En el mundo moderno, todas las personas han estado expuestas a la electricidad desde la infancia. La primera mención de este fenómeno natural se remonta a la época de los filósofos Aristóteles y Tales, quienes estaban intrigados por las sorprendentes y misteriosas propiedades de la corriente eléctrica. Pero fue recién en el siglo XVII que grandes mentes científicas iniciaron una serie de descubrimientos sobre la energía eléctrica que continúa hasta el día de hoy.
El descubrimiento de la corriente eléctrica y la creación por Michael Faraday en 1831 del primer generador del mundo cambió radicalmente la vida humana. Estamos acostumbrados al hecho de que nuestras vidas se hacen más fáciles con dispositivos que usan energía eléctrica, pero hasta ahora la mayoría de las personas no tienen una comprensión de este importante fenómeno. Para empezar, para comprender los principios básicos de la electricidad, es necesario estudiar dos definiciones básicas: corriente eléctrica y voltaje.
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¿Qué es la corriente eléctrica y el voltaje?
Electricidad es el movimiento ordenado de partículas cargadas (portadores de carga electrica). Los portadores de la corriente eléctrica son los electrones (en metales y gases), cationes y aniones (en electrolitos), huecos a conductividad 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:
- intensidad de la corriente, determinada por la ley de Ohm y medida en amperios (PERO), en las fórmulas se denota con la letra I;
- potencia, según la ley de Joule-Lenz, medida en vatios (Mar), denotada por la letra P;
- frecuencia, medida en hercios (Hz).
La corriente eléctrica, como portador de energía, se utiliza para obtener energía mecánica utilizando motores eléctricos, para obtener energía térmica en aparatos de calefacción, soldadura eléctrica y calentadores, para excitar ondas electromagnéticas de varias frecuencias, para crear un campo magnético en electroimanes y para obtener luz. energía en artefactos de iluminación y diversos tipos de lámparas.
Voltaje es el trabajo realizado por el campo eléctrico para mover una carga de 1 colgante (cl) de un punto del conductor a otro. Según esta definición, todavía es difícil entender qué es el estrés.
Para que las partículas cargadas se muevan de un polo a otro, es necesario crear una diferencia de potencial entre estos polos (Eso es lo que se llama tensión.). La unidad de voltaje es el voltio (A).
Para finalmente entender la definición de corriente eléctrica y voltaje, se puede dar una analogía interesante: imagina que la carga eléctrica es agua, entonces la presión del agua en la columna es el voltaje, y la velocidad del flujo de agua en la tubería es la fuerza de la corriente eléctrica. Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la corriente eléctrica.
que es corriente alterna
Si cambia la polaridad de los potenciales, entonces cambia la dirección del flujo de corriente eléctrica. Es esta corriente la que se llama variable. El número de cambios de dirección durante un cierto período de tiempo se llama frecuencia y se mide, como se mencionó anteriormente, en hercios (Hz). Por ejemplo, en una red eléctrica estándar en nuestro país, la frecuencia es de 50 Hz, es decir, la dirección del movimiento de la corriente cambia 50 veces por segundo.
que es corriente directa
Cuando el movimiento ordenado de partículas cargadas siempre tiene una sola dirección, tal corriente se llama constante. La corriente continua se produce en una red de tensión constante 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 electrónicos y tecnología, cuando no se requiere la transmisión de energía a larga distancia.
Fuentes de corriente electrica
Fuente de corriente eléctrica suele denominarse aparato o aparato con el que se puede crear una corriente eléctrica en un circuito. Dichos dispositivos pueden crear tanto corriente alterna como corriente continua. Según el método de creación de una corriente eléctrica, se dividen en mecánica, ligera, térmica y química.
Mecánico Las fuentes de corriente eléctrica convierten la energía mecánica en energía eléctrica.Estos equipos son de varios tipos. generadores, que, debido a la rotación del electroimán alrededor de la bobina de los motores asíncronos, producen una corriente eléctrica alterna.
luz Las fuentes convierten la energía fotónica (energia luminosa) en electricidad. Utilizan la propiedad de los semiconductores para producir voltaje cuando se exponen a un flujo de luz. Los paneles solares son uno de esos dispositivos.
Térmico - convertir la energía térmica en electricidad debido a la diferencia de temperatura entre dos pares de semiconductores en contacto - termopares. La magnitud de la corriente en dichos dispositivos está directamente relacionada con la diferencia de temperatura: cuanto mayor sea la diferencia, mayor será la intensidad de la corriente. Tales fuentes se utilizan, por ejemplo, en plantas de energía geotérmica.
Químico una fuente de corriente produce electricidad como resultado de reacciones químicas. Por ejemplo, tales dispositivos incluyen varios tipos de baterías y acumuladores galvánicos. Las fuentes de corriente basadas en celdas galvánicas se utilizan generalmente en dispositivos autónomos, automóviles, tecnología y son fuentes de corriente continua.
Conversión de CA a CC
Los aparatos eléctricos en el mundo utilizan corriente continua y alterna. Por lo tanto, existe la necesidad de convertir una corriente en otra o viceversa.
De la corriente alterna se puede obtener corriente continua mediante un puente de diodos o, como también se le llama, un “rectificador”. El núcleo de un rectificador es un diodo semiconductor que conduce la electricidad en una sola dirección. Después de este diