SIFEI Electricidad

7/28/2019 SIFEI Electricidad

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ElectricidadPrincipios de la electricidad

Electricidad

La electricidad es originada por las cargas elctricas, en reposo o enmovimiento, y las

interacciones entre ellas. Cuando varias cargas elctricas estn en reposo relativo se ejercen entre

ellas fuerzas electrostticas. Cuando las cargas elctricas estn en movimiento relativo se ejercen

tambin fuerzas magnticas. Se conocen dos tipos de cargas elctricas: positivas y negativas. Los

tomos que conforman la materia contienen partculas subatmicas positivas (protones),

negativas (electrones) y neutras (neutrones).

Tambin hay partculas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo

que se manifiestan slo en determinadosprocesoscomo los rayos csmicos y las desintegraciones

radiactivas.

Carga elctrica

Enfsica, la carga elctrica es unapropiedadintrnseca de algunas partculas subatmicas (prdida

o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan

las interacciones electromagnticas entre ellas. La materia cargada elctricamente es influida por

los campos electromagnticos siendo, a su vez, generadora de ellos. Lainteraccinentre carga

ycampo elctricoorigina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interaccin

electromagntica.

La carga elctrica es denaturalezadiscreta, fenmeno demostrado experimentalmente por Robert

Millikan. Por razones histricas, a los electrones se les asign carga negativa: -1, tambin

expresada e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga

fraccionaria: 1/3 o 2/3, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.

Corriente elctrica

Lacorriente elctricano es sino el flujo de carga elctrica. En un conductor slido son los

electrones los que transportan la carga por el circuito. Esto se debe a que los electrones pueden

moverse libremente por toda laredatmica. Estos electrones se conocen como "electrones de

conduccin". Los protones, por su parte, estn ligados a los ncleos atmicos, que se encuentran

ms o menos fijos en posiciones determinadas. Pero en los fluidos, el flujo de carga elctrica

puede deberse tanto a los electrones como a iones positivos y negativos.

La corriente elctrica se mide en amperes, cuyo smbolo es A. Un ampere equivale a un flujo de un

coulomb de carga por segundo. (Recuerda que un coulomb, la unidad de carga, es la carga

elctrica de 6.25 millones de billones de electrones.) Por ejemplo, si un cable transporta una
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Circuitos de corriente alterna

Circuito con resistencia

En este tipo de circuito, tanto la intensidad como la tensin se encuentran en fase entre ellas.

Tambin, podemos decir que se cumple la ley de ohm, aunque los valores no son los totales, es

decir, hay que utilizar la tensin y la intensidad eficaz, nunca la de pico. Este es un error frecuente

cuando se efectan clculos con este tipo de circuitos. As que disponemos de la siguiente

ecuacin con los valores de la tensin y la intensidad eficaces:

Asimismo, sabemos que una resistencia tiene un consumo calorfico y, por lo tanto, podemos

calcular la potencia de la resistencia con estas dos frmulas, que vienen a ser lo mismo peroexpresado de diferente manera:

Circuito con bobina


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Si hacemos circular una corriente alterna por una bobina, aparecer un campo magntico. Las

lneas de fuerza generadas en ese campo magntico cortan a los conductores de la bobina, por

tanto, se genera unas f.e.m. que se oponen a la corriente que las ha generado (ley de Lenz).

Ahora bien, segn lo dicho, como la corriente es alterna cuando la funcin senoidal tiende a subir

tambin lo hace el campo magntico y, aparecen las f.e.m. que oponen una resistencia a la

corriente. Esta es la razn, por la cual, la intensidad siempre se desfasa 90 respecto a la tensinen un circuito con una bobina.

Cuando la funcin senoidal de la corriente disminuye, el campo magntico tambin disminuye,

pero se producen otras f.e.m. que oponen resistencia a que desaparezca la corriente, en este

momento, se dice que la bobina descarga sobre el generador el campo magntico generado.

La oposicin que realizan las f.e.m. se denominan reactancia inductiva y es un concepto que se

puede calcular con la siguiente ecuacin:

Donde:

XL: Es la reactancia inductiva expresada en ohmios.

f: Es la frecuencia expresada en hertzios.

L: Es el coeficiente de autoinduccin de la bobina, expresada en henrios.

Si queremos calcular la intensidad, usaremos la siguiente frmula teniendo en cuenta de que,

tanto la tensin como la intensidad, son valores eficaces:

Como ya sabemos, los valtmetros estn para medir las potencias. En el caso de un circuito con

bobina no es posible medir la potencia porque su valor es cero (siempre que la bobina sea pura, es

decir, en la teora). Esto sucede porque con un circuito con bobina pura, no existe ningn consumo


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de energa, pues el campo magntico es devuelto intacto al generador sin haber ocasionado

consumo alguno (en la teora).

An as, circula cierta intensidad por los conductores con las cargas y descargas de la bobina que

genera cierta potencia reactiva variable, cuya ecuacin para poder calcularla es :

Y que se mide en voltiamperios reactivos VAR.

Circuito con condensador

Cuando conectamos un condensador a un generador de corriente alterna, sucede que, mientras se

esta cargando el condensador, la tensin va creciendo, mientras que la intensidad va

disminuyendo. Por este motivo, podemos decir que en un circuito con condensador primero

aparece la intensidad y despus la tensin. Este adelanto de la intensidad respecto a la tensincorresponde a 90.

A la resistencia que hace el condensador a la corriente se le denominareactancia capacitiva (Xc),

cuya frmula para poder calcularla es:

En el caso que deseemos calcular su intensidad o tensin eficaces, usaremos la frmula:

En un condensador la medicin de la potencia con un valtmetro da como resultado 0, lo mismo


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que ocurre con un circuito con bobina. Esto es as porque en los 90 de carga del condensador, el

condensador se carga de energa electrosttica. Una vez se ha cargado el condensador, en los

siguientes 90 el condensador devuelve la energa al generador con su propia descarga.

La potencia generada se encuentra en el intercambio constante de energa entre el condensador y

el generador y, viceversa. As, tenemos una potencia reactiva Qc que se mide, al igual que con el

circuito de la bobina, en voltiamperios reactivos (VAR) y, cuya frmula es:

Corriente directaLa 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.

