual que la solar o la hidroelctrica, estn fuertemente condicionadas por las condiciones climatolgicas, lo que aleatoriza la cantidad de energa generada. [editar] Centrales fotovoltaicas

Panel solar.Artculo principal: Energa solar fotovoltaicaSe denomina energa solar fotovoltaica a la obtencin de energa elctrica a travs de paneles fotovoltaicos. Los paneles, mdulos o colectores fotovoltaicos estn formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiacin solar, se excitan y provocan saltos electrnicos, generando una pequea diferencia de potencial entre sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtencin de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeos dispositivos electrnicos. A mayor escala, la corriente elctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red elctrica. En la actualidad (2008) el principal productor de energa solar fotovoltaica es Japn, seguido de Alemania que posee cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores que aportan un 0,03% de su produccin energtica total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la dcada de los noventa. En la Unin Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la Unin.31 Los principales problemas de este tipo de energa son: su elevado coste en comparacin con los otros mtodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el silicio es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia de las condiciones climatolgicas.32 Adems, si se convierte en una forma de generar electricidad usada de forma generalizada, se deberan considerar sus emisiones qumicas a la atmsfera, de cadmio o selenio.33 Por su falta de constancia puedan ser convenientes sistemas de almacenamiento de energa para que la potencia generada en un momento determinado pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se estn estudiando sistemas como el almacenamiento cintico, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento qumico, entre otros, que a su vez tendran un impacto medioambiental.

25

Vase tambin: Energa solar espacial[editar] Generacin a pequea escala [editar] Grupo electrgeno

Artculo principal: Grupo electrgeno

Grupo electrgeno de 500 kVA instalado en un complejo turstico en Egipto.Un grupo electrgeno es una mquina que mueve un generador de energa elctrica a travs de un motor de combustin interna. Normalmente se utiliza cuando hay dficit en la generacin de energa de algn lugar, o cuando hay un corte en el suministro elctrico y es necesario mantener la actividad. Una de sus utilidades ms comunes es en aquellos lugares donde no hay suministro a travs de la red elctrica, generalmente son zonas agrcolas con pocas infraestructuras o viviendas aisladas. Otro caso es en locales de pblica concurrencia, hospitales, fbricas, etc., que, a falta de energa elctrica de red, necesiten de otra fuente de energa alterna para abastecerse en caso de emergencia. Un grupo electrgeno consta de las siguientes partes:34

Motor de combustin interna. El motor que acciona el grupo electrgeno suele estar diseado especficamente para ejecutar dicha labor. Su potencia depende de las caractersticas del generador. Pueden ser motores de gasolina o disel. Sistema de refrigeracin. El sistema de refrigeracin del motor es problemtico, por tratarse de un motor esttico, y puede ser refrigerado por medio de agua, aceite o aire. Alternador. La energa elctrica de salida se produce por medio de un alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas, acoplado con precisin al motor. El tamao del alternador y sus prestaciones son muy variables en funcin de la cantidad de energa que tengan que generar. Depsito de combustible y bancada. El motor y el alternador estn acoplados y montados sobre una bancada de acero. La bancada incluye un depsito de combustible con una capacidad mnima de funcionamiento a plena carga segn las especificaciones tcnicas que tenga el grupo en su autonoma. Sistema de control. Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y sistemas de control que existen para controlar el 26

funcionamiento, salida del grupo y la proteccin contra posibles fallos en el funcionamiento. Interruptor automtico de salida. Para proteger al alternador, llevan instalado un interruptor automtico de salida adecuado para el modelo y rgimen de salida del grupo electrgeno. Existen otros dispositivos que ayudan a controlar y mantener, de forma automtica, el correcto funcionamiento del mismo. Regulacin del motor. El regulador del motor es un dispositivo mecnico diseado para mantener una velocidad constante del motor con relacin a los requisitos de carga. La velocidad del motor est directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variacin de la velocidad del motor afectar a la frecuencia de la potencia de salida.

[editar] Pila voltaica

Artculo principal: Pila elctrica

Esquema funcional de una pila elctrica.Se denomina ordinariamente pila elctrica a un dispositivo que genera energa elctrica mediante un proceso qumico transitorio, tras el cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus caractersticas resultan alteradas durante su funcionamiento. Se trata por ello de un generador primario. La electricidad producida resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o nodo y el otro es el polo negativo o ctodo. En espaol es habitual llamarla as, mientras que a las pilas recargables o acumuladores se les suele llamar bateras. La primera pila elctrica fue dada a conocer al mundo por Volta en 1800, mediante una carta que envi al presidente de la Royal Society londinense, por tanto las pilas datan de los primeros tiempos de la electricidad. Aunque la apariencia de una pila sea simple, la explicacin de su funcionamiento dista de serlo y motiv una gran actividad cientfica en los siglos XIX y XX, as como diversas teoras. La demanda creciente que tiene este producto en el mercado sigue haciendo de l objeto de investigacin intensa. El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto entre dos sustancias, mediado por un electrolito.35 Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un

27

elemento nico, siendo su tensin en cambio la adecuada, se pueden aadir otros elementos en la conexin llamada en paralelo. La capacidad total de una pila se mide en amperios-hora (Ah); es el nmero mximo de amperios que el elemento puede suministrar en una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy claro dado que depende de la intensidad solicitada y la temperatura. Un importante avance en la calidad de las pilas ha sido la pila denominada seca, al que pertenecen prcticamente todas las utilizadas hoy da (2008). Las pilas elctricas, bateras y acumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas en funcin de su forma, tensin y capacidad. Los metales y productos qumicos constituyentes de las pilas pueden resultar perjudiciales para el medio ambiente. Una vez que la envoltura metlica que recubre las pilas se daa, las sustancias qumicas que contienen se ven liberadas al medio ambiente causando contaminacin. Con mayor o menor grado, las sustancias son absorbidas por la tierra pudindose filtrar hacia los mantos acuferos y de stos pueden pasar directamente a los seres vivos, entrando con esto en la cadena alimenticia. Es muy importante no tirarlas a la basura (en algunos pases est prohibido), sino llevarlas a centros de reciclado. En algunos pases, la mayora de los proveedores y tiendas especializadas tambin se hacen cargo de las pilas gastadas. Las pilas son residuos peligrosos por lo que, desde el momento en que se empiezan a reunir, deben ser manejadas por personal capacitado que siga las precauciones adecuadas empleando todos los procedimientos tcnicos y legales para el manejo de dicho residuos. Las pilas desechables suelen utilizarse en los aparatos elctricos porttiles, como por ejemplo juguetes, linternas, relojes, telfonos mviles, marcapasos, audfonos, calculadoras, ordenadores personales porttiles, reproductores de msica, radio transistores, mando a distancia, etc. En todas estas aplicaciones se utilizan tambin cada vez ms bateras recargables.

Vanse tambin: Almacenamiento de energa, Batera elctrica, Condensador elctrico, Supercondensador, Bobina y Central hidroelctrica reversible[editar] Pilas de combustible

Pila de hidrgeno. La celda en s es la estructura cbica del centro de la imagen.Artculo principal: Pila de combustibleUna celda, clula o pila de combustible es un dispositivo electroqumico de generacin de electricidad similar a una batera, que se diferencia de esta en estar diseada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Esto permite producir electricidad a partir de una fuente externa de combustible y de oxgeno, en contraposicin a la capacidad limitada de almacenamiento de energa de una batera. Adems, la composicin qumica de los electrodos de

28

una batera cambia segn el estado de carga, mientras que en una celda de combustible los electrodos funcionan por la accin de catalizadores, por lo que son mucho ms estables. En las celdas de hidrgeno los reactivos usados son hidrgeno en el nodo y oxgeno en el ctodo. Se puede obtener un suministro continuo de hidrgeno a partir de la electrlisis del agua, lo que requiere una fuente primaria de generacin de electricidad, o a partir de reacciones catalticas que desprenden hidrgeno a partir de hidrocarburos. El hidrgeno puede almacenarse, lo que permitira el uso de fuentes discontinuas de energa como la solar y la elica. Sin embargo, el hidrgeno gaseoso (H2) es altamente inflamable y explosivo, por lo que se estn desarrollando mtodos de almacenamiento en matrices porosas de diversos materiales.36 [editar] Generador termoelctrico de radioistopos

Artculo principal: Generador termoelctrico de radioistoposUn generador termoelctrico de radioistopos es un generador elctrico simple que obtiene su energa de la liberada por la desintegracin radiactiva de determinados elementos. En este dispositivo, el calor liberado por la desintegracin de un material radiactivo se convierte en electricidad directamente gracias al uso de una serie de termopares, que convierten el calor en electricidad gracias al efecto Seebeck en la llamada unidad de calor de radioistopos (o RHU en ingls). Los RTG se pueden considerar un tipo de batera y se han usado en satlites, sondas espaciales no tripuladas e instalaciones remotas que no disponen de otro tipo de fuente elctrica o de calor. Los RTG son los dispositivos ms adecuados en situaciones donde no haya presencia humana y se necesiten potencias de varios centenares de vatios durante largos perodos, situaciones en las que los generadores convencionales como las pilas de combustible o las bateras no son viables econmicamente y donde la falta de luz impide usar clulas fotovoltaicas.

[editar] Suministro elctricoArtculo principal: Sistema de suministro elctricoSe denomina suministro elctrico al conjunto de etapas que son necesarias para que la energa elctrica llegue al consumidor final. Como la energa elctrica es difcil de almacenar, este sistema tiene la particularidad de generar y distribuir la energa conforme sta es consumida. Por otra parte, debido a la importancia de la energa elctrica, el suministro es vital para el desarrollo de los pases y de inters para los gobiernos nacionales, por lo que estos cuentan con instituciones especializadas en el seguimiento de las tres etapas fundamentales: generacin, transmisin y distribucin.

29

Diagrama esquematizado del sistema de suministro elctrico [editar] Transporte de energa elctrica

Artculo principal: Red de transporte de energa elctrica

Torre para el transporte de energa elctrica.La red de transporte es la parte del sistema constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a travs de grandes distancias la energa generada en las centrales elctricas. Para ello, los volmenes de energa elctrica producidos deben ser transformados, elevndose su nivel de tensin. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar el voltaje se reduce la intensidad de corriente elctrica que circular, reducindose las prdidas por efecto Joule. Con este fin se emplean subestaciones elevadoras con equipos elctricos denominados transformadores. De esta manera, una red de transmisin opera usualmente con voltajes del orden de 220 kV y superiores, denominados alta tensin, de 440 kV. Parte fundamental de la red son las lneas de transporte. Una lnea de transporte de energa elctrica o lnea de alta tensin es el medio fsico mediante el que se realiza la transmisin de la energa a grandes distancias. Est constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensin. Los cables de alta tensin estn sujetos a tracciones causadas por la combinacin de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del aire, etc. El voltaje y la capacidad de la lnea de transmisin afectan el tamao de estas estructuras principales. Las torres pueden ser postes simples de madera para las lneas de transmisin pequeas hasta 46 kV. Se emplean estructuras de postes de madera en forma de H, para las lneas de 69 a 231 kV. Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito simple, para las lneas de 161 kV o ms. Es posible tener lneas de transmisin de hasta 1.000 kV. El impacto ambiental potencial de las lneas de transmisin incluye la red de transporte, el derecho de va, las playas de distribucin, las subestaciones y los caminos de acceso o mantenimiento. Las

30

estructuras principales de la lnea de transmisin son la lnea misma, los conductores, las torres y los soportes.37 Los impactos ambientales negativos de las lneas de transmisin son causados por la construccin, operacin y mantenimiento de las mismas. Al colocar lneas a baja altura o ubicarlas prximas a reas con actividades humanas como carreteras o edificios se incrementa el riesgo de electrocucin. Normalmente, las normas tcnicas reducen este peligro. Las torres y las lneas de transmisin pueden interrumpir la trayectoria de vuelo de los aviones cerca de los aeropuertos y poner en peligro las naves que vuelan muy bajo, especialmente, las que se emplean para actividades agrcolas.38

