LA ESTRUCTURA ATOMICA DE LA MATERIAQU es la materia? Segn el diccionario, es "aquello que constituye la sustancia del universo fsico". La Tierra, los mares, la brisa, el Sol, las estrellas, todo lo que el hombre contempla, toca o siente, es materia. Tambin lo es el hombre mismo. La palabra materia deriva del latnmater, madre. La materia puede ser tan dura como el acero, tan adaptable como el agua. A diferentes temperaturas puede presentar diferentes fases, pero cualquiera que sea su forma, est constituida por las mismas entidades bsicas, los tomos.EL ATOMOLos tomos son tan pequeos que pueden colocarse unos 100 millones de ellos, uno despus de otro, en un centmetro lineal. Su radio es del orden del0-8cm. En trminos de volumen, los tomos ocupan alrededor de l0-24cm.Nuestra imagen del atmo recuerda la de un sistema planetario en el que el ncleo est en el centro y los electrones giran a su alrededor, aunque de hecho no puede decirse, a diferencia de nuestro Sistema Solar, exactamente dnde se encuentra cada electrn en cada instante, como se ilustra en la figura 1.

Nuestra imagen del tomo.El ncleo de cada tomo est formado a su vez por protones y neutrones. Los electrones tienen carga elctrica negativa (-e), los protones la misma, pero positiva (+e), y los neutrones no tienen carga. La fuerza fundamental que mantiene a los electrones unidos a su respectivo ncleo es la elctrica; sabemos que cargas opuestas se atraen y cargas del mismo signo se repelen.EL NCLEOComo ya se mencion, el ncleo est en la parte central del tomo, yconsiste de protones y neutrones. EL MAGNETISMO

Desde el siglo VI a. C. ya se conoca que el xido ferroso-frrico, al que los antiguos llamaron magnetita, posea la propiedad de atraer partculas de hierro. Hoy en da la magnetita se conoce como imn natural y a la propiedad que tiene de atraer los metales se le denomina magnetismo.

Los chinos fueron los primeros en descubrir que cuando se le permita a un trozo de magnetita girar libremente, sta sealaba siempre a una misma direccin; sin embargo, hasta mucho tiempo despus esa caracterstica no se aprovech como medio de orientacin. Los primeros que le dieron uso prctico a la magnetita en funcin de brjula para orientarse durante la navegacin fueron los rabes.

Como todos sabemos, la Tierra constituye un gigantesco imn natural; por tanto, la magnetita o cualquier otro tipo de imn o elemento magntico que gire libremente sobre un plano paralelo a su superficie, tal como lo hace una brjula, apuntar siempre al polo norte magntico. Como aclaracin hay que diferenciar el polo norte magntico de la Tierra del Polo Norte geogrfico. El Polo Norte geogrfico es el punto donde coinciden todos los meridianos que dividen la Tierra, al igual que ocurre con el Polo SurSin embargo, el polo norte magntico se encuentra situado a 1 200 kilmetos de distancia del norte geogrfico, en las coordenadas 78 50 N (latitud Norte) y 104 40 W (longitud Oeste), aproximadamente sobre la isla Amund Ringness, lugar hacia donde apunta siempre la aguja de la brjula y no hacia el norte geogrfico, como algunas personas errneamente creen.

La Tierra constituye un. gigantesco imn con sus. correspondientes polos.

IMANES PERMANENTES

Cualquier tipo de imn, ya sea natural o artificial, posee dos polos perfectamente diferenciados: uno denominado polo norte y el otro denominado polo sur

Todos los imanes tienen dos polos: uno norte (N) y otro sur (S).

Una de las caractersticas principales que distingue a los imanes es la fuerza de atraccin o repulsin que ejercen sobre otros metales las lneas magnticas que se forman entre sus polos.Cuando enfrentamos dos o ms imanes independientes y acercamos cada uno de ellos por sus extremos, si los polos que se enfrentan tienen diferente polaridad se atraen (por ejemplo, polo norte con polo sur), pero si las polaridades son las mismas (polo norte con norte, o polo sur con sur), se rechazan.

Si enfrentamos dos imanes con polos diferentes se atraen, mientras que si los polos enfrentados son iguales, se repelen.

Cuando aproximamos los polos de dos imanes, de inmediato se establecen un determinado nmero de lneas de fuerza magnticas de atraccin o de repulsin, que actan directamente sobre los polos enfrentadosLas lneas de fuerza de atraccin o repulsin que se establecen entre esos polos son invisibles, pero su existencia se puede comprobar visualmente si espolvoreamos limallas de hierro sobre un papel o cartulina y la colocamos encima de uno o ms imanes.

INDUCCIN MAGNTICA

Si cogemos un alambre de cobre o conductor de cobre, ya sea con forro aislante o sin ste, y lo movemos de un lado a otro entre los polos diferentes de dos imanes, de forma tal que atraviese y corte sus lneas de fuerza magnticas, en dicho alambre se generar por induccin una pequea fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir con un galvanmetro, instrumento semejante a un voltmetro, que se utiliza para detectar pequeas tensiones o voltajes

Este fenmeno fsico, conocido como "induccin magntica" se origina cuando el conductor corta las lneas de fuerza magnticas del imn, lo que provoca que las cargas elctricas contenidas en el metal del alambre de cobre (que hasta ese momento se encontraban en reposo), se pongan en movimiento creando un flujo de corriente elctrica. Es preciso aclarar que el fenmeno de induccin magntica slo se produce cada vez que movemos el conductor a travs de las lneas de fuerza magntica. Sin embargo, si mantenemos sin mover el alambre dentro del campo magnticos procedente de los polos de los dos imanes, no se inducir corriente algunaEn esa propiedad de inducir corriente elctrica cuando se mueve un conductor dentro de un campo magntico, se basa el principio de funcionamiento de los generadores de corriente elctricaAhora bien, si en vez de moverlo colocramos el mismo conductor de cobre dentro del campo magntico de los dos imanes y aplicamos una diferencia de potencial, tensin o voltaje en sus extremos, como una batera, por ejemplo, el campo magntico que produce la corriente elctrica alrededor del conductor al circular a travs del mismo, provocar que las lneas de fuerza o campo magntico de los imanes lo rechacen. De esa forma el conductor se mover hacia un lado o hacia otro, en dependencia del sentido de circulacin que tenga la corriente, provocando que rechace el campo magntico y trate de alejarse de su influencia

Cuando aplicamos una diferencia de potencial, tensin o voltaje a un conductor y lo situamos dentro de las lneas de fuerza de un campo magntico, como el de dos imanes, por ejemplo, ste ser rechazado hacia uno u otro lado, en dependencia del sentido de direccin que tenga la corriente que fluye por el conductor.

El campo magntico que se crea alrededor del alambre de cobre o conductor cuando fluye la corriente elctrica, hace que ste se comporte tambin como si fuera un imn y en esa propiedad se basa el principio de funcionamiento de los motores elctricosEn la actualidad la magnetita no se emplea como imn, pues se pueden fabricar imanes permanentes artificiales de forma industrial a menor costo.

En la actualidad se fabrican imanes permanentes artificiales, para su empleo, por ejemplo, en la fabricacin de altavoces para equipos de audio, dinamos para el alumbrado en las bicicletas, pequeos motores para uso en juguetes o en equipos electrnicos, en la junta hermtica de la puerta de los frigorficos y, por supuesto, en la fabricacin de brjulas.

Los altavoces de los equipos de sonido emplean, comnmente, un imn permanente

CAMPO MAGNETICOSe denomina campo magntico a la regin del espacio en la que se manifiesta la accin de un imn.Un campo magntico se representa mediante lneas de campo.Un imn atrae pequeos trozos de limadura de hierro, nquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnticos).La imantacin se transmite a distancia y por contacto directo. La regin del espacio que rodea a un imn y en la que se manifiesta las fuerzas magnticas se llama campo magntico.Las lneas del campo magntico revelan la forma del campo. Las lneas de campo magntico emergen de un polo, rodean el imn y penetran por el otro polo.Fuera del imn, el campo esta dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde estn mas juntas las lneas (la intensidad es mxima en los polos)

ELECTROMAGNETISMO

En 1820 el fsico dans Hans Christian Oerted descubri que entre el magnetismo y las cargas de la corriente elctrica que fluye por un conductor exista una estrecha relacin

Cuando eso ocurre, las cargas elctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparicin de un campo magntico tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brjulaSi cogemos un trozo de alambre de cobre desnudo, recubierto con barniz aislante y lo enrollamos en forma de espiral, habremos creado un solenoide con ncleo de aire.

Si a ese solenoide le aplicamos una tensin o voltaje, desde el mismo momento que la corriente comienza a fluir por las espiras del alambre de cobre, crear un campo magntico ms intenso que el que se origina en el conductor normal de un circuito elctrico cualquiera cuando se encuentra extendido, sin formar espiras

Bobina solenoide con ncleo de aire construida con alambre. desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con. barniz aislante. Si a esta bobina le suministramos corriente. elctrica empleando cualquier fuente de fuerza electromotriz, como. una batera, por ejemplo, el flujo de la corriente que circular a. travs de la bobina propiciar la aparicin de un campo magntico. de cierta intensidad a su alrededor.

Despus, si a esa misma bobina con ncleo de aire le introducimos un trozo de metal como el hierro, ese ncleo, ahora metlico, provocar que se intensifique el campo magntico y actuar como un imn elctrico (o electroimn), con el que se podrn atraer diferentes objetos metlicos durante todo el tiempo que la corriente elctrica se mantenga circulando por las espiras del enrollado de alambre de cobre

Bobina solenoide a la que se le ha introducido un ncleo metlico. como el hierro (Fe). Si comparamos la bobina anterior con ncleo< de aire con la bobina de esta ilustracin, veremos que ahora las< lneas de fuerza magntica se encuentran mucho ms< intensificadas al haberse convertido en un electroimn.

Cuando el flujo de corriente elctrica que circula a travs del enrollado de cobre cesa, el magnetismo deber desaparecer de inmediato, as como el efecto de atraccin magntica que ejerce el ncleo de hierro sobre otros metales. Esto no siempre sucede as, porque depende en gran medida de las caractersticas del metal de hierro que se haya empleado como ncleo del electroimn, pues en algunos casos queda lo que se denomina "magnetismo remanente" por un tiempo ms o menos prolongado despus de haberse interrumpido totalmente el suministro de corriente elctrica

METALES FERROMAGNTICOS

La mayora de los cuerpos existentes en la naturaleza presentan una estructura molecular en la que reina el ms absoluto desorden y no se pueden magnetizar. Sin embargo existen tambin algunos metales en los que sus tomos pueden actuar espordicamente como imanes elementales, alinendose como tales si se someten a la influencia de un campo magntico. Cuando eso ocurre se magnetizan, convirtindose en un imn temporal, o en un imn permanente

A.- Metal de hierro en estado normal (no magnetizado), cuyos tomos se encuentran desordenados. B.- El mismo metal de hierro, ahora magnetizado, donde se puede observar que todas sus molculas se encuentran ordenadas, guardando una misma orientacin.

Los metales que se magnetizan con facilidad reciben el nombre de paramagnticos y los que no se magnetizan o son difciles de magnetizar se denominan diamagnticosEntre los paramagnticos los metales ms fciles de magnetizar se denominan ferromagnticos, debido a que fue en el hierro (ferro) el metal en el que se detect por primera vez esa propiedad. Pero adems del hierro se consideran tambin ferromagnticos otros metales como el nquel, el cobalto y algunos compuestos especialesLa fuerza magntica de un electroimn se puede incrementar de varias formas, como por ejemplo: a) aadiendo ms espiras de alambre enrollado alrededor del ncleo metlico; b) incrementando el flujo de corriente; c) elevando la tensin o voltaje aplicado al propio enrolladoHay metales que se pueden magnetizar de forma permanente y otros que slo lo permiten de forma transitoria cuando lo afecta un campo magntico cualquiera, ya sea procedente de un imn permanente o de un electroimn. Los electroimanes generalmente pierden el magnetismo y regresan a su estado original en cuanto se les saca del rea de influencia de un campo magntico. No obstante, existen algunos metales que demoran algn tiempo en perder el magnetismo. En esos casos se dice que al metal le queda magnetismo remanente.

Los ncleos metlicos de los electroimanes pueden tener diferentes tamaos y formas en dependencia del dispositivo donde se vayan a utilizar.

Los electroimanes pueden ser de diferentes tamaos y formas segn el uso al que se destinen. Los ms pequeos se emplean, por ejemplo, para construir timbres de aviso o alarma, rels para diferentes funciones, interruptores automticos de corriente, altavoces, cabezales de grabadoras de audio y vdeo, cabezales de lectura-escritura de disquetes, etc. Los de mayor tamao se emplean en gras para levantar metales o chatarraEn Alemania y Japn existen trenes que funcionan por levitacin magntica llamados Maglev. Esos trenes emplean poderosos electroimanes que les permiten levantarse o levitar por encima de los rieles, por lo que llegan a desarrollar velocidades de unos 500 kilmetros por hora (aproximadamente 300 millas por hora) pues al no tener casi contacto directo el cuerpo del tren con los rieles, no existe prcticamente prdidas de energa por friccinEl electromagnetismo encuentra tambin aplicacin en los transformadores de corriente elctrica para elevar o disminuir la tensin o voltaje que requieren diferentes los dispositivos elctricos que empleamos diariamente, tanto en los centros de trabajo como en el hogar

LA CORRIENTE ELCTRICA

Lo que conocemos como corriente elctrica no es otra cosa que la circulacin de cargas o electrones a travs de un circuito elctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

En un circuito elctrico cerrado la. corriente circula siempre del polo. negativo al polo positivo de la. fuente de fuerza electromotriz. (FEM),

Quizs hayamos odo hablar o ledo en algn texto que el sentido convencional de circulacin de la corriente elctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones histricas y no a cuestiones de la fsica y se debi a que en la poca en que se formul la teora que trataba de explicar cmo flua la corriente elctrica por los metales, los fsicos desconocan la existencia de los electrones o cargas negativasAl descubrirse los electrones como parte integrante de los tomos y principal componente de las cargas elctricas, se descubri tambin que las cargas elctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo () hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley fsica de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad cientfica acord que, convencionalmente, la corriente elctrica se mova del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la prctica, ese error histrico no influye para nada en lo que al estudio de la corriente elctrica se refiere.

REQUISITOS PARA QUE CIRCULE LA CORRIENTE ELCTRICA

Para que una corriente elctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de tres factores fundamentales :

1. Fuente de fuerza electromotriz (FEM). 2. Conductor. 3. Carga o resistencia conectada al circuito. 4. Sentido de circulacin de la corriente elctrica.

1. Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batera, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas elctricas negativas cuando se cierre el circuito elctrico.2. Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo negativo de la fuente de suministro de energa elctrica hasta el polo positivo de la propia fuente. En la prctica ese camino lo constituye el conductor o cable metlico, generalmente de cobre.3. Una carga o consumidor conectada al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente elctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma energa elctrica como, por ejemplo, una bombilla o lmpara para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor (calefaccin, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodomstico o industrial que funcione con corriente elctrica.

Cuando las cargas elctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un circuito elctrico cerrado. Si, por el contrario, la circulacin de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente, estaremos ante un circuito elctrico abierto. Por norma general todos los circuitos elctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un interruptor que se instala en el camino de la corriente elctrica en el propio circuito con la finalidad de impedir su paso cuando se acciona manual, elctrica o electrnicamente.

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELCTRICA

La intensidad del flujo de los electrones de una corriente elctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensin o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito ser mayor en comparacin con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice ms el paso de los electrones.

EL AMPERE

De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente elctrica en ampere ( A ) que circula por un circuito est estrechamente relacionada con el voltaje o tensin ( V ) y la resistencia en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

Definicin de ampereUn ampere ( 1 A ) se define como la corriente que produce una tensin de un volt ( 1 V ), cuando se aplica a una resistencia de un ohm ( 1 )Un ampere equivale una carga elctrica de un coulomb por segundo ( 1C/seg ) circulando por un circuito elctrico, o lo que es igual, 6 300 000 000 000 000 000 = ( 6,3 1018 ) (seis mil trescientos billones) de electrones por segundo fluyendo por el conductor de dicho circuito. Por tanto, la intensidad ( I ) de una corriente elctrica equivale a la cantidad de carga elctrica ( Q ) en coulomb que fluye por un circuito cerrado en una unidad de tiempo.Los submltiplos ms utilizados del ampere son los siguientesmiliampere ( mA ) = 10-3 A = 0,001 amperemicroampere ( mA ) = 10-6 A = 0, 000 000 1 ampere

MEDICIN DE LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELCTRICA O AMPERAJE

La medicin de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un ampermetro o un. miliampermetro, segn sea el caso, conectado en serie en el propio circuito elctrico. Para medir. ampere se emplea el "ampermetro" y para medir milsimas de ampere se emplea el miliampermetro.

La intensidad de circulacin de corriente elctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un ampermetro conectado en serie con el circuito o mediante induccin electromagntica utilizando un ampermetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar tambin un multmetro que mida miliampere (mA).

Ampermetro de ganchoMultmetro digital Multmetro analgico

El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por circuitos elctricos de fuerza en la industria, o en las redes elctricas domstica, mientras que los submltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrnicos

TIPOS DE CORRIENTE ELCTRICA

En la prctica, los dos tipos de corrientes elctricas ms comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, bateras y dinamos

Grfico de una corriente directa (C.D.) o continua (C.C.).Grfico de la sinusoide que posee una corriente alterna (C.A.).

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulacin peridicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.) tambin se le llama "corriente continua" (C.C.).

La corriente alterna es el tipo de corriente ms empleado en la industria y es tambin la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso domstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulacin 50 60 veces por segundo, segn el pas de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alternaEn los pases de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que los en los pases de Amrica la frecuencia es de 60 ciclos o hertz.

El ampere recibe ese nombre en honor al fsico y matemtico francs Andr-Marie Ampre (1775 1836), quin demostr que la corriente elctrica, al circular a travs de un conductor, produca un campo magntico a su alrededor. Este fsico formul tambin la denominada Ley de Ampere.

CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA

La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas elctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito elctrico cerrado, movindose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las bateras, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente elctrica.

Fuentes suministradoras de corriente directa o continua. A la izquierda, una batera de las comnmente utilizada en los coches y todo tipo de vehculo motorizado. A la derecha, pilas de amplio uso, lo mismo en linternas que en aparatos y dispositivos elctricos y electrnicos.

Es importante conocer que ni las bateras, ni los generadores, ni ningn otro dispositivo similar crea cargas elctricas pues, de hecho, todos los elementos conocidos en la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo en forma de corriente elctrica es necesario ponerlas en movimiento.

El movimiento de las cargas elctricas se asemeja al de las molculas de un lquido, cuando al ser impulsadas por una bomba circulan a travs de la tubera de un circuito hidrulico cerrado.

Las cargas elctricas se pueden comparar con el lquido contenido en la tubera de una instalacin hidrulica. Si la funcin de una bomba hidrulica es poner en movimiento el lquido contenido en una tubera, la funcin de la tensin o voltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito elctrico. Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas elctricas son los metales y reciben el nombre de conductores.

LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.)

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

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

La caracterstica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluir del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directaVeamos un ejemplo prctico que ayudar a comprender mejor el concepto de corriente alterna:

Corriente alterna pulsante de un ciclo por segundo o hertz (Hz) .

Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se producir un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta accin har que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia depender de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que est sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas durante un segundoEn este caso si hacemos una representacin grfica utilizando un eje de coordenadas para la tensin o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendr una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por 0 volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero voltSi la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene ser de un ciclo por segundo o hertz (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia ser de 5 ciclos por segundo o hertz (5 Hz). Mientras ms rpido hagamos girar la manivela a la que est sujeta la pila, mayor ser la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtieneSeguramente sabrs que la corriente elctrica que llega a nuestras casas para hacer funcionar las luces, los equipos electrodomsticos, electrnicos, etc. es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidalEn Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayora de los pases de Amrica la tensin de la corriente es de 110 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz. La forma ms comn de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o alternadores ubicados en plantas termoelctricas, hidroelctricas o centrales atmicas.

FORMAS DIFERENTES QUE TOMA LA CORRIENTE ALTERNA

De acuerdo con su forma grfica, la corriente alterna puede ser:

Rectangular Triangular Diente de sierra Sinusoidal o senoidal

(A) Onda rectangular o pulsante. (B) Onda triangular. (C) Onda diente de sierra. (D) Onda sinusoidal o senoidal.

De todas estas formas, la onda ms comn es la sinusoidal o senoidal.

Cualquier corriente alterna puede fluir a travs de diferentes dispositivos elctricos, como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc., sin sufrir deformacin.

La onda con la que se representa grficamente la corriente sinusoidal recibe ese nombre porque su forma se obtiene a partir de la funcin matemtica de seno.

En la siguiente figura se puede ver la representacin grfica de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la componen:

De donde:

A = Amplitud de ondaP = Pico o crestaN = Nodo o valor ceroV = Valle o vientreT = Perodo

Amplitud de onda: mximo valor que toma una corriente elctrica. Se llama tambin valor de pico o valor de cresta.

Pico o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su mximo valor.

Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor 0.

Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su mnimo valor.

Perodo: tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El perodo es lo inverso de la frecuencia y, matemticamente, se representa por medio de la siguiente frmula:

T = 1 / F

Como ya se vio anteriormente, la frecuencia no es ms que la cantidad de ciclos por segundo o hertz (Hz), que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del perodo y, matemticamente, se representa de la manera siguiente: F = 1 / T

MLTIPLOS DEL HERTZ Y VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA

.

MULTIPLOS DEL HERTZ (Hz)

Kilohertz (kHz) = 103 Hz = 1 000 HzMegahertz (MHz) = 106 Hz = 1 000 000 HzGigahertz (GHz) = 109 Hz = 1 000 000 000 HzVENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA

Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna, comparada con la corriente directa o continua, tenemos las siguientes:

Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensin por medio de transformadores. Se transporta a grandes distancias con poca de prdida de energa. Es posible convertirla en corriente directa con facilidad. Al incrementar su frecuencia por medios electrnicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y rdenes de control a grandes distancias, de forma inalmbrica. Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente ms sencillos y fciles de mantener que los de corriente directa

QU ES LA FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energa proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente elctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas elctricas a travs de un circuito cerrado.

A. Circuito elctrico abierto (sin carga o resistencia). Por tanto, no se establece la circulacin de la corriente elctrica desde la fuente de FEM (la batera en este caso). B. Circuito elctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a travs de la cual se establece la circulacin de un flujo de corriente elctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batera.

Existen diferentes dispositivos capaces de suministrar energa elctrica, entre los que podemos citar:

Pilas o bateras. Son las fuentes de FEM ms conocidas del gran pblico. Generan energa elctrica por medios qumicos. Las ms comunes y corrientes son las de carbn-zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admiten recarga. Las hay tambin de nquel-cadmio (NiCd), de nquel e hidruro metlico (Ni-MH) y de in de litio (Li-ion), recargables. En los automviles se utilizan bateras de plomo-cido, que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito cido sulfrico mezclado con agua destilada.

Mquinas electromagnticas. Generan energa elctrica utilizando medios magnticos y mecnicos. Es el caso de las dinamos y generadores pequeos utilizados en vehculos automotores, plantas elctricas porttiles y otros usos diversos, as como los de gran tamao empleados en las centrales hidrulicas, trmicas y atmicas, que suministran energa elctrica a industrias y ciudades.

Pequeo aerogenerador

Celdas fotovoltaicas o fotoelctricas. Llamadas tambin celdas solares, transforman en energa elctrica la luz natural del Sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre stas. Su principal componente es el silicio (Si). Uno de los empleos ms generalizados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido automtico de las luces del alumbrado pblico en las ciudades.

Tambin se utilizan en el suministro de pequeas cantidades de energa elctrica para satisfacer diferentes necesidades en zonas apartadas hasta donde no llegan las redes del tendido de las grandes plantas generadoras. Las celdas fotovoltaicas se emplean tambin como fuente principal de abastecimiento de energa elctrica en los satlites y mdulos espaciales. Las hay desde el tamao de una moneda hasta las del tamao aproximado de un plato. Para obtener una tensin o voltaje ms alto que el que proporciona una sola celda, se unen varias para formar un panel

CIRCUITO ELCTRICODEFINICIN.-Es un camino cerrado por donde fluye la corriente elctrica, desde el polo negativo hasta el polo positivo de una fuente de alimentacin (pila, batera, generador, etc). Tambin podemos decir que Un circuito elctrico es un conjunto de elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso de electrones

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 en volt.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 la energa 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.

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 de los componentes 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 () que encuentre el flujo de corriente de electrones al recorrer el circuito, as ser su intensidad en 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 pas de que se trate). En los hogares empleamos aparatos electrodomsticos que funcionan con 110-120 220 volt de corriente alterna (tambin en dependencia del pas de que se trate).

Taladro elctrico de< mano, que funciona con< batera.

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 ms resistencia para pasar, disminuyendo el caudal que fluye por su interiorDe 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 fuenteEn 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.

EL CORTOCIRCUITO

Si por casualidad en un circuito elctrico unimos o se unen accidentalmente los extremos o cualquier parte metlica de dos conductores de diferente polaridad que hayan perdido su recubrimiento aislante, la resistencia en el circuito se anula y el equilibrio que proporciona la Ley de Ohm se pierde.

El resultado se traduce en una elevacin brusca de la intensidad de la corriente, un incremento violentamente excesivo de calor en el cable y la produccin de lo que se denomina cortocircuito.

La temperatura que produce el incremento de la intensidad de corriente en ampere cuando ocurre un cortocircuito es tan grande que puede llegar a derretir el forro aislante de los cables o conductores, quemar el dispositivo o equipo de que se trate si ste se produce en su interior, o llegar, incluso, a producir un incendio.

Cortocircuito producido por la unin accidental dedos< cables o conductores de polaridades diferentes.

PRECAUCIONES AL TRABAJAR EN CIRCUITOS CON CORRIENTE

Se debe aclarar que las tensiones o voltajes que suministran los equipos o dispositivos que trabajan con< bateras no representan ningn riesgo para la vida humana; sin embargo cuando se realizan trabajos en< una red elctrica industrial o domstica, la cosa cambia, pues un shock elctrico que se reciba por< descuido, ms conocido como "calambrazo" o "corrientazo", puede llegar a electrocutar a una persona y< costarle la vida, incluso tratndose de voltajes bajos como 110 volt. Por esa razn nunca sern< excesivas todas las precauciones que se tomen cuando asumamos la tarea de realizar una reparacin< en el circuito elctrico de la casaLa primera regla que nunca se debe violar antes de acometer un trabajo de electricidad es cortar el suministro elctrico accionando manualmente el dispositivo principal de entrada de la corriente a la casa, sea ste un diferencial, un interruptor automtico, un interruptor de cuchillas con fusibles o cualquier otro mediante el cual se pueda interrumpir el paso de la corriente elctrica hacia el resto de la casa. No obstante, siempre se debe verificar con una lmpara nen si realmente no llega ya corriente al lugar donde vamos a trabajar, porque en ocasiones hay lneas elctricas divididas por secciones, por lo que al desconectar una el resto queda todava con corriente.

LA LEY DE OHM

La Ley de Ohm, postulada por el fsico y matemtico alemn Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinmica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades bsicas presentes en cualquier circuito elctrico como son:

1. Tensin o voltaje "E", en volt (V).2. Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).3. Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

Circuito elctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga elctrica "R" y la. circulacin de una intensidad o flujo de corriente elctrica " I " suministrado por la propia pila.

Debido a la existencia de materiales que dificultan ms que otros el paso de la corriente elctrica a travs de los mismos, cuando el valor de su resistencia vara, el valor de la intensidad de corriente en ampere tambin vara de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensin o voltaje se mantenga constantePor otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensin o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentar o disminuir en la misma proporcin, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante

Postulado general de la Ley de Ohm

El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito elctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensin o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.FRMULA MATEMTICA GENERAL DE REPRESENTACIN DE LA LEY DE OHMDesde el punto de vista matemtico el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Frmula General de la Ley de Ohm:

Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de frmulas matemticas pueden realizar tambin los clculos de tensin, corriente y resistencia correspondientes a la Ley de Ohm, de una forma ms fcil utilizando el siguiente recurso prctico:

Con esta variante slo ser necesario tapar con un dedo la letra que representa el valor de la incgnita que queremos conocer y de inmediato quedar indicada con las otras dos letras cul es la operacin matemtica que ser necesario realizar

Cuando trabajamos con corriente elctrica nunca est de ms tomar el mximo de precauciones.< Siempre