martes, 9 de diciembre de 2014

Motor Eléctrico, Generador, Transformador

El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estátor y un rotor.
Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se diseñan adecuadamente.
Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, esmeriles angulares y otras herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (DC), y por fuentes de corriente alterna (AC).
La corriente directa o corriente continua proviene de las baterías, los paneles solares, dínamos, fuentes de alimentación instaladas en el interior de los aparatos que operan con estos motores y con rectificadores rudimentarios. La corriente alterna puede tomarse para su uso en motores eléctricos bien sea directamente de la red eléctrica,alternadores de las plantas eléctricas de emergencia y otras fuentes de corriente alterna bifásica o trifásica como los inversores de potencia.
Los pequeños motores se pueden encontrar hasta en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones y características más estandarizadas proporcionan la potencia adecuada al uso industrial. Los motores eléctricos más grandes se usan para propulsión de trenes, compresores y aplicaciones de bombeo con potencias que alcanzan 100 megavatios. Estos motores pueden ser clasificados por el tipo de fuente de energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de salida de movimiento, etcétera.
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz(F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.
Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.
El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.
Se denomina TRANSFORMADOR a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un CIRCUITO eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un TRANSFORMADOR IDEAL (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es FABRICADO bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la ENTRADA o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
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Imanes Naturales, Propiedades Magnéticas, Leyes Magnéticas

MANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienenla propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc.
La magnetita es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraerfragmentos de hierro natural.
PROPIEDADES
Los imanes poseen dos zonas en las que se concentra la fuerza que ejercen, estas zonas son los extremos del imán y reciben el nombre de polos magnéticos, norte ysur. Los polos del mismo nombre se repelen y los polos opuestos se atraen. Compruébalo.
EJEMPLOS:
imanes naturales: son aquellos que se encuentran en la Tierra y que atraen al hierro. Denominadosmagnetita ,Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas (magnetita).
PRINCIPAL EJEMPLO DE IMAN NATURAL:
LA TIERRA ES UN IMAN GIGANTESCO
Porque posee un campo magnetico natural. Este se debea que en el centro del planeta existen metales liquidos (por la temperatura tan alta que hay ahi), y cuando estos se mueven producen un campo magnetico que es detectable de manera sencilla. Un ejemplosencillo son las auroras boreales; estos son fenomenos muy bonitos en donde al entrar particulas cargadas del espacio a la tierra, producen colores muy llamativos en la atmosfera.
                                        Propiedades Magnéticas
 Fuerzas magnéticas
Las fuerzas magnéticas se generan mediante el movimiento de partículas cargadas
Eléctricamente; existen junto a las fuerzas electrostáticas.
Distribuciones del campo magnético de :
•una espira por la que circula corriente y
•de un imán en forma de barra.
En los materiales magnéticos existen polos magnéticos,
Son análogos a los dipolos eléctricos.
Los dipolos magnéticos pueden considerarse como
pequeños imanes formados por un polo norte y un polo sur.
Dentro de un campo magnético, la fuerza del campo
orienta los dipolos en la dirección del campo
                                        Leyes Magnéticas 
Así como un conductor al que se le hace pasar corriente genera un campo magnético, del mismo MODO un imán puede generar una corriente eléctrica. Este fenómeno no se conoce como inducción electromagnética y se estudia a través de las leyes de Faraday y Lenz.
Faraday descubrió que se producen corrientes eléctricas cuando el efecto magnético cambia. Cuanto mayor sea el cambio del flujo, mayor será el valor de la corriente eléctrica que se induzca en el alambre conductor. La corriente eléctrica generada por el efecto de un campo magnético variable se denomina corriente inducida.
Si a una espira que esta conectada a un medidor de corriente eléctrica, como un galvanómetro, se le acerca o aleja un imán  el galvanómetro indicara una LECTURA positiva o negativa de acuerdo con el movimiento del imán  Los mismo sucede si el imán se queda quieto y la bobina se mueve. Pero si deja de moverse alguno, el galvanómetro no indica ningún valor. Se dice que se induce una fuerza electromotriz (FEM), que será mas intensa al avanzar o mover mas rápido el imán hacia el conductor, el conductor hacia el imán o ambos.

LEYES MAGNETICAS
-Ley de Lorentz.
- Ley de Gauss.
-Ley de los polos de un imán.
-Ley de la inseparabilidad de los polos magneticos.


Con base en los experimentos de Faraday, se concluye que:
Las corrientes inducidas se producen cuando se mueve un conductor en sentido transversal a las líneas de flujo del campo magnético.
La inducción electromagnética da origen a una fuerza electromotriz (FEM) y a una corriente eléctrica inducida como resultado de la variación del flujo magnético debido al movimiento relativo entre conductor y un campo magnético.


