- Interpretar los fundamentos de la corriente alterna. - Identificar las magnitudes que caracterizan la corriente alterna

8. CORRIENTE ALTERNA La materia de este tema se adentra en los fundamentos y características de la corriente alterna. Un buen conocimiento de la mis...
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8.

CORRIENTE ALTERNA

La materia de este tema se adentra en los fundamentos y características de la corriente alterna. Un buen conocimiento de la misma ayudará durante el resto del curso a entender el comportamiento de los componentes en los circuitos alimentados con este tipo de corriente. Los objetivos que se persiguen son: 8.1

Interpretar los fundamentos de la corriente alterna. Identificar las magnitudes que caracterizan la corriente alterna. Magnetismo

Es la propiedad que tienen algunos cuerpos (naturales, como la magnetita, o artificiales) para atraer a otros. Estos cuerpos reciben el nombre de imanes. El imán natural se orienta en la dirección geográfica Norte-Sur si se sustenta de un hilo o se deja flotando sobre una madera, dado que nuestro planeta se comporta como un gran imán, cuyo eje casi coincide con el de rotación de la Tierra. De ahí que el nombre de los polos del imán se denominen: Norte (el que señala al norte geográfico que a su vez es el polo sur magnético de la Tierra) y Sur (el que señala el sur geográfico y por tanto norte magnético de la Tierra). Este fenómeno, utilizado para orientarse, dio lugar a la brújula.

Propiedades de los imanes Entre sus propiedades se encuentran: a)

Atraen al hierro, y otros metales como cobalto, níquel y sus aleaciones.

b)

Orientan sus moléculas en la misma dirección.

Si se acerca un imán a una brújula se observará que esta se desvía de su posición normal Norte-Sur, ya que la fuerza que ejerce sobre la brújula es superior a la que ejerce el campo magnético de la Tierra.

1

c)

Cuando se enfrentan dos polos, se atraen si son distintos y se repelen si son iguales.

d)

Crean dos polos opuestos e inseparables en sus extremos. Del polo norte salen líneas de fuerza que entran por el polo sur, conformando todo ello un campo magnético.

e)

Sus propiedades atraviesan objetos como papel, madera, plástico, etc. Si colocamos una cartulina sobre un imán y sobre ella espolvoreamos limaduras de hierro observaremos como las líneas de fuerza se orientan según la siguiente figura. Se observarán más limaduras en las cercanías del imán, consecuencia de la mayor intensidad del campo magnético en estas zonas.

f)

Al frotar un objeto de acero con un imán, el objeto adquiere las propiedades magnéticas del imán y se comporta como tal. De forma que es muy fácil transmitir el magnetismo a un destornillador, una aguja de coser, una llave, y otros muchos objetos.

Intensidad de campo Se denomina intensidad de campo al número de líneas de fuerza por unidad de superficie.

5

cm 2

Cuanto mayor se el número de líneas mayor será la fuerza de atracción del imán. En la imagen el imán de mayor superficie tiene más líneas de fuerza y por tanto mayor poder atractivo.

2

Flujo magnético Se denomina flujo magnético (Ф) a la totalidad de líneas de fuerza de un imán. Por tanto el flujo magnético es el resultado de multiplicar la intensidad de campo por la superficie considerada. La unidad de flujo magnético es el Weber (Wb).

8.2

ELECTROMAGNETISMO

Fue el investigador danés Oersted, quién en 1819 observó que la aguja de una brújula colocada en las proximidades de un conductor por el que circulaba una corriente eléctrica se desviaba hasta formar un ángulo recto con el conductor y con la línea que unía la brújula y el hilo. En la figura la brújula se ha desviado de la posición 0 a la 1.

El campo magnético creado eléctricamente es lo que se denomina electromagnetismo.

La presencia del campo magnético creado por el conductor también puede observarse al poner limaduras de hierro sobre una cartulina y observar como se orientan formando círculos concéntricos con el conductor. La figura muestra que “todo conductor recorrido por una corriente aparece envuelto en toda su longitud por un campo magnético circular”.

Campo magnético creado por una bobina Si con parte del conductor se hace una bobina se comprobará que el campo magnético en esa parte es mayor que en la parte lineal del conductor, y similar al creado por un imán. Se puede comprobar este fenómeno colocando las ya mencionadas limaduras de hierro sobre una cartulina, colocada a su vez sobre el circuito con la bobina.

N

IMÁN

S

3

“Una bobina recorrida por una corriente eléctrica se comporta como un imán” Si se acerca un trozo de hierro a una bobina recorrida por una corriente se podrá observar como es atraído por ésta, y cómo el hierro queda imantado mientras dura la corriente. Cuando la corriente cesa el hierro perderá su poder de atracción.

Imantación por el paso de una corriente Si se acerca un trozo de acero a una bobina recorrida por una corriente se podrá observar como es atraído por esta, y como el acero, a diferencia del hierro, queda imantado aunque cese la corriente por la bobina.

“Un trozo de acero que conserva permanentemente la propiedad atractiva es un imán artificial”

Sentido de las líneas de fuerza El sentido de las líneas de un campo magnético creado por un conductor atravesado por una corriente eléctrica viene determinado por la denominada REGLA DE LA MANO DERECHA:

“Si abarcamos un conductor con la mano derecha, con el dedo pulgar extendido; éste señalará el sentido de la corriente “I”, y el resto el sentido de las líneas de fuerza (flujo magnético, Ф)”.

MANO

4

DERECHA

En la siguiente figura se representa las diferentes formas de abarcar el conductor con la mano derecha: Observar que el dedo pulgar siempre muestra el sentido de la corriente y el resto de los dedos el del flujo magnético.

Observemos ahora que sucede con la regla de la mano derecha, si en lugar de a un conductor rectilíneo se abarca una bobina.

MANO

DERECHA

Aplicando la regla de la mano derecha a la bobina, y al contrario de lo que sucede con un conductor rectilíneo, el dedo pulgar indicará el sentido de las líneas de fuerza (flujo magnético, Ф) por el interior de la bobina, mientras que el resto de dedos indican el sentido de la corriente en la bobina “I”.

Cálculo del flujo magnético El flujo magnético producido por una bobina es directamente proporcional a la intensidad que por ella circule, al Nº de espiras (N) y Sección (S) de la bobina, e inversamente proporcional a su Longitud (L).

Ф = K*I*N*S/L dónde “K” = 4∏*10-7; “I” se expresa en Amperios; “N” en número de espiras; “S” en m2; “L” en metros y “Ф” vendrá determinado en Weber. 2

Así el flujo interior en una bobina de 500 espiras, de 0,1 m de sección, 20 cm de longitud, recorrida por una corriente de 5 Amperios es de 0,00157 weber.

Electroimán Ya sabemos que el hierro es imantado por una corriente eléctrica, comportándose como un imán mientras esta dure. En consecuencia el flujo de una bobina con un núcleo de hierro será mucho mayor que el de una bobina sin dicho núcleo.

Se denominan electroimanes a las bobinas con núcleo de hierro.

5

Corriente eléctrica y flujo magnético “Todo conductor recorrido por una corriente, y situado dentro de un campo magnético, es rechazado fuera del campo con una fuerza que varía, en función de la orientación del conductor respecto del flujo magnético

En este caso el rechazo es máximo ya que el conductor corta perpendicularmente el flujo del campo magnético.

La fuerza de rechazo ahora es menor (F2