En el mundo actual, todo el mundo se ha enfrentado a la electricidad desde la infancia. Las primeras menciones de este fenómeno natural se remontan a los filósofos Aristóteles y Tales, que estaban intrigados por las sorprendentes y misteriosas propiedades de la corriente eléctrica. Pero no fue hasta el siglo XVII cuando las grandes mentes científicas iniciaron una sucesión de descubrimientos relacionados con la energía eléctrica que continúan hasta nuestros días.
El descubrimiento de la corriente eléctrica y la creación por Michael Faraday del primer generador del mundo en 1831 cambiaron radicalmente la vida humana. Estamos acostumbrados a los aparatos que utilizan la energía eléctrica para hacernos la vida más fácil, pero hasta ahora la mayoría de la gente no entiende este importante fenómeno. Para empezar, para entender los principios básicos de la electricidad tenemos que estudiar dos definiciones básicas: corriente eléctrica y tensión.
Contenido
Qué es la corriente alterna y la tensión
Corriente eléctrica - es el movimiento ordenado de partículas cargadas (portadores de carga eléctrica). Los portadores de la corriente eléctrica son los electrones (en metales y gases), cationes y aniones (en electrolitos), agujeros en la conducción electrón-hueco. Este fenómeno se manifiesta por la creación de un campo magnético, un cambio en la composición química o el calentamiento de los conductores. Las principales características de la corriente son:
- El amperaje, determinado por la ley de Ohm y medido en amperios (А), en las fórmulas se indica con la letra I;
- potencia, según la ley de Joule-Lenz, medida en vatios (W), se denota por P;
- frecuencia, medida en hertzios (Hz).
La corriente eléctrica se utiliza como portadora de energía para producir energía mecánica con motores eléctricos, para producir energía térmica en aparatos de calefacción, soldadura eléctrica y calentadores, para generar ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias, para crear campos magnéticos en electroimanes y para producir energía luminosa en aparatos de iluminación y lámparas de todo tipo.
Tensión - es el trabajo realizado por un campo eléctrico para mover una carga de 1 culombio (Coulomb) de un punto a otro de un conductor. Sin embargo, a partir de esta definición, es difícil entender qué es la tensión.
Para que una partícula cargada se desplace de un polo a otro, debe crearse una diferencia de potencial entre estos polos (esto es lo que se llama una tensión). La unidad de medida de la tensión es el voltio (В).
Para entender definitivamente la definición de corriente eléctrica y voltaje, se puede hacer una interesante analogía: imaginemos que la carga eléctrica es el agua, entonces la presión del agua en la columna es el voltaje, y la velocidad de flujo del agua en la tubería es la fuerza de la corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la tensión, mayor será la fuerza de la corriente eléctrica.
Qué es la corriente alterna
Si se cambia la polaridad de los potenciales, la dirección del flujo de la corriente eléctrica cambia. Este es el tipo de corriente que se llama corriente alterna. La cantidad de cambio de dirección en un intervalo de tiempo determinado se denomina frecuencia y se mide, como ya se ha dicho, en hercios (Hz). Por ejemplo, en una red eléctrica estándar en nuestro país, la frecuencia es de 50 Hz, lo que significa que la dirección de la corriente cambia 50 veces por segundo.
Qué es la corriente continua
Cuando el movimiento ordenado de las partículas cargadas tiene siempre una sola dirección, esta corriente se llama corriente continua. La corriente continua se produce en una red de tensión continua cuando la polaridad de las cargas de un lado y del otro es constante en el tiempo. Se utiliza muy a menudo en diversos dispositivos y técnicas electrónicas cuando no se requiere la transmisión de energía a largas distancias.
Fuentes de corriente eléctrica
Una fuente de corriente eléctrica Generalmente se refiere a un aparato o dispositivo con el que se puede crear una corriente eléctrica en un circuito. Estos dispositivos pueden producir tanto corriente alterna como corriente continua. Se dividen en generadores de corriente mecánicos, luminosos, térmicos y químicos según su forma de crear electricidad.
Mecánica Las fuentes de corriente eléctrica convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Estos equipos incluyen varios tipos de generadoresque generan corriente eléctrica alterna haciendo girar un electroimán alrededor de una bobina de motores de inducción.
Luz convierten la energía de los fotones (energía lumínica) en energía eléctrica. Aprovechan la propiedad de los semiconductores de producir un voltaje cuando se exponen al flujo de luz. Los paneles solares pueden considerarse un equipo de este tipo.
Térmico - Convierte la energía térmica en electricidad a través de la diferencia de temperatura entre dos pares de semiconductores en contacto: los termopares. La cantidad de corriente en estos dispositivos está directamente relacionada con la diferencia de temperatura: a mayor diferencia, mayor intensidad de corriente. Estas fuentes se utilizan, por ejemplo, en las centrales geotérmicas.
Química Genera electricidad mediante reacciones químicas. Por ejemplo, varios tipos de pilas y acumuladores galvánicos pueden clasificarse como dispositivos de este tipo. Las fuentes de corriente galvánica se suelen utilizar en dispositivos autónomos, vehículos, aparatos y son fuentes de corriente continua.
Convertir la corriente alterna en corriente continua
Los aparatos eléctricos de todo el mundo utilizan tanto la corriente continua como la alterna. Por lo tanto, es necesario convertir una corriente en otra o viceversa.
Una corriente alterna puede convertirse en corriente continua utilizando un puente de diodos o un "rectificador". La parte principal del rectificador es un diodo semiconductor, que conduce la corriente eléctrica en una sola dirección. Después de este diodo, la corriente no cambia su dirección, pero hay ondulaciones, que se eliminan con condensadores y otros filtros. Los rectificadores existen en versión mecánica, de vacío o de semiconductores.
Dependiendo de la calidad de fabricación de un dispositivo de este tipo, la corriente de rizado en la salida tendrá diferentes valores, por regla general, cuanto más caro y mejor fabricado sea un dispositivo, menos rizado y más limpia será la corriente. Algunos ejemplos de estos dispositivos son suministros de energía diversos aparatos y cargadores, rectificadores de unidades de energía eléctrica en diversos medios de transporte, máquinas de soldadura de corriente continua y otros.
Los inversores se utilizan para convertir la corriente continua en corriente alterna. Estos dispositivos generan una tensión alterna con un patrón de onda sinusoidal. Existen varios tipos de estos dispositivos: inversores de motor, inversores de relé e inversores electrónicos. Todos ellos se diferencian por la calidad de la corriente alterna que generan, su coste y su tamaño. Algunos ejemplos son los sistemas de alimentación ininterrumpida, los inversores en los coches o en las plantas de energía solar, por ejemplo.
Dónde se utiliza la corriente alterna y la corriente continua y cuáles son las ventajas
Diferentes tareas pueden requerir el uso tanto de corriente alterna como de corriente continua. Cada tipo de corriente tiene sus ventajas e inconvenientes.
Corriente alterna se utiliza principalmente cuando hay que transmitir corrientes a grandes distancias. Este tipo de corriente tiene más sentido en términos de posibles pérdidas y del coste del equipo. Por ello, la mayoría de los aparatos y máquinas sólo utilizan este tipo de corriente.
Los hogares y las empresas, las infraestructuras y las instalaciones de transporte están alejados de las centrales eléctricas, por lo que todas las redes eléctricas son de corriente alterna. Estas redes alimentan todos los aparatos domésticos, los equipos industriales y las locomotoras de tren. Hay un número increíble de aparatos alimentados por corriente alterna y es mucho más fácil describir los que utilizan corriente continua.