E= -N ∆ϕ / ∆t
 
La ley de Faraday se expresa matemáticamente por:


Donde:
E= fuerza electromotriz inducida en volts(V)
N=numero de espiras en una bobina
∆ϕ= cambio en el flujo magnético en webers(wb)
∆t= diferencial de TIEMPO en segundos
Michael Faraday, FRS, (Newington, 22 de septiembre de 1791 - Londres, 25 de agosto de 1867) fue un físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica.
En 1831 trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (ya descubierta por Oersted), y ese mismo año descubrió la inducción electromagnética, demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el concepto de líneas de fuerza, para representar los campos magnéticos. Durante este mismo periodo, investigó sobre la electrólisis y descubrió las dos leyes fundamentales que llevan su nombre:

La masa de la sustancia liberada en una electrólisis es DIRECTAMENTE proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado a través del electrolito masa = equivalente electroquímico, por la intensidad y por el tiempo (m = c I t).


Las masas de distintas sustancias liberadas por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes.

Con sus investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.

Se denomina faradio (F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica del SI de unidades. Se define como la capacidad de un conductor tal que cargado con una carga de un culombio, adquiere un potencial electrostático de un voltio. Su símbolo es F.
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Imanes Artificiales, Electroimán

Un imán es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que atrae a otros imanes o metales, ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones de estos). Puede ser natural o artificial.
Los imanes naturales mantienen su campo magnético continuo, a menos que sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas o altas temperaturas (por encima de la Temperatura de Curie).
Los imanes pueden ser: naturales o artificiales, o bien, permanentes o temporales. Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas (magnetita). Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo. Un imán permanente está fabricado en acero imantado. Un imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espiral) por la cual circula corriente eléctrica.
  1. Imanes naturales; La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Está compuesta por óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.
  2. Imanes artificiales permanentes; Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.
  3. Imanes artificiales temporales; Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán. 
Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales. Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y se dice que la sustancia se ha magnetizado.
                                                                 Electroiman
Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.
En 1819, el físico danés Hans Christian Ørsted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de una brújula. Basado en sus observaciones, el físico estadounidense Joseph Henry inventó el electroimán en 1825. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Henry envolvió los cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Henry podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables, estableciendo los cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala.
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lunes, 3 de noviembre de 2014

Corriente Eléctrica, Continua, Alterna

Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. 1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.
Corriente Continua
La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) se refiere al flujo continuo de carga electrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés, de Alternating Current), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).
Corriente Alterna
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
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Potencial Eléctrico, Capacitancia

El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el punto de referencia,1 dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante. Matemáticamente se expresa por:
V = \frac{W}{q} \,\!
El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechertpara representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz. Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del Sistema Internacional es el voltio (V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca allí.
Considérese una carga electrica puntual q en presencia de un campo eléctrico \vec E. La carga experimentará una fuerza eléctrica:
(1)\vec F=q \vec E \,\!
Esta fuerza realizará un trabajo para trasladar la carga de un punto A a otro B, de tal forma que para producir un pequeño desplazamiento dl la fuerza eléctrica hará un trabajo diferencial dW expresado como:
(2)dW=\vec F \cdot d \vec l = q \vec E \cdot d \vec {l} \,\!
Por lo tanto, integrando la expresión (1) se obtiene el trabajo total realizado por el campo eléctrico:
(3) W=\int_{A}^{B} q\vec E \cdot d \vec l \,\!
Figura 1
Un caso particular de la fórmula anterior, es el de un campo eléctrico definido creado por una carga puntual estática Q. Sea una carga puntual q que recorre una determinada trayectoria A - B en las inmediaciones de una carga Q tal y como muestra la figura 1. Siendo dr el desplazamiento infinitesimal de la carga q en la dirección radial, el trabajo diferencial dW se puede expresar así:
(4) W = \int \vec F \cdot d \vec l= \int F \, dl \cos(\theta)=\int F \, dr \,\!
Para calcular el trabajo total, se integra entre la posición inicial A, distante r_A \,\! de la carga Q y la posición final B, distante r_B \,\! de la carga Q:
(5) W=\int_{r_A}^{r_B} F dr =\int_{r_A}^{r_B} \frac {1}{4\pi{\epsilon}_0}\frac{Qq}{r^2} \, dr=\frac {Qq}{4\pi{\epsilon}_0}\left(\frac{1}{r_A}-\frac {1}{r_B}\right)
De la expresión (5) se concluye que el trabajo W no depende de la trayectoria seguida por la partícula, sólo depende de la posición inicial y final, lo cual implica que la fuerza eléctrica {\vec F} \,\! es una fuerza conservativa. Por lo tanto se puede definir una energía potencial que permite calcular el trabajo más fácilmente:
(6) E_p=\frac {1}{4\pi{\epsilon}_0}\frac{Qq}{r}
El trabajo realizado por la fuerza eléctrica para desplazar una partícula entre A y B será:
(7) W = -\Delta E_p = E_{p_A} - E_{p_B}

Usualmente, el nivel cero de energía potencial se suele establecer en el infinito, es decir, si y sólo si  r=\infty \rightarrow E_p=0 \,\! (esto tiene que ver con la elección de la constante de integración en la fórmula del potencial).
capacitancia
En electromagnetismo y electrónica, la capacidad eléctrica, también conocida como capacitancia, es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática:
{C} = {Q \over V}
donde:
Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es deldieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.
En la práctica, la dinámica eléctrica del condensador se expresa gracias a la siguiente ecuación diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo la ecuación anterior.
{i} = \frac {dQ}{dt} = {C} \frac {dV}{dt}
Donde i representa la corriente eléctrica, medida en amperios.
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