CORRIENTE ELÉCTRICA Y FUENTES DE VOLTAJE
DIFERENTES MEDIOS DE PRODUCIR LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
Se pueden mencionar básicamente seis métodos comúnmente usados para la producción de la fuerza electromotriz. Algunos de estos métodos son mucho más usados que otros.
VOLTAJE PRODUCIDO POR FRICCIÓN.
En este método se produce voltaje friccionando dos cuerpos, es probablemente el menos usado de los seis métodos, su aplicación principal se encuentra en los llamados GENERADORES DE VAN DE GRAFF, usados en algunos laboratorios para producir voltajes.
VOLTAJE PRODUCIDO POR PRESIÓN.
Existe una propiedad interesante llamada PIEZOELECTRICIDAD que se encuentra en ciertas cerámicas y minerales, ya sea en forma natural o trabajadas por el hombre. Estos cristales producen voltaje cuando se presiona mecánicamente y vibra cuando se aplica una señal eléctrica a un eje del cristal.
Esta es una propiedad útil para micrófonos, circuitos de control, de radio frecuencia e inclusive en relojes eléctricos de cuarzo, donde han encontrado una aplicación comercial amplia.
ENERGÍA DE LA LUZ.
La energía de la luz se usa con FOTOCELDAS y ciertos semiconductores para generar voltajes. La luz es la fuente de energía necesitada por algunos de los electrones de la banda de valencia para pasar de la banda de no conducción a la de conducción, como resultado de esto, se desarrolla un voltaje en las terminales del dispositivo. La corriente y voltaje de los dispositivos fotoeléctricos, son pequeñas, lo cual restringe su aplicación.
Estos dispositivos son útiles en circuitos electrónicos que son diseñados para hacer uso efectivo de sus propiedades. Parte de este proceso es el usado en las llamadas CELDAS SOLARES.
VOLTAJE PRODUCIDO POR CALOR.
La energía calorífica se puede usar en forma directa para producir electricidad como en un TERMOPAR. Dos metales distintos conectados en un extremo únicamente, producen una diferencia de potencial en los extremos de los metales cuando la unión de los mismos se calienta. Esta potencial es el resultado de la capacidad de producción de electrones libres en cada uno de los metales. Los electrones libres viajan de un metal a otro y tienden a concentrarse en uno de ellos más que en el otro.
Esta diferencia en la concentración de cargas es el voltaje que se desarrolla en las terminales del TERMOPAR. El voltaje obtenido de esta forma, es pequeño y se usa con circuitos electrónicos en aplicaciones de control de procesos.
VOLTAJE PRODUCIDO DE LA ENERGÍA QUÍMICA.
Las baterías y celdas combustibles son un ejemplo de uso de la energía química para producir voltaje en corriente continua. Hay dos categorías generales de baterías: Primarias y Secundarias. Las celdas primarias no se pueden recargar en tanto que las secundarias si son recargables. La unidad básica de una batería es una celda. Las baterías comerciales pueden ser de celdas sencillas o de una combinación de celdas. El voltaje de la celda cuando no se demanda corriente está determinado por los elementos químicos y los metales usados para construirla. Por lo tanto, las celdas de mercurio difieren de las de carbón - zinc. Así como las de oxido de níquel difieren de las de carga ácida.
El voltaje en las terminales de una batería, depende del número de celdas que están conectadas en serie. Por ejemplo, una celda con una FEM. de 2 volts, si se conectan tres en serie, proporcionará una FEM de seis volts. La capacidad de corriente de una celda, esta determinada por el área de la celda. Conectando celdas en paralelo, se puede incrementar la capacidad de corriente.
VOLTAJE PRODUCIDO POR MAGNETISMO.
Los imanes o los dispositivos magnéticos se usan en una gran variedad de aplicaciones. Una de las útiles y ampliamente utilizada, es en la producción de energía eléctrica a partir de la energía mecánica. La energía mecánica se puede obtener a su vez de una gran variedad de fuentes primarias de energía como son: El agua, usando turbinas hidráulicas, el vapor, usando turbinas térmicas, en donde se requiere diesel, gasolina o derivados del petróleo como fuente primaria, también una fuente primaria son los materiales nucleares, el viento, las mareas de mar. Sin embargo, la conversión final de estas fuentes de energía a electricidad, se hace por generadores eléctricos que operan bajo el principio de inducción electromagnética.
Para empezar con este principio, deben existir tres condiciones fundamentales para producir voltaje a partir de magnetismo y que son:
1.- Debe haber un conductor en el cual el voltaje se produzca.
2. Debe haber un campo magnético, cerca del conductor.
3.- Debe haber un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético.
El conductor se debe mover de manera que corte a las líneas de fuerza o bien el campo magnético se debe mover de manera que las líneas de fuerza sean cortadas por el conductor
LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus átomos. Puesto que los electrones de valencia son los mas alejados de la fuerza atractiva del núcleo y además tienen el nivel de energía más alto, son los que pueden liberarse más fácilmente. Cuando se aplica suficiente fuerza a un átomo, los electrones de valencia se liberan.
Si se quiere usar energía eléctrica para realizar algún trabajo, es preciso que la electricidad se ponga en marcha. Esto sucede cuando se tiene una corriente eléctrica. La corriente se produce, cuando en el conductor hay muchos electrones libres que se mueven en la misma dirección.
Los electrones suelen moverse en diversas direcciones, de manera que tales efectos se anulan. Pero cuando se hace que los electrones se muevan en la misma dirección, es decir hay una corriente que fluye, entonces sus efectos se suman y la energía que liberan puede aprovechares para realizar algún trabajo. Además, mientras mayor sea el número de electrones que se mueven en la misma dirección, mayor será el flujo de corriente y se dispondrá de mayor energía para efectuar algún trabajo.
INTENSIDAD DE CORRIENTE.
La cantidad de corriente que fluye en un alambre está determinada por el número de electrones que pasa por un punto dado, en un segundo, un Coulomb es \(6,28 * 10^{18}\) electrones. Si un Coulomb pasa en un punto en un segundo, se tendrá una corriente de 1 amper, o sea la unidad para medir la corriente es el AMPER. La corriente se mide también en microamperes y en miliamperes.
Las fórmulas para calcular la corriente son:
\(I\ =\ \frac{V}{R}\)
\(I\ =\ \frac{q}{t}\) .
Donde:
\(I\ \Longrightarrow\) corriente.
\(V\ \Longrightarrow\) voltaje.
\(R\ \Longrightarrow\) Resistencia.
\(q\ \Longrightarrow\) carga transportada.
\(t\ \Longrightarrow\) tiempo para transportar esa carga.
Las unidades son:
\(I\ \Longrightarrow\) AMPERES
\(q\ \Longrightarrow\) Coulomb.
\(t\ \Longrightarrow\) Segundos.
RELACIÓN ENTRE INTENSIDAD DE CORRIENTE Y DIFERENCIA DE POTENCIAL.
Para hacer que los electrones se muevan con provecho. hay que empujarlos. Por supuesto que están girando en órbitas y cambian lugares con otros dentro de un pedazo debe obligar a caminar a lo largo del metal, en una dirección, y no andar deambulando sin rumbo. Esta fuerza o empuje que se aplica a los electrones ha sido llamada FUERZA ELECTROMOTRÍZ F.E.M. Esta fuerza que mueve a los electrones, puede producirse por baterías, generadores y otros aparatos. Algunas veces a esta f.e.m. se le llama presión eléctrica por que es, en cierta manera, comparable a la presión de agua que produce una corriente en un tubo.
Esta f.e.m. o presión eléctrica, se mide en volts. el término voltaje significa lo mismo que presión eléctrica, f.e.m. considérese el número de volts como la expresión de la magnitud de la fuerza impulsora que hace moverse a los electrones. De la misma manera que una mayor presión de agua por un tubo, así un número mayor de volts de presión eléctrica tenderá a producir mayor corriente de electrones.
FUENTES DE VOLTAJE
Todo dispositivo que crea una diferencia de potencial se conoce como una fuente de voltaje. Las celdas o pilas secas, las pilas húmedas y los generadores son capaces de mantener un flujo constante. (Una batería no es otra cosa que dos o más celdas o pilas interconectadas). Las pilas secas, las pilas húmedas y los generadores suministran energía que permite que las cargas se desplacen. En las pilas secas y en las húmedas la energía que se desprende de una reacción química que se lleva a cabo dentro de la pila se transforma en energía eléctrica. Los generadores por su parte convierten energía mecánica en energía eléctrica. La energía potencial eléctrica, sea cual sea el método empleado en su producción, está disponible en las terminales de la pila o generador. La energía potencial por coulomb de carga disponible para los electrones que se desplazan entre las terminales es el voltaje (llamado a veces fuerza electromotriz, o fem). El voltaje proporciona la “presión eléctrica” necesaria para desplazar los electrones entre las terminales de un circuito.
Clasificación de las fuentes eléctricas:
Las fuentes ideales son elementos utilizados en la teoría de circuitos para el análisis y la creación de modelos que permitan analizar el comportamiento de los circuitos reales. Sus magnitudes (tensión o corriente) son siempre independientes de la carga que alimentan.
Las fuentes reales, la ddp que producen o la corriente que proporcionan, depende de la carga a la que estén conectadas.
Así, pues:
Fuente de tensión: aquella que genera una ddp entre sus terminales constante e independiente de la carga que alimente (fuente ideal), o dependiente de la carga a la que estén conectada (fuente real).
Fuente de intensidad: aquella que proporciona una intensidad constante e independiente de la carga que alimente (fuente ideal) o dependiente de la carga a la que estén conectada (fuente real).
EJEMPLO 1: ¿Cuál es el valor de la tensión en el circuito de la figura?
\(V\ = \ I \times R\ =\ 59A \times 250\Omega\)
\(V\ = \ 14,750\ KV\)
EJEMPLO 2: ¿Cuál es el valor de la corriente en el circuito de la figura?
\(I\ =\ \frac{V}{R}\ = \ \frac{25\ V}{96000 \Omega}\)
\(I\ = \ 2,6*10^{-4}\ A\)
PREGUNTA: ¿Cuál es el valor de la corriente en el circuito de la figura?