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
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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.

Fuentes de corriente directa

Tambin son llamadas fuentes de alimentacin, son un dispositivo que convierte latensinalterna

de la red de suministro, en una o varias tensiones, prcticamente continuas, que alimentan los

distintoscircuitosdel aparato electrnico al que se conecta

(ordenador,televisor,impresora,router, etc.).

Circuitos resistivos (serie y paralelo)Los circuitos elctricos son representaciones graficas de elementos conectados entre s para

formar una trayectoria por la cual circula una corriente elctrica, en la que la fuente de energa y

el dispositivo consumidor de energa estn conectados por medio de cables conductores, a travs

de los cuales circula la carga.

El circuito bsico est constituido por:

Un generador, que proporciona la diferencia de potencial. Puede ser una batera para

obtener una tensin continua o un alternador para obtener una alterna.

Un receptor o carga que es todo aparato que consume energa elctrica. Por ejemplo, unabombilla, un horno, un televisor, una lavadora, o cualquier otro aparato que se alimente con

electricidad.

Un conductor que une elctricamente los distintos elementos del circuito. Suele ser cable de

cobre o de aluminio.

Un interruptor como elemento de control para permitir o cortar el paso a la corriente.

Circuitos

Circuitos en Serie

Se define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente elctrica solo tiene un solo

camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. El voltaje total del

circuito, es decir, el que proporciona la fuente de poder, ser igual a la sumatoria de todos los

voltajes individuales de los elementos que componen el circuito. La resistencia equivalente en un

circuito elctrico en serie es la sumatoria de los valores de cada una de las resistencias que lo

integran.
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Corriente Total (IT) : I entrada = I salida Voltaje

Total (VT) : es el voltaje de la fuente (Vf)

V f = VR1 + VR2

V f = (IT R1) + (IT R2)

Resistencia Equivalente ( Req ) : Req = R1 + R2

Para mejor explicacin y algunos ejemplos de circuito y como resolverlos.

Circuito en Paralelo

Se define un circuito paralelo como aquel circuito en el que la corriente elctrica se separa en cada

nodo. El voltaje en un circuito en paralelo es el mismo en todos sus elementos. La corriente

elctrica total del circuito ser igual a la sumatoria de todas las corrientes individuales de los

elementos que lo componen. La equivalencia de un circuito en paralelo es igual al inverso de la

suma algbrica de los inversos de las resistencias que lo integran, y su valor siempre ser menor

que cualquiera de las resistencias existentes en el circuito.

Voltaje Total (VT): es el Voltaje de la fuente (Vf) Corriente Total (IT):
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IT = I1 + I2

IT = ( Vf / R1) + ( Vf / R2 )

Resistencia Equivalente (R):

1/Req = (1/R1) + (1/R2) Req = (1 / R1 ) + ( 1 / R2 )

Cuando nicamente existen dos tipos de resistencia, se puede emplear la siguiente frmula para

calcular la resistencia equivalente:

Req = (R1) (R2) / R1 + R2Para mejor explicacin y algunos ejemplos de circuito y como resolverlos.

Los circuitos elctricos son representaciones grficas de elementos conectados entre s para

formar una trayectoria, por la cual circula una corriente elctrica, en la que la fuente de energa y

el dispositivo consumidor de energa estn conectados por medio de cables conductores, a travs

de los cuales circula la carga. La representacin grfica de las resistencias representadas en los

circuitos ser:

Circuito en serie

La corriente elctrica en un circuito elctrico en serie de la misma en todos sus elementos. Por

otra parte, el voltaje total del circuito, es decir, el que proporciona la fuente de poder, ser igual ala sumatoria de todos los voltajes individuales de los elementos que componen el circuito, De

manera similar, la resistencia equivalente en un circuito elctrico en serie es la sumatoria de los

valores de cada una de las resistencias que lo integran.

Corriente Total (IT): Ientrada = Isalida

Voltaje Total (VT): Es el voltaje de la fuente (Vf)

Vf = Vr1 + Vr2
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instantneos en la corriente. Siempre se desprecia la autoinductancia en el resto del circuito

puesto que se considera mucho menor a la del inductor.

Para un tiempo igual a cero, la corriente comenzar a crecer y el inductor producir igualmente

una fuerza electromotriz en sentido contrario, lo cual har que la corriente no aumente. A esto se

le conoce como fuerza contraelectromotriz.

Esta fem est dada por: V = -L (inductancia) dI/dt

Debido a que la corriente aumentar con el tiempo, el cambio ser positivo (dI/dt) y la tensin

ser negativa al haber una cada de la misma en el inductor.

Segn kirchhoff: V = (IR) + [L (dI / dt)]

IR = Cada de voltaje a travs de la resistencia.

Esta es una ecuacin diferencial y se puede hacer la sustitucin:

x = (V/R) I es decir; dx = -dI

Sustituyendo en la ecuacin: x + [(L/R)(dx/dt)] = 0

dx/x = - (R/L) dt

Integrando: ln (x/xo) = -(R/L) t

Despejando x: x = xo eRt / L

Debido a que xo = V/R

El tiempo es cero

Y corriente cero V/R I = V/R eRt / L

I = (V/R) (1 - eRt / L)

El tiempo del circuito est representado por t = L/R

I = (V/R) (1 e 1/t)

Donde para un tiempo infinito, I = V/R. Y se puede considerar entonces el cambio de la corriente

en el tiempo como cero.

Para verificar la ecuacin que implica a t y a I, se deriva una vez y se reemplaza en la inicial: dI/dt =

V/L e 1/t

Se sustituye: V = (IR) + [L (dI / dt)]

V = [ (V/R) (1 e 1/t)R + (L V/ L e 1/t)]


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V V e 1/t = V V e 1/t

Circuitos serie paralelo RC

Los circuitos RC son circuitos que estn compuestos por una resistencia y un condensador.

Se caracteriza por que la corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es igual a cero, el

condensador est descargado, en el momento que empieza a correr el tiempo, el condensador

comienza a cargarse ya que hay una corriente en el circuito. Debido al espacio entre las placas del

condensador, en el circuito no circula corriente, es por eso que se utiliza una resistencia.

Cuando el condensador se carga completamente, la corriente en el circuito es igual a cero.

La segunda regla de Kirchoff dice: V = (IR) - (q/C)

Donde q/C es la diferencia de potencial en el condensador.

En un tiempo igual a cero, la corriente ser: I = V/R cuando el condensador no se ha cargado.

Cuando el condensador se ha cargado completamente, la

corriente es cero y la carga ser igual a: Q = CV

La figura ilustra un ejemplo de un circuito resistor-capacitor, o circuito RC

3. Carga de un capacitor

Si cargamos al capacitor de la figura siguiente al poner el interruptor Sen la posicin a. Que

corriente se crea en el circuito cerrado resultante?, aplicando el principio de conservacin de

energa tenemos:


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En el tiempo dt una carga dq (=i dt) pasa a travs de cualquier seccin transversal del circuito. El

trabajo ( = dq) efectuado por la fem debe ser igual a la energa interna ( i2 Rdt) producida en el

resistor durante el tiempo dt, mas el incremento dU en la cantidad de energa U (=q2/2C) que esta

almacenada en el capacitor. La conservacin de la energa da:

dq = i2 Rdt + q2/2C

dq = i2 Rdt + q/c dq

Al dividir entre dt se tiene:

dq / dt = i2 Rdt + q/c dq/dt

Puesto que q es la carga en la placa superior, la i positiva significa dq/dt positiva. Con i = dq/dt,

esta ecuacin se convierte en:

= i Rdt + q/c

La ecuacin se deduce tambien del teorema del circuito cerrado, comodebe ser puesto que el

teorema del circuito cerrado se obtuvo a partir del principio de conservacin de energa .

Comenzando desde el punto xy rodeando al circuito en el sentido de las manecillas del reloj,

experimenta un aumento en potencial, al pasar por la fuentge fem y una disminucin al pasar porel resistor y el capacitor , o sea :

-i R - q/c = 0

La cual es idntica a la ecuacin = i Rdt + q/c sustituimos primero por i por dq/dt, lo cual da:

= R dq / dt + q/c

Podemos reescribir esta ecuacin as:

dq / q - C = - dt / RC

Si se integra este resultado para el caso en que q = 0 en t= 0, obtenemos: (despejando q),

q= C ( 1 e-t/RC)

Se puede comprobar que esta funcin q (t) es realmente una solucin de la ecuacin

= R dq / dt + q/c , sustituyendol en dicha ecuacin y viendo si reobtiene una identidad. Al derivar

la ecuacin q= C ( 1 e-t/RC) con respecto al tiempo da:


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i = dq = e-t/RC

dt R

En las ecuaciones q= C ( 1 e-t/RC) y i = dq = e-t/RC la cantidad RC tiene

dt R

las dimensiones de tiempo porque el exponente debe ser adimensional y se llama

constantecapacitiva de tiempo C del circuito

C = RC

Es el tiempio en que ha aumentado la carga en el capacitor en un factor 1- e-1 (~63%) de su valor

final C , Para demostrar esto ponemos t = C = RC en la ecuacin q= C ( 1 e-t/RC) para

obtener:

q= C ( 1 e-1) = 0.63 C

Grafica para el circuito

Corriente i y carga del capacitor q. La corriente inicial es Io y la carga inicial en el capacitor es cero.

La corriente se aproxima asintticamente a cero y la carga del capacitor tiende asintticamente a

su valor final Qf.

Grafica para los valores = 10v, R= 2000 y C= 1 F

Esta figura en la parte a muestra que si un circuito se incluye una resistencia junto con un

capacitor que esta siendo cargado, el aumento de carga en el capacitor hacia su valor lmite se


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retrasa durante su tiempo caracterizado por la constante de tiempo RC. Si un resistor presente

(RC=0), la carga llegara inmediatamente hacia su valor limite.

Tambien en la parte a como se indica por la diferencia de potencial Vc, la carga aumente con el

tiempo durante el proceso de carga y Vc tienede la valor de la fem .

El tiempo se mide en el momento en que el interruptores conecta en a para t= 0.

En la parte b de la figura La diferencia de potencial en el resistor disminuye con el tiempo,

tendiendo a 0 en tiempos posteriores poruqe la corriente cae a cero una vez que el capacitor esta

totalmente cargado. Las curvas esta dibujadas para el caso =

10v, R= 2000 y C= 1 F. Los triangulos negros representan las constantes de tiempos sucesivas.

DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Debido a que la diferencia de potencial en el condensador es IR = q/C, la razn de cambio de carga

en el condensador determinar la corriente en el circuito, por lo tanto, la ecuacin que resulte dela relacin entre el cambio de la cantidad de carga dependiendo del cambio en el tiempo y la

corriente en el circuito, estar dada remplazando I = dq/dt en la ecuacin de diferencia de

potencial en el condensador:

q = Q e-t/RC

Donde Q es la carga mxima

La corriente en funcin del tiempo entonces, resultar al derivar esta ecuacin respecto al tiempo:

I = Q/(RC) e-t/RC

Se puede concluir entonces, que la corriente y la carga decaen de forma exponencial.

Conclusiones

Los capacitores tienen muchas aplicaciones que utilizan su capacidad de almacenar carga y energa

El acto de cargar o descargar un capacitor, se puede encontrar una situacin en que las corrientes,

voltajes y potencias si cambian con el tiempo.

Cuando es pequea, el capacitor se carga rpidamente; cuando es mas grande, la carga lleva mas

tiempo.

Si la resistencia es pequea,es mas facil que fluya corriente y el capacitor se carga en menor

tiempo.

Cuando se carga un capacitor ,la corriente se aproxima asintticamente a cero y la carga del

capacitor tiende asintticamente a su valor final Qf y el aumento de carga en el capacitor hacia su


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valor lmite se retrasa durante su tiempo caracterizado por la constante de tiempo RC. Si un

resistor presente (RC=0), la carga llegara inmediatamente hacia su valor limite.

Cuando se descarga un capacitor.la corriente Io y la carga inicial Qo: tanto i como q se acercan

asintticamente a cero.La carga en el capacitor vara con el tiempo de acuerdo con la ecuacin q(t)

= Qe-t/RC.

la cada de potencial a traves de la resistencia, IR, debe ser igual a la diferencia de potencial a

travs del capacitor, q / C entonce IR = q/c .

Cuando el interruptor est abierto, existe una diferencia de potencial Q / C a travs del capacitor y

una diferencia de potencial cero a traves de la resistencia ya que I = 0. Si el interruptor se cierra al

tiempo t = 0, el capacitor comienza a descargarse a traves de la reisistencia.

Circuitos serie paralelo LRC

Debemos considerar ahora aquellos circuitos RCL en los que se introducen fuentes de c c que

producen respuestas forzadas, las cuales no se desvanecen cuando el tiempo se hace infinito. Lasolucin general se obtiene por el mismo procedimiento seguido para los circuitos RL y RC: la

respuesta forzada se determina completamente, la respuesta natural se obtiene en una forma

funcional adecuada que contiene el nmero apropiado de constantes arbitrarias, la repuesta

completa se escribe como suma de las repuestas forzada y natural y por ltimo se determina y

aplican las condiciones iniciales a las respuesta completa para hallar los valores de las constantes.

En consecuencia, aunque bsicamente la determinacin de las condiciones para un circuito que

contenga fuentes de c c no es diferente para los circuitos. La repuesta completa de un sistema

de segundo orden, consta de una repuesta forzada, que para una exitacin de c c es constante,

vf (t) = vf

Y una repuesta natural: vn(t) = Aes1t + Bes 2t .

Por tanto,

v(f)= vf + Aes1t + Bes 2t

Supondremos ahora que ya ha sido determinadas s1, s2 y vf a partir del circuito, quedan por hallar

A y B la ltima ecuacin muestra la interdependencia funcional de A, B, v y t , y la sustitucin del

valor conocidode v para t = 0+ proporciona por tanto, una , nosecuacin que relacione Ay B. Es

necesario otra relacin entre A y B y sta se obtiene normalmente tomando la derivada de la

respuesta e introduciendo en ella el valor conocido de dv/dt para t = 0+.

dv/dt = 0 + s1Aes1t + s2Bes 2t

Resta determinar los valores de v y dv/ dt para t = 0+, como ic = C dvc / dt, debemos reconocer la

relacin entre valor inicial de dv/dt y el valor inicial de la corriente de algn condensador.


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El objetivo es hallar el valor de cada una de las corrientes y tensiones tanto t=0- como para t=0+;

conociendo estas cantidades los valores la derivadas requeridas pueden calcular fcilmente.

La corriente constante que pasa por la bobina exige una tensin cero a travs de ella, vL(0 -) = 0.

Y una tensin constante a travs del condensador exige que pase por el una corriente cero, iC(0 -)

=0.

CIRCUITO RCL EN PARALELO SIN FUENTES

La combinacin particular de elementos ideales es un modelo adecuado para varias partes de

comunicacin, por ejemplo, representa una parte importante de algunos de los amplificadores

electrnicos que se encuentran en cualquier receptor de radio, haciendo posible que una gran

amplificacin de tensin dentro de una gran banda estrecha de frecuencias de la seal y una

amplificacin casi cero fuera de la banda.

En consecuencia basta decir que la compresin del comportamiento natural del circuito RCL en

paralelo es de fundamental importancia para estudios de redes de comunicacin y diseo de

filtros.

Si una bobina fsica se conecta en paralelo con un condensador y la bobina tiene asociada con ella

a la resistencia hmica no nula, puede mostrarse que la red resultante tiene un modelo de circuito

equivalente, tal como se muestra en la figura.

Las prdidas de energa en la bobina fsica se tiene en cuenta mediante la presencia de la

resistencia ideal, cuyo valor R depende de (pero, no es igual a) la resistencia hmica de la bobina.

Se puede escribir la ecuacin con el circuito de referencia :

t

v + 1 v dt i(t0) + C dv = 0

R L to dt

Obsrvese que el signo menos es consecuencia de la direccin que se a supuesto para i .

v = Aest permitiendo que A y s sean nmeros complejos si es necesario.

Si cualquiera de los dos primeros factores se iguala a cero, entonces v(t) = 0. Sumando las

ecuaciones diferenciales y agrupando trminos semejantes:

C d2 (v1 + v2) + 1 d(v1 + v2) + 1 (v1 + v2) = 0

dt2 R dt L

Se ve que la suma de las dos soluciones tambin es una solucin, as tenemos la forma de la

repuesta natural.


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v = A1es1 t + A2es2t

En donde s1 y s2 son dos constantes arbitraria, ya que lo exponentes s1t y s2t deben ser

adimensionales .

Las unidades de este tipo se llaman frecuencias, representemos 1/ LC por 0 (omega).

0 = 1/ LC

Llamaremos 1/ 2RC frecuencia neperina o coeficiente de amortiguamiento exponencial y lo

representamos por (alfa).

= 1/ 2RC

esta ltima expresin descriptiva se utiliza porque es una medida de la rapidez con que la

repuesta natural decae o se amortigua hasta encontrar un valor final permanente (cero

generalmente).Por ltimo s, s1 y s2, reciben el nombre de frecuencias complejas, la repuesta

natural del circuito RCL en paralelo es:

v(t) = A1es1 t + A2es2t

CIRCUITO RCL EN PARALELO SUPERAMORTIGUADO

Es evidente que si LC > 4R2 C 2, ser mayor que 0 y 2 ser mayor que 02. En este caso, el

radical que nos interesa ser real y tanto s1 como s2 sern reales . Adems las siguientes

desigualdades,

2 - 02 <

(- - 2 - 02 ) < (- + 2 - 02 ) < 0

se puede aplicar para mostrar que tanto s1 como s2 son nmeros reales negativos. Por tanto la

respuesta v(t) puede expresarse como la suma de dos trminos exponenciales decrecientes

acercndose los dos a cero cuando el tiempo aumenta sin lmite. En realidad como el valor

absoluto de s2 es mayor que el de s1, el trmino que contiene a s2 tiene un decrecimiento ms

rpido y para valores grandes del tiempo, podemos escribir la expresin lmite.

V(t) A1es1 t 0 cuando t

Resonancia en serie paralelo

La resonancia es una condicin definida especficamente para un circuito que contiene elementos

R, L y C. Para exponerlo se hace una comparacin grfica de la magnitud y el ngulo de cierta

funcin compleja respecto a la frecuencia f(Hz) o frecuencia angular w(rad/s).

RESONANCIA EN SERIE. (Circuito serie RLC):


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Se dice que el circuito est en resonancia en serie (o resonancia de baja impedancia) cuando es

real ( y por lo tanto, es un mnimo), esto es, cuando

La siguiente figura muestra la frecuencia de respuesta. La reactancia capacitiva, inversamente

proporcional a w, es ms alta a frecuencias bajas, en tanto que la reactancia inductiva,

directamente proporcional a w, es mayor a las frecuencias altas. En consecuencia, la reactancianeta a frecuencias debajo de wo, el circuito aparece como inductivo, y el ngulo en es positivo.

La frecuencia de respuesta (solamente magnitud) se presenta en la siguiente figura; la curva es

precisamente la recproca de la figura anterior (a). La cada ocurre tanto abajo como arriba de la

frecuencia en resonancia en serie Wo. Los puntos donde la respuesta es 0.707 y los puntos de

potencia media estn a las frecuencias wl y wh. El ancho de banda es el ancho entre esas dos

frecuencias:

Para el circuito RLC en serie en resonancia puede definirse un factor de calidad, . Las potencias de

frecuencia media pueden expresarse en trminos de los elementos del circuito o en trminos de

wo y Qo de la siguiente manera

La substraccin de las expresiones da:

lo cual muestra que mientras ms alta sea la calidad, ms estrecho ser el ancho de la banda.

RESONANCIA EN PARALELO.(CIRCUITO RLC):

La red estar en resonancia en paralelo (por resonancia en alta impedancia) cuando , y en

consecuencia , es real (y as es mnima y es mxima); esto es, cuando

El smbolo wa se usa ahora para denotar la cantidad y distinguir la resonancia de una resonancia a

baja impedancia. Las redes complejas en serie y paralelo pueden tener varias impedancias

resonantes a altas frecuencias wa y varias impedancias resonantes a bajas frecuencias wo.

La impedancia normalizada de entrada

Las frecuencia de potencia media wl y wh estn indicadas en la grfica.

En forma anloga a la resonancia en serie, el ancho de banda esta dado por

donde Qa es el factor de calidad del circuito paralelo a w=wa, tienen las expresiones equivalentes.

Circuitos de filtro y acoplamiento de impedanciaTradicionalmente, la adaptacin de impedancia ha sido considerada como una operacin difcil y

delicada, temida siempre por la mayora de los profesionales de la electrnica, sobre todo cuando

se trata de abarcar una banda ancha.

Sin embargo, ste es un aspecto es muy importante, ya que de esta adaptacin depende la

optimizacin de los emisores y receptores, influyendo, por tanto, en la calidad del enlace.


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Los primeros trabajos relativos a la adaptacin de impedancia datan, como la mayora de los

trabajos tericos, de los aos 1950-1960.

Desde entonces, varias han sido las vas de investigacin que se han abierto, y que han dado lugar

a su vez a otras tantas soluciones para resolver el problema en cuestin. Actualmente, no es

posible sacar conclusiones acerca de la eficacia o exactitud de uno u otro de estos mtodos deforma que se pueda determinar cul es el mejor. Recientes y abundantes estudios demuestran

que an no se ha dicho todo acerca de la adaptacin en banda ancha. No obstante, cualquiera que

sea el procedimiento que se adopte, los resultados numricos son parecidos. En general, se trata

de determinar los valores de tres o cuatro componentes pasivos, bobinas o capacidades.

El proceso es largo y tedioso, aunque se disponga de n ecuaciones con 12 incgnitas. Por ello, esta

situacin se presta a una estimacin rpida de los componentes, para los cuales se puede

simplificar el clculo. La solucin final se obtiene mediante una serie de pruebas prcticas

complementarias. Los avances tecnolgicos de los aos 90, aplicados a los ordenadores, han

permitido el desarrollar algoritmos de optimizacin que alivian en parte el trabajo de los

diseadores.

Esta parte est dedicada a la adaptacin de impedancia por medio del mtodo llamado de

impedancias conjugadas y del clculo del coeficiente de sobretensin del circuito con carga.

Motores de corriente continua y su clasificacin


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Fuerza contra electromotriz

En un motor elctrico, un momento de torsin magntico provoca que una espira, por la cual fluye

corriente, gire en un campo magntico constante. Como ya se ha mencionado en publicaciones

anteriores que una bobina gira en un campo magntico induce una fem que se opone a la causa

que lo origina. Por lo tanto, cualquier motor es al mismo tiempo un generador. De acuerdo a lo

citado en la ley de Lenz, tenemos que la fem inducida en un motor; se le llama fuerza

contraelectromotiz (E b).

Un motor tiene una armadura giratoria dentro de un campo magntico, y la fuerza inducida es la

contraelectromotriz, porque su polaridad es opuesta a la del voltaje en la lnea y tiende a reducir la

corriente en las bobinas de la armadura.

Si V es el voltaje en lnea, el voltaje neto que impulsa al motor es menor que V, ya que el voltaje

en lnea y la fuerza contraelectromotriz tienen polaridad opuesta.

El voltaje neto es entonces: V neto = V-E b.

Voltaje neto= voltaje aplicado voltaje inducido.


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Para un motor con resistencia interna de armadura R, la corriente que toma mientras est

trabajando es:

I= V neto /R = V- E b. / R.

E b= v IR (Fuerza contraelectromotriz en un motro).

Cuando la armadura est girando, se registra una corriente baja. La fuerza contraelectromotriz

reduce el voltaje efectivo, si se detiene el funcionamiento del motor haciendo que la armadura

permanezca estacionaria, la fuerza contraelectromotriz disminuye hasta cero.

Figura: demostracin de la existencia de una fuerza contraelectromotriz en un motor de cd. Parar

el motor reduce la fuerza contraelectromotriz a cero y esto aumenta la corriente del circuito.

Por ejemplo:

En un motor se presenta a un mismo tiempo los dos efectos: generador y de motor, es decir para

hacer girar el motor aplicamos una fuerza electromotriz entre sus terminales la rotacin del motor

hace que se induzca una fuerza electromotriz que acta en sentido contrario a la fuerza

electromotriz de oposicin, producida por la rotacin denominada fuerza contraelectromotriz ,

aumenta proporcionalmente la velocidad hasta que su valor se aproxima al de la fem aplicada. En

ese momento el motor alcanza automticamente su velocidad normal de funcionamiento.

Si aplicamos mas carga al motor esta comenzar a disminuir lentamente la velocidad reduciendo

en la misma proporcin la fuerza contraelectromitriz, lo que aumenta la intensidad de la corriente

que circula dentro del motor hasta alcanzar la intensidad suficiente para mantener el motor en

rotacin sin disminuir ms la velocidad.


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MagnetismoEl magnetismo es un fenmeno fsico por el que los objetos ejercen fuerzas de atraccin o

repulsin sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado

propiedades magnticas detectables fcilmente como el nquel, hierro, cobalto y sus aleaciones

que comnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o

menor forma, por la presencia de un campo magntico.

El magnetismo tambin tiene otras manifestaciones en fsica, particularmente como uno de los

dos componentes de la radiacin electromagntica, como por ejemplo, la luz.

Campos magnticos

Un campo magntico es una descripcin matemtica de la influencia magntica de las corrientes

elctricas y de los materiales magnticos. El campo magntico en cualquier punto est

especificado por dos valores, la direccin y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial.

Especficamente, el campo magntico es un vector axial, como lo son los momentos mecnicos y

los campos rotacionales. El campo magntico es ms comnmente definido en trminos de lafuerza de Lorentz ejercida en cargas elctricas. Campo magntico puede referirse a dos separadas

pero muy relacionados smbolos B y H.

Los campos magnticos son producidos por cualquier carga elctrica en movimiento y el momento

magntico intrnseco de las partculas elementales asociadas con una propiedad cuntica

fundamental, su espin. En la relatividad especial, campos elctricos y magnticos son dos aspectos

interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagntico. Las fuerzas magnticas dan

informacin sobre la carga que lleva un material a travs del efecto Hall. La interaccin de los

campos magnticos en dispositivos elctricos tales como transformadores es estudiada en la

disciplina de circuitos magnticos.

Naturaleza del magnetismo

Desde la antigedad se sabe que ciertos minerales de hierro ( magnetita ) poseen la propiedad,

denominada magnetismo, de atraer otros metales como el hierro, el acero, el cobalto y el nquel.

Se dice que tales minerales estn imantados.

La magnetita es un imn natural. Los imanes construidos por el hombre se llaman imanes

artificiales.

En principio se crey que los fenmenos magnticos no tenan relacin con los fenmenos

elctricos. Sin embargo, a comienzos del siglo XIX, el fsico dans Hans Christian Oersted (1777-

1851) observ que un conductor por el que circula una corriente ejerce una fuerza sobre un imn

colocado en sus proximidades. Experimentos subsiguientes realizados por Andre Marie Ampre y

otros fsicos demostraron que las corrientes elctricas atraen trocitos o limaduras de Hierro y que

corrientes paralelas se atraen entre s.

Ampre propuso la teora de que las corrientes elctricas son las fuentes de todos los fenmenos

magnticos. El modelo de Ampere es la base de la teora moderna del magnetismo.


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Posteriormente fueron estudiadas otras conexiones que existen entre el magnetismo y la

electricidad realizada por Michael Faraday y Joseph Henry, que demostraron que un campo

magntico variable produce un campo elctrico no conservativo y mediante la teora de Maxwell

que demostr que un campo elctrico variable produce un campo magntico.

En la actualidad, se sabe que cualquier fenmeno de atraccin o repulsin magntica no es otracosa que una fuerza de accin a distancia ejercida por una carga en movimiento sobre otra carga

que tambin se encuentra en movimiento. Por ello, una corriente elctrica al ser una carga en

movimiento, ejerce una accin magntica sobre cualquier otra carga en movimiento.

Para explicar el comportamiento magntico de los imanes, se considera que los electrones son

cargas elctricas en movimiento, es lgico esperar que cada uno de ellos por separado sea capaz

de producir fenmenos magnticos. En la mayor parte de las sustancias no se manifiestan, ya que,

por estar los tomos orientados aleatoriamente, las acciones de sus electrones se anulan entre s.

Sin embargo en los materiales magnticos, los tomos poseen una orientacin tal que las acciones

de sus electrones se suman unas a otras, presentndose la posibilidad de manifestarse

magnticamente.

Materiales magnticos

Tipo de material Caractersticas

No magnticoNo afecta el paso de las lneas de campo magntico.

Ejemplo: elvaco.

Diamagntico

Material dbilmente magntico. Si se sita una barra magntica cerca de l,

sta lo repele.

Ejemplo:bismuto(Bi),plata(Ag),plomo(Pb),agua.

Paramagntico Presenta un magnetismo significativo. Atrado por la barra magntica.

Ejemplo:aire,aluminio(Al),paladio(Pd),magneto molecular.

Ferromagntico

Magntico por excelencia o fuertemente magntico. Atrado por la barra

magntica.

Paramagntico por encima de latemperatura de Curie

(Latemperaturade Curie del hierro metlico es aproximadamente unos 770 C).

Ejemplo:hierro(Fe),cobalto(Co),nquel(Ni),acerosuave.
http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Diamagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diamagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bismutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bismutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bismutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Platahttp://es.wikipedia.org/wiki/Platahttp://es.wikipedia.org/wiki/Platahttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Paramagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Paramagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Airehttp://es.wikipedia.org/wiki/Airehttp://es.wikipedia.org/wiki/Airehttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Paladiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Paladiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Paladiohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magneto_molecular&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magneto_molecular&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magneto_molecular&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_Curiehttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_Curiehttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_Curiehttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobaltohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobaltohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobaltohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobaltohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_Curiehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magneto_molecular&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Paladiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Airehttp://es.wikipedia.org/wiki/Paramagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Platahttp://es.wikipedia.org/wiki/Bismutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diamagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)


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Antiferromagntico No magntico an bajo accin de un campo magntico inducido.

Ejemplo:xido de manganeso(MnO2).

Ferrimagntico Menor grado magntico que los materiales ferromagnticos.Ejemplo:ferrita de hierro.

Superparamagntico Materiales ferromagnticos suspendidos en unamatriz dielctrica.

Ejemplo: materiales utilizados en cintas de audio y video.

Ferritas

Ferromagntico de bajaconductividad elctrica.

Ejemplo: utilizado como ncleo inductores para aplicaciones de corriente

alterna.

Polaridades magnticas

La polaridad magntica de los tomos se basa principalmente en el espn de los electrones y se

debe slo en parte a sus movimientos orbitales alrededor del ncleo.

Adems, los campos magnticos de todas las partculas deben ser causados por cargas en

movimiento y tales modelos nos ayudan a describir los fenmenos .Los tomos en un material

magntico estn agrupados en microscpicas regiones magnticas a las cuales se aplica la

denominacin de dominios. Se piensa que todos los tomos dentro de un dominio estnpolarizados magnticamente alo largo de un eje cristalino. En un material no magnetizado, estos

dominios se orientan en direcciones al azahar Se usa un punto para indicar que una flecha est

dirigida hacia afuera del plano, y una cruz indica una direccin hacia adentro del plano. Si un gran

nmero de dominios se orientan en la misma direccin el material mostrar fuertes propiedades

magnticas.
http://es.wikipedia.org/wiki/Antiferromagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Antiferromagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_manganesohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_manganesohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_manganesohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferrimagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferrimagnetismohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferrita_de_hierro&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferrita_de_hierro&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferrita_de_hierro&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Superparamagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Superparamagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferritashttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferritashttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferritashttp://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Superparamagnetismohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferrita_de_hierro&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Ferrimagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_manganesohttp://es.wikipedia.org/wiki/Antiferromagnetismo


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Ley de cargas

La Ley de cargas enuncia que las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente

signo se atraen; es decir que las fuerzas electrostticas entre cargas de igual signo (por ejemplo

dos cargas positivas) son de repulsin, mientras que las fuerzas electrostticas entre cargas designos opuestos (una carga positiva y otra negativa), son de atraccin.

El atomo esta constituido por protones con carga positiva (+), electrones con carga negativa (-) y

neutrones, unidos por la fuerza atomica.

La fuerza que ejercen las respectivas cargas de protones y electrones se representan grficamente

con lineas de fuerza electrostatica.

Induccin electromagntica

La induccin electromagntica es el fenmeno que origina la produccin de una fuerza

electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magntico variable, o

bien en un medio mvil respecto a un campo magntico esttico. Es as que, cuando dicho cuerpo

es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenmeno fue descubierto por Michael

Faraday quin lo expres indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a lavariacin del flujo magntico (Ley de Faraday).

El descubrimiento de Oersted segn el cual las cargas elctricas en movimiento interaccionan con

los imanes y el descubrimiento posterior de que los campos magnticos ejercen fuerzas sobre

corrientes elctricas, no solo mostraba la reaccin entre dos fenmenos fsicos hasta entonces

independientes, sino tambin porque podra ser un camino para producir corrientes elctricas de

un modo mas barato que con la pila de volta.Faraday fue el que obtuvo primeros resultados

positivos en la produccin de corrientes elctricas mediante campos magnticos.

Leyes de Faraday y de Lenz: Faraday descubri que cuando un conductor es atravesado por un

flujo magntico variable, se genera en el una fuerza electromotriz inducida que da lugar a una

corriente elctrica.

El sistema que generaba la corriente (el imn en nuestra experiencia) se llama inductor y el

circuito donde se crea la corriente, inducido (la bobina en nuestro caso).
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cargas_electricas.png


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Este fenmeno de induccin electromagntica se rige por dos leyes, una de tipo cuantitativo

conocida con el nombre de ley de Faraday y otra de tipo cualitativo o ley de Lenz.

El sentido de la fuerza electromotriz inducida es tal que la corriente que crea tiende mediante sus

acciones electromagnticas, a oponerse a la causa que la produce.

Ley de Faraday: Faraday observo que la intensidad de la corriente inducida es mayor cuanto ms

rpidamente cambie el nmero de lneas de fuerza que atraviesan el circuito. (En nuestro caso

cuanto mayor es la velocidad del imn o de la bobina, mayor es la intensidad de la corriente se

crea en esta ultima) Este hecho experimental esta reflejado en la ley que se enuncia: La fuerza

electromotriz e inducida en un circuito es directamente proporcional a la velocidad con que

cambia el flujo que atraviesa el circuito.

INDUCCIN ELECTROMAGNETICA

Qu es campo magnatico?

Se puede definir el campo magntico como la regin del espacio donde se manifiestan acciones

sobre las agujas magnticas.

Una carga en movimiento crea en el espacio que lo rodea, un campo magntico que actuara sobre

otra carga tambin mvil, y ejercer sobre esta ultima una fuerza magntica.

Campo de fuerzas magnticas:

Las limaduras y alfileres de hierro, dejados sobre una mesa, se mueven cuando se les acerca un

imn. Si dicho imn se acerca a una brjula, la aguja se desva estas y otras ms demuestran que el

espacio alrededor del imn adquiere propiedades especiales, ya que el imn es capaz de ejercer

fuerzas en su entorno, es decir, el imn crea un campo de fuerzas. Segn esto, en el campo

gravitatorio la fuerza se manifiesta sobre una masa, y en el campo elctrico sobre una carga

elctrica. En el campo magntico no se dice sobre un polo magntico, sino sobre una aguja

magntica o limaduras que siempre poseen dos polos. Esto es debido a que si se parte una aguja

magntica o cualquier otro imn por su lnea neutra, se comprueba que cada una de las partes se

comporta como un nuevo imn.

Si se siguen subdividiendo los nuevos imanes, todos los fragmentados obtenidos actan como un

imn, con sus polos norte y sur bien diferenciados. Es decir en un imn no es posible separar dos

polos magnticos. Se puede definir el campo magntico como la regin del espacio donde se

manifiestan acciones sobre las agujas magnticas.

La induccin electromagntica es la produccin de corrientes elctricas por campos magnticos

variables con el tiempo. El descubrimiento por Faraday y Henry de este fenmeno introdujo una

cierta simetra en el mundo del electromagnetismo. Maxwell consigui reunir en una sola teora

los conocimientos bsicos sobre la electricidad y el magnetismo. Su teora electromagntica


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predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la existencia de ondas electromagnticas.

Hertz comprob su existencia e inici para la humanidad la era de las telecomunicaciones.

Campo magntico y corriente elctrica

Desde mucho tiempo atrs se notaba que la brjula de un barco cambiaba de direccin cuando los

rayos en una tormenta caan cerca de este. Sin embargo, fue a principios del Siglo XIX cuando seempez a investigar la influencia de la electricidad sobre una aguja magntica.

BRJULAS

En su forma ms sencilla este tipo de brjula est formado

por una aguja magnetizada montada en un pivote situado en

el centro de un crculo graduado fijo (denominado rosa de

los vientos) de modo que la aguja pueda oscilar libremente

en el plano horizontal. El comps nutico, una brjula

magntica utilizada en la navegacin, tiene varios haces de

agujas magnetizadas paralelas fijados a la parte inferior de larosa que pivota sobre su centro en un recipiente de bronce

cubierto de vidrio. El recipiente est montado en un

balancn, por lo que la rosa mantiene una posicin

horizontal a pesar del balanceo y cabeceo del barco.

IMANES

El imn natural o magnetitaes un material ferromagntico de las llamadas ferritas u

xidos ferromagnticos Fe3O4 que son materiales con muchas aplicaciones industriales.

Caractersticas de los imanes:

1) Un imn atrae ciertos materiales, por ejemplo piezas de hierro. Las fuerzas magnticas se

ejercen a distancia, sin contacto, en vaco o a travs de materiales no magnticos (cobre,

aluminio, plomo, vidrio, ladrillo, madera, plstico etc.)

2) Un imn tiene regiones denominadas polos magnticos, donde la fuerza que ejerce es

mayor. Hay solo 2 polos magnticos (Norte y Sur) y estos nunca pueden aislarse.

3) Entre dos imanes cualesquiera, no solo hay fuerzas atractivas, tambin hay fuerzas

repulsivas. Si se acerca un imn a otro, se observa que los polos del mismo tipo se repelen,

mientras que dos polos de distinto tipo se atraen. Estos se cumple aunque los imanes seande diferente tamao o forma.

4) Si acercamos piezas de hierro a un imn, sobre estas se inducen polos magnticos en el

mismo sentido que los polos del imn. Estas piezas pueden conservar durante largo

tiempo algo de la magnetizacin inducida, como si fuesen imanes. Se los denomina imanes

temporales.


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5) Un imn puede perder su capacidad de atraccin y repulsin magntica si se lo calienta

y/o golpea. Cuando no tiene ningn polo magntico, se dice que esta desmagnetizado.

6) Un imn genera a su alrededor un Campo Magntico. Este es un campo vectorial, lo que

significa que a cada punto alrededor del imn, le corresponde un vector campo magntico.

CAMPO MAGNTICO

El campo magntico puede ser representado por Lneas de Campo, como vimos en campo

elctrico. Si colocamos debajo de un vidrio horizontal un

imn y esparcimos por encima limaduras de hierro estas se

ubican de manera que podemos visualizar las lneas de

campo magntico como se ve en la figura.

Otra forma de explorar un campo magntico es con

una brjula, esta siempre se orienta en la direccin del

campo magntico. Si vamos registrando las direcciones de la

brjula e intentramos unirlas llegaramos a una forma

similar que las que

describen las

limaduras de hierro. El sentido de las lneas de campo es

desde el polo N hacia el polo S. Las lneas de campo son

cerradas y se continan dentro del imn.

El vector campo magntico se simboliza con la letra B

y

su unidad en el S.I es el Tesla (T) en honor a Nicols Tesla.

Vector Campo Magntico:

Direccin: El vector en ese punto es tangente a la lnea de

campo.

Punto de aplicacin: sobre las lneas de campo.

Sentido: Es el mismo que las lneas de campo.

Mdulo: Cunto ms apretadas estn las lneas de campo,

mayor es el mdulo, por ejemplo, en las cercanas de los

polos.


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LA UNIN DE LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO: EFECTO

OERSTED

En el ao 1820, el fsico dans Hans Christian Oersted

intentaba demostrar la falta de interaccin entre una corriente

elctrica y los Polos magnticos, cuando observ justamente locontrario.

El experimento consista en colocar horizontalmente y siguiendo

la lnea norte-sur terrestre un largo conductor elctrico y situar

debajo y paralelamente a l una aguja magntica. Al conectar la

corriente Oersted observ cmo la aguja imantada se desviaba

y se orientaba perpendicularmente al alambre conductor. En

realidad, el experimento demostr que las corrientes elctricas producen campos magnticos,

iniciando as el estudio del electromagnetismo.

Campo magntico generado por una corriente elctrica

Si por un conductor elctrico (cable) colocado verticalmente

hiciramos circular corriente elctrica las lneas de campo

magntico son circunferencias concntricas a este. El vector

campo magntico en este caso tambin es tangente a la lnea de

campo en ese punto. Y su mdulo depender de la intensidad de

corriente (I) que circule por el conductor, la distancia (d) a la que

se encuentre el punto en el que se quiere hallar el valor del

campo y la constante de proporcionalidad k= 2,0 x 10 -7 Tm/ A

(Tesla metro/ Ampere).

Fuerza sobre una carga en movimiento

FUERZA MAGNTICA SOBRE UNA CARGA EN MOVIMIENTO

Es conocido que un conductor por el que circula una corriente sufre una fuerza en presencia de un

campo magntico. Puesto que la corriente esta constituida por cargas elctricas en movimiento.

Fuerza de lorentz

Al observar experimentalmente como es la fuerza que un campo B ejerce sobre una carga elctrica

se cumple que:


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Y sus unidades sern:

B= N

C m/S

Como C/s = ampere = A, entonces:

B= N = Tesla = T

Am

Electromagnetismo

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