Vase tambin: Alta tensin elctrica[editar] Distribucin de energa elctrica

Artculo principal: Red de distribucin de energa elctricaLa red de distribucin es un componente del sistema de suministro, siendo responsabilidad de las compaas distribuidoras. La distribucin de la energa elctrica desde las subestaciones de transformacin de la red de transporte se realiza en dos etapas. La primera est constituida por la red de reparto, que, partiendo de las subestaciones de transformacin, reparte la energa, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribucin. Las tensiones utilizadas estn comprendidas entre 25 y 132 kV. Intercaladas en estos anillos estn las estaciones transformadoras de distribucin, encargadas de reducir la tensin desde el nivel de reparto al de distribucin en media tensin. La segunda etapa la constituye la red de distribucin propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una disposicin en red radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (poblacin, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribucin con los centros de transformacin, que son la ltima etapa del suministro en media tensin, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensin (125/220 o 220/380 ).39 Las lneas que forman la red de distribucin se operan de forma radial, sin que formen mallas. Cuando existe una avera, un dispositivo de proteccin situado al principio de cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta red. La localizacin de averas se hace por el mtodo de "prueba y error", dividiendo la red que tiene la avera en mitades y suministrando energa a una de ellas; a medida que se acota la zona con avera, se devuelve el suministro al resto de la red. Esto ocasiona que en el transcurso de la localizacin se puedan producir varias interrupciones a un mismo usuario de la red. La topologa de una red de distribucin se refiere al esquema o arreglo de la distribucin, esto es la forma en que se distribuye la energa por medio de la disposicin de los segmentos de los circuitos de distribucin. Esta topologa puede tener las siguientes configuraciones:

Red radial o red en antena: resaltan su simplicidad y la facilidad que presenta para ser equipada de protecciones selectivas. Como desventaja tiene su falta de garanta de servicio. Red en bucle abierto: tiene todas las ventajas de la distribucin en redes radiales y adems la posibilidad de alimentar alternativamente de una fuente u otra. 31

Red en anillo o en bucle cerrado: se caracteriza por tener dos de sus extremos alimentados, quedando estos puntos intercalados en el anillo o bucle. Como ventaja fundamental se puede citar su seguridad de servicio y facilidad de mantenimiento, si bien presenta el inconveniente de una mayor complejidad y sistemas de proteccin ms complicados.

Como sistemas de proteccin se utilizan conductores aislados, fusibles, seccionadores en carga, seccionalizadores, rganos de corte de red, reconectadores, interruptores, pararrayos antena, pararrayos autovlvulas y protecciones secundarias asociadas a transformadores de medida, como son rels de proteccin.40

[editar] Mediciones elctricasCulombio (C, unidad de carga elctrica)

Conexin de un ampermetro en un circuito.La introduccin de las magnitudes elctricas requiere aadir una nueva unidad fundamental a la fsica: la de carga elctrica. Esta unidad, que no puede derivarse de las unidades de la mecnica, fue originalmente denominada Coulomb (trmino castellanizado a culombio, cuyo smbolo es C) en honor a Charles-Augustin de Coulomb, primero que midi directamente la fuerza entre cargas elctricas. Debido a la gran dificultad de medir directamente las cargas elctricas con precisin, se ha tomado como unidad bsica la unidad de corriente elctrica, que en el Sistema Internacional de Unidades es el amperio. La unidad de carga resulta entonces una unidad derivada, que se define como la cantidad de carga elctrica que fluye durante 1 segundo a travs de la seccin de un conductor que transporta una intensidad constante de corriente elctrica de 1 amperio:

Voltio (V, unidad de potencial elctrico y fuerza electromotriz)El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio de potencia:

Ohmio (, unidad de resistencia elctrica)Un ohmio es la resistencia elctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho

32

conductor, una corriente de intensidad 1 amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor:

Condensador ideal cuya capacidad se expresa en faradios. Siemens (S, unidad de conductancia elctrica)Un siemens es la conductancia elctrica que existe entre dos puntos de un conductor que tiene un ohmio de resistencia:

Faradio (F, unidad de capacidad elctrica)Un faradio es la capacidad de un condensador entre cuyas armaduras aparece una diferencia de potencial elctrico de 1 voltio cuando est cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio:41

Tesla (T, unidad de densidad de flujo magntico e inductividad magntica)Un tesla es una induccin magntica uniforme que, repartida normalmente sobre una superficie de un metro cuadrado, produce a travs de esta superficie un flujo magntico total de un weber:

Weber (Wb, unidad de flujo magntico)Un weber es el flujo magntico que, al atravesar un circuito de una sola espira, produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 voltio si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme:

33

Henrio (H, unidad de inductancia)Un henrio es la inductancia de un circuito en el que una corriente que vara a razn de un amperio por segundo da como resultado una fuerza electromotriz autoinducida de un voltio:

[editar] Instrumentos de medida Se denominan instrumentos de medidas de electricidad a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes elctricas y asegurar as el buen funcionamiento de las instalaciones y mquinas elctricas. La mayora son aparatos porttiles de mano y se utilizan para el montaje; hay otros instrumentos que son conversores de medida y otros mtodos de ayuda a la medicin, el anlisis y la revisin. La obtencin de datos cobra cada vez ms importancia en el mbito industrial, profesional y privado. Se demandan, sobre todo, instrumentos de medida prcticos, que operen de un modo rpido y preciso y que ofrezcan resultados durante la medicin.

Principio de funcionamiento de un galvanmetro.Existen muchos tipos de instrumentos diferentes siendo los ms destacados los ampermetros, voltmetros, hmetros, multmetros y osciloscopios.42 [editar] Galvanmetro

Artculo principal: GalvanmetroLos galvanmetros son aparatos que se emplean para indicar el paso de corriente elctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Suelen estar basados en los efectos magnticos o trmicos causados por el paso de la corriente.

34

En un galvanmetro de imn mvil la aguja indicadora est asociada a un imn que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magntico que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atraccin o repulsin del imn proporcional a la intensidad de dicha corriente. En el caso de los galvanmetros trmicos, lo que se pone de manifiesto es el alargamiento producido al calentarse, por el Efecto Joule, al paso de la corriente, un hilo muy fino arrollado a un cilindro solidario con la aguja indicadora. [editar] Ampermetros

Ampermetro de pinza.Artculo principal: AmpermetroUn ampermetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que est circulando por un circuito elctrico.43 En su diseo original los ampermetros estn constituidos, en esencia, por un galvanmetro cuya escala ha sido graduada en amperios. En la actualidad, los ampermetros utilizan un conversor analgico/digital para la medida de la cada de tensin sobre un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leda por un microprocesador que realiza los clculos para presentar en un display numrico el valor de la corriente circulante. Para efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el ampermetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto lleva a que el ampermetro debe poseer una resistencia interna lo ms pequea posible, a fin de que no produzca una cada de tensin apreciable. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnticos de la corriente elctrica, estn dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras. [editar] Voltmetros

Artculo principal: Voltmetro

35

Dos voltmetros digitales.Un voltmetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos de un circuito elctrico cerrado pero a la vez abierto en los polos. Los voltmetros se clasifican por su funcionamiento mecnico, siendo en todos los casos el mismo instrumento:

Voltmetros electromecnicos: en esencia, estn constituidos por un galvanmetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las corrientes continua y alterna de la seal, pudiendo medirlas independientemente. Voltmetros electrnicos: aaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada y mayor sensibilidad. Voltmetros vectoriales: se utilizan con seales de microondas. Adems del mdulo de la tensin dan una indicacin de su fase. Voltmetros digitales: dan una indicacin numrica de la tensin, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, deteccin de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), seleccin automtica de rango y otras funcionalidades.

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltmetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivacin sobre los puntos entre los que se trata de efectuar la medida. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnticos de la corriente elctrica, estn dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a travs del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.44 [editar] hmetro

Artculo principal: hmetro

hmetro.Un hmetro u ohmmetro es un instrumento para medir la resistencia elctrica. El diseo de un hmetro se compone de una pequea batera para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanmetro medir la corriente que circula a travs de la resistencia. La escala del galvanmetro est calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicacin de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batera fijo, la intensidad circulante a travs del galvanmetro slo va a

36

depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa. Existen tambin otros tipos de hmetros ms exactos y sofisticados, en los que la batera ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a travs de la resistencia R bajo prueba. Un hmetro de precisin tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvin. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la cada de tensin en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.45 [editar] Multmetro

Artculo principal: Multmetro

Multmetro digital donde pueden medirse varias magnitudes elctricas.Un multmetro, llamado tambin polmetro o tester, es un instrumento que ofrece la posibilidad de medir distintas magnitudes en el mismo aparato. Las ms comunes son las de voltmetro, ampermetro y hmetro. Es utilizado frecuentemente por el personal tcnico en toda la gama de electrnica y electricidad. Existen distintos modelos que incorporan adems de las tres funciones bsicas antes citadas otras mediciones importantes, tales como medida de inductancias y capacitancias; comprobador de diodos y transistores; o escalas y zcalos para la medida de temperatura mediante termopares normalizados. Tambin hay multmetros con funciones avanzadas que permiten: generar y detectar la frecuencia intermedia de un aparato, as como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintona de circuitos de estos aparatos; el seguimiento de la seal a travs de todas las etapas del receptor bajo prueba; realizar la funcin de osciloscopio por encima del milln de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolucin; sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multmetros, para hacer medidas de potencia puntual (potencia = voltaje * intensidad); utilizarse como aparato telefnico, para poder conectarse a una lnea telefnica bajo prueba, mientras se efectan medidas por la misma o por otra adyacente; realizar comprobaciones de circuitos de electrnica del automvil y grabacin de rfagas de alto o bajo voltaje. Este instrumento de medida por su precio y su exactitud sigue siendo el preferido del aficionado o profesional en electricidad y electrnica. Hay dos tipos de multmetros: analgicos y digitales.46 [editar] Osciloscopio

Artculo principal: Osciloscopio

37

Osciloscopio Tektronik.Se denomina osciloscopio a un instrumento de medicin electrnico para la representacin grfica de seales elctricas que pueden variar en el tiempo, que permite visualizar fenmenos transitorios as como formas de ondas en circuitos elctricos y electrnicos y mediante su anlisis se puede diagnosticar con facilidad cules son los problemas del funcionamiento de un determinado circuito. Es uno de los instrumentos de medida y verificacin elctrica ms verstiles que existen y se utiliza en una gran cantidad de aplicaciones tcnicas. Un osciloscopio puede medir un gran nmero de fenmenos, si va provisto del transductor adecuado. El osciloscopio presenta los valores de las seales elctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen as obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. El funcionamiento del osciloscopio est basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creacin de campos elctricos y magnticos. Las dimensiones de la pantalla del TRC estn actualmente normalizadas en la mayora de instrumentos, a 10 cm en el eje horizontal (X) por 8 cm en el eje vertical (Y). El osciloscopio se fabrica bajo muchas formas distintas, no slo en cuanto al aspecto puramente fsico sino en cuanto a sus caractersticas internas y por tanto a sus prestaciones y posibilidades de aplicacin de las mismas. Existen dos tipos de osciloscopios: analgicos y digitales. Los analgicos trabajan con variables continuas mientras que los digitales lo hacen con variables discretas. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analgicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rpidas de la seal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos, como picos de tensin que se producen aleatoriamente. [editar] Analizador de espectro

Artculo principal: Analizador de espectro

38

Analizador de espectro.Un analizador de espectro es un equipo de medicin electrnica que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales de las seales presentes en la entrada, pudiendo ser stas cualquier tipo de ondas elctricas, acsticas u pticas. En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logartmica el nivel en dB del contenido espectral de la seal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es funcin de la separacin temporal y el nmero de muestras capturadas. Se denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla. A menudo se mide con ellos el espectro de la potencia elctrica.47 En la actualidad est siendo reemplazado por el analizador vectorial de seales.

[editar] Potencia elctricaArtculo principal: Potencia elctricaSe denomina potencia elctrica (P) a la energa elctrica consumida por unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades s