Fuerza Electromotriz Electroquimica

Un poco de historia

Alessandro VoltaFísico italiano que inventó la primera pila eléctrica generadora de corriente continua. A los dieciocho años mantenía ya correspondencia con los principales electrólogos europeos.

En 1789 descubrió accidentalmente, que se producen contracciones en los músculos de una rana u otro animal cuando entran en contacto con metales cargados eléctricamente.

Luigi Galvani

Un poco de historia

En los años siguientes a los experimentos de Galvani (1789), Volta trataba de establecer que el "fluido galvánico", de origen animal, era de la misma naturaleza que la electricidad ordinaria, es decir, estática.

Un poco de historia

Volta descubre que cuando dos piezas descargadas de metales diferentes se ponen en contacto, ya sea directamente o con la intervención de un electrolito, los dos metales llegan a cargarse y permanecen cargados a pesar del hecho de que hay un excelente camino conductor, un circuito cerrado, a través del cual las cargas podía fluir para neutralizarse entre si.

Un poco de historia

Volta declaró que una nueva clase de "fuerza" o capacidad actuaba sobre las cargas separándolas y manteniéndolas separada, nombró la acción como fuerza electromotriz.

La fuerza electromotriz definida por Volta se reducía a la capacidad que tenían algunos cuerpos para generar electricidad en otros.

Concepto

Fuerza Electromotriz

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica.

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 eléctricas a través de un circuito cerrado.

FEM ≠ ΔV

No hay que confundir el concepto FEM con el de diferencia de potencial.

La FEM es la causa del movimiento de las cargas dentro del propio generador, mientras que la diferencia de potencial es la causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito. Por tanto, un generador o fuente de FEM es un dispositivo que transforma energía eléctrica.

FEM ≠ ΔV

La tensión eléctrica, diferencia de potencial o voltaje es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado.

La tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B. Igual que el potencial, en el Sistema Internacional de Unidades la diferencia de potencial se mide en voltios (V).

FEM en una celda electroquímica

En una celda electroquímica

Los electrones fluyen espontáneamente del ánodo al cátodo a través de un circuito externo.

La diferencia de potencial eléctrico, entre el ánodo y el cátodo se mide experimentalmente con un voltímetro, y la lectura en voltios es el voltaje de la celda.

Ecelda es la fuerza motriz que empuja los electrones a través del circuito externo. A esta diferencia de potencial llamamos: Fuerza electromotriz de una celda y se indica como Ecelda o ΔE y se conoce como potencial de celda o voltaje de celda (porque se mide en voltios).

Definición

Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga.

La FEM se mide en voltios (es la unidad derivada del Si para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje)V

Formula

Sea q la cantidad de carga que pasa por cualquier sección del circuito en un intervalo de tiempo determinado, y W el trabajo realizado por el generador; la FEM viene dada por:

Nota: la FEM se denota con el símbolo ε (la letra E Manuscrita)

ε = qW

Dispositivos FEM

Todo circuito completo con corriente constante debe incluir algún dispositivo que provea una FEM = fuente de FEM

• Una fuente FEMideal = dispositivo que transforma energía de diferente formas en diferencia de potencial eléctrico constante ⎯ideal sin disipación ⇒de energía.

• La FEM se define cuantitativamente como la magnitud de esta diferencia de potencial.

Ejemplos dispositivos FEM

Generadores eléctricos(energía gravitacional, agua al nivel superior de una presa, o energía de ligación de combustibles fósiles una forma de ⎯energía solar como gas natural, carbón y ⎯petróleo).

Celdas solares(energía de radiación del Sol).

Termopares (energía termodinámica).

Celdas de combustible(energía de ligación del átomo de Hidrogeno).

Tipos de circuitos

Abierto

Es un circuito en el cual no circula la corriente eléctrica por estar éste interrumpido o no comunicado por medio de un conductor eléctrico.

No puede tener un flujo de energía que permita a una carga o receptor de energía aprovechar el paso de la corriente eléctrica y poder cumplir un determinado trabajo.

Tipos de circuitos

Cerrado o en paralelo

Un circuito eléctrico está cerrado cuando por él pasa la corriente eléctrica debido a que el interruptor está conectado.

Tipos de fuente FEM

Son aquellos dispositivos o aparatos diseñados para poner la carga eléctrica en movimiento. Estos aparatos ejercen una fuerza sobre las cargas eléctricas y las ponen en movimiento. Sin embargo la magnitud de la fuerza electromotriz (FEM) no se mide a través de la fuerza eléctrica sino por medio de la energía que estos aparatos utilizan para mover una unidad de carga.

Dependiendo del tipo de corriente eléctrica que pueden producir se clasifican en tres tipos:

Tipos de fuente FEM

Fuentes de Fuerza Electromotriz directa:

Como las pilas, acumuladores, baterías solares. En este caso la corriente que producen es de un valor constante dentro de un intervalo relativamente grande.

Tipos de fuente FEM

Fuentes de Fuerza Electromotriz alterna :

Como los generadores eléctricos de los carros que son los encargados de proporcionar electricidad, cuando el vehículo está en funcionamiento o como las plantas generadoras de electricidad doméstica.

Se diferencian de los anteriores por que la corriente que producen es variable en el tiempo, no sólo en magnitud sino también de dirección.

Tipos de fuente FEM

Fuentes de Fuerza Electromotriz variable no alterna.

En este caso la corriente producida es variable, por ejemplo: el encendedor piezoeléctrico de la cocina produce una descarga eléctrica en el aire variable en intensidad y de muy corta duración.

Causas de la FEM

Fuerza electromotriz por Frotamiento :

Cuando se frota un peine de plástico se genera una carga eléctrica estática que produce fuerzas de atracción o repulsión sobre otras cargas, poniéndolas en movimiento si son libres de moverse.

Causas de la FEM

Fuerza electromotriz por inducción:

En este caso las cargas eléctricas se ponen en movimiento si se produce un campo magnético variable cerca de una bobina fija, o viceversa, se mueve una bobina cerca de un imán o electroimán.

Causas de la FEM

Fuerza electromotriz por presión:

Algunos materiales como el cuarzo generan una fuerza electromotriz cuando son sometidos a presión. Algunos encendedores de cocina o para fumadores utilizan este principio.

Causas de la FEM

Fuerza electromotriz por temperatura:

Al calentar el punto de contacto de dos metales diferentes aparece una pequeña fuerza electromotriz, este aparato genera una fuerza electromotriz que aumenta al aumentar la temperatura. Termopares.

Causas de la FEM

Fuerza electromotriz por Radiación electromagnética:

Cuando la Luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio) se produce una fuerza electromotriz dando lugar a aplicaciones importantes como el aprovechamiento de la energía solar por medio de baterías solares.

Causas de la FEM

Fuerza electromotriz producida por reacciones químicas:

Este es uno de los sistemas más populares y está basado en la invención de Volta. En este tipo de aplicación se necesitan dos electrodos sumergidos en un medio conductor.

Referencias

Referencias:García Álvarez José Antonio E. . QUÉ ES LA FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM). Madrid, España,

2015. disponible en: http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_fem/ke_fem_1.htm

D.L. Hurd and J.J. Kipling, The Origins and Growth of Physical Science (Penguin Books, Baltimore, 1958).

Guisasola Jenaro, Montero Antonio, Fernández Manuel. La historia del concepto de fuerza electromotriz en circuitos eléctricos y la elección de indicadores de aprendizaje comprensivo. São Paulo, Brasil, 2008. disponible en: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172008000100018

Coziol.R. [PDF] Cap.6: Corriente, Resistencia y Fuerza Electromotriz. Disponible en: http://www.astro.ugto.mx/~rcoziol/Cursos/EM/EM2013s2_cap6.pdf

Dra. Edelmira Rodriguez Clemente

Integrantes:•Avalos Jiménez Aziel Eliacib•Cabello Lara Víctor Daniel•Flores Guadarrama Israel•Matias Valdez Lizeth Arely • Serrano Villanueva Gabriela Ivonne