Corriente continua se utiliza en sistemas autónomos como los sistemas de a bordo de vehículos, aviones, barcos y trenes eléctricos. Se utiliza ampliamente en la alimentación de microcircuitos en diversas aplicaciones electrónicas, de comunicaciones y otras en las que hay que minimizar o eliminar las interferencias y el rizado. En algunos casos, dicha corriente se utiliza en trabajos de soldadura eléctrica mediante inversores. Incluso hay locomotoras ferroviarias que funcionan con sistemas de corriente continua. En medicina, dicha corriente se utiliza para introducir fármacos en el organismo mediante electroforesis, y con fines científicos para separar diferentes sustancias (electroforesis de proteínas, etc.).
Símbolos de aparatos y circuitos eléctricos
A menudo es necesario determinar con qué corriente está funcionando el aparato. Al fin y al cabo, conectar un aparato que funciona con corriente continua a una red de corriente alterna tendrá inevitablemente consecuencias desagradables: daños en el aparato, incendios o descargas eléctricas. Existen símbolos aceptados internacionalmente para ello denominaciones estándar para este tipo de sistemas e incluso cables codificados por colores.
Por ejemplo, los aparatos que funcionan con corriente continua se marcan con una línea, dos líneas continuas o una línea continua junto con una línea de puntos debajo de cada una. Estas corrientes también están marcadas con las siguientes letras latinas DC. El aislamiento de los cables eléctricos en los sistemas de corriente continua es de color rojo para la corriente positiva y azul o negro para la corriente negativa.
En los aparatos y máquinas eléctricas, la corriente alterna se indica con la abreviatura inglesa AC o por una línea ondulada. En los diagramas y las descripciones de los dispositivos, también se indica con dos líneas: una línea sólida y una línea ondulada debajo de la otra. En la mayoría de los casos, los conductores están marcados de la siguiente manera: la fase en marrón o negro, el neutro en azul y la tierra en verde-amarillo.
Por qué se utiliza más la corriente alterna
Ya hemos hablado más arriba de por qué se utiliza actualmente más la corriente alterna que la continua. Sin embargo, analicemos más detenidamente esta cuestión.
Desde el descubrimiento de la electricidad ha habido un debate sobre qué corriente es mejor utilizar. Existe incluso una "guerra de corrientes", una rivalidad entre Thomas Edison y Nikola Tesla por el uso de un tipo de corriente. La lucha entre los seguidores de estos grandes científicos duró hasta 2007, cuando la ciudad de Nueva York cambió la corriente continua por la alterna.
La razón más importante por la que se utiliza más la corriente alterna es es la capacidad de transmitirla a largas distancias con mínimas pérdidas.. Cuanto mayor sea la distancia entre la fuente de corriente y el consumidor final, mayor será la resistencia de los cables y la pérdida de calor de los cables.
Para obtener la máxima potencia es necesario aumentar el grosor de los cables (y así reducir la resistencia), o para aumentar la tensión.
En los sistemas de CA, es posible aumentar la tensión con un grosor mínimo de cable, lo que reduce el coste de las líneas eléctricas. En el caso de los sistemas de corriente continua, no hay formas asequibles y eficientes de aumentar la tensión, por lo que estas redes requieren un mayor grosor de los conductores o la construcción de un gran número de pequeñas centrales eléctricas. Ambos métodos son caros y aumentan considerablemente el coste de la electricidad en comparación con las redes de corriente alterna.
Con los transformadores eléctricos, la tensión de CA es eficiente (con eficiencias de hasta el 99%.) puede variar en cualquier dirección desde los valores mínimos hasta los máximos, lo que también es una de las ventajas importantes de las redes de CA. El uso de un sistema trifásico de CA aumenta aún más la eficiencia, y la maquinaria, como los motores que funcionan con redes de CA, es mucho más pequeña, más barata y más fácil de mantener que los motores de CC.
De todo lo anterior podemos concluir que el uso de la corriente alterna es beneficioso en las grandes redes y en la transmisión de energía eléctrica a largas distancias, mientras que para el funcionamiento preciso y eficaz de los aparatos electrónicos y para los dispositivos autónomos es aconsejable utilizar la corriente continua.
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