Mdulo de Contenido N1

Instituto Profesional de Chile

Ingeniera en Electricidad y Electrnica

Mdulo de Aprendizaje N5

Introduccin a la Ingeniera Elctrica

Concepto de Electricidad y Manejo de variables reales

Variables Reales dentro de la Electricidad

Cuando se habla de variables reales dentro de la electricidad aparecen conceptos importantes, tales como la intensidad, el potencial o voltaje, la resistividad, la potencia, la energa. Cada uno de estos conceptos o variables orientan o indican las caractersticas y el comportamiento de los distintos estados de la electricidad, ya que esta puede ser medida y lo ms importante es que puede ser controlada.

A continuacin se explica cada una de estas variables antes mencionadas:

La Intensidad

Siempre que se mueven cargas elctricas de igual signo se establece una corriente elctrica. Para definir la corriente de manera ms precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de rea A, como en la figura (Esta sera el rea de la seccin transversal de un alambre, por ejemplo.) La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. Si Q es la cantidad de carga que pasa por esta rea en un intervalo de tiempo t, la corriente promedio, Ipro, es igual a la carga que pasa por A por unidad de tiempo:

Como definicin se tiene que es la cantidad de carga elctrica que circula por un conductor por unidad de tiempo. Su unidad es el amperio, 1A = 1C/1s.

Esto significa que 1amper de corriente es equivalente a 1C de carga que pasa por el rea de la superficie en 1s.

El instrumento que mide la intensidad es el ampermetro. Se debe conectar en serie en el circuito que se desee medir.

El potencial o Voltaje

Para lograr que una lmpara como la de la figura se encienda, debe circular por los cables a los cuales est conectada, una corriente elctrica.

Para que esta corriente circule por los cables debe existir una fuerza, llamada Fuente de fuerza electromotriz o (para entender mejor) una batera (en el caso de corriente continua), que es simplemente una fuente de tensin, que tiene unidad de voltios.

- 1 kilovoltio = 1000 voltios (volts)

- 1 milivoltio = 1 / 1000 = 0.001 voltios (volts)

Siempre se denomina con la letra V o E, normalmente las fuentes de tensin tienen en su salida un valor fijo. Ejemplo: 3 Voltios, 6 Voltios 9 Voltios 12 Voltios, etc., pero hay casos de fuentes de tensin de salida variable, que tienen usos especiales.

Cuando hablamos del voltaje de una batera o el voltaje que se puede obtener de un tomacorriente que sale de la pared, estamos hablando de una tensin. En el primer caso es una fuente de tensin de corriente directa y en el segundo una fuente de tensin de corriente alterna.

Tal vez la forma ms fcil de entender el significado de una tensin es haciendo una analoga con un fenmeno de la naturaleza.

Si comparamos el flujo de la corriente continua con el flujo de la corriente de agua de un ro y a la tensin con la altura de una catarata (cada de agua), se puede entender a que se refiere el trmino tensin.

Dos casos posibles

Una fuente que entregue mucho voltaje pero poca corriente, el caso de una cada de agua muy alta con poco caudal

Una fuente que entregue poco voltaje pero mucha corriente, caso de una cada de agua muy pequea pero con mucha agua (mucho caudal).

Un caso interesante es aquel en que la fuente puede entregar mucho voltaje y mucha corriente, caso en que habra una cada de agua muy alta y un caudal muy grande. Este caso en especial nos indicara que tenemos una fuente de tensin con gran capacidad de entrega de potencia.

La Resistencia Elctrica

Es la oposicin que ofrece un material al paso de los electrones ( la corriente elctrica). Cuando el material tiene muchos electrones libres, como es el caso de los metales, permite el paso de los electrones con facilidad y se le llama conductor.

Ejemplo: cobre, aluminio, plata, oro, etc..

Si por el contrario el material tiene pocos electrones libres, ste no permitir el paso de la corriente y se le llama aislante o dielctrico

Ejemplo: cermica, bakelita, madera (papel), plstico, etc..

Los factores principales que determinan la resistencia elctrica de un material son:

- tipo de material

- longitud

- seccin transversal

- temperatura

Un material puede ser aislante o conductor dependiendo de su configuracin atmica, y podr ser mejor o peor conductor o aislante dependiendo de ello.

Caractersticas

Un material de mayor longitud tiene mayor resistencia elctrica, este material ofrece mas resistencia al paso de la corriente que el de menor longitud.

Un material con mayor seccin transversal tiene menor resistencia. (Imaginarse un cable conductor cortado transversalmente).

El material de menor seccin ofrece mayor resistencia al paso de la corriente que el de mayor seccin.

- Los materiales que se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia

La unidad de medida de la resistencia elctrica es el Ohmio y se representa por la letra griega omega () y se expresa con la letra griega "R".

Potencia Elctrica

Decimos que un circuito es de corriente continua cuando siempre es atravesado por la corriente en el mismo sentido, mantenindose la corriente permanentemente en un valor. Corriente alterna. Decimos que un circuito es de corriente alterna cuando es atravesado por la corriente cambiando alternativamente de sentido, tomando la corriente permanentemente valores diferentes. Potencia es una magnitud fsica que representa la capacidad para realizar un trabajo, o lo que es lo mismo, la cantidad de trabajo realizada en cada unidad de tiempo. Con carcter general podemos enunciar (ms adelante se matizar para el caso de la corriente elctrica alterna) que, la potencia elctrica de un circuito se corresponde con el producto de los valores de la tensin existente en sus extremos multiplicado por la intensidad de la corriente que lo recorre. La unidad empleada para su representacin es el vatio ( o alguno de sus mltiplos) y se representa por la letra P. Siendo un vatio la potencia que corresponde a un circuito elctrico en cuyos extremos existe una diferencia de potencial (tensin) de un voltio y es recorrido por una corriente de un amperio de intensidad.(estando tensin y corriente en fase).

Expresin:

W = Voltaje x Intensidad de corriente

W = (Volts) x (Ampere)

W = Watts

Ejemplo de Potencia Elctrica

Energa Elctrica

Podramos deducir de nuestra primera definicin de potencia, que el trabajo elctrico es el producto de la potencia absorbida por una carga, por el tiempo.

Recordemos que la potencia se relaciona con el Trabajo y la unidad de tiempo, es decir, el trabajo en el segundo en que era medido. Ahora lo que calcularemos es toda la Potencia absorbida por una carga en un tiempo determinado. Es decir, el Trabajo o Energa elctrica es el producto de la Potencia Absorbida por la carga, por el Tiempo.

De esta formula despejamos la T que es Trabajo y nos queda:

Donde:

T = Trabajo elctrico en (Watt/Seg o Kwatt/Hr).

P = Potencia en (Watt o Kwatt).

t = Tiempo en (Segundos u Horas).

Las unidades obviamente pueden variar, eso depende de cmo deseamos calcular el Trabajo.

Nota: Para medir este Trabajo o Energa elctrica existe un elemento llamado medidor de Induccin o medidor de Energa Elctrica.

Tambin podramos decir que todo tipo de energa, la energa elctrica sufre transformaciones, ya que esta es el movimiento de electrones dentro de un conductor, y como se deduce todo movimiento genera roce, lo cual produce calor, por ende nuestra Energa Elctrica se transforma en calor, la cantidad de calor se mide en Caloras y como lo dijimos anteriormente James Joule descubri la relacin entre la Cantidad de caloras y el trabajo realizado por una carga, este punto no lo trataremos a fondo, ya que solo queramos indicar que existe otra forma de calcular el Trabajo o Energa Elctrico.

Donde:

T = Trabajo elctrico en (Watt/seg)

Q = Cantidad de calor en (Caloras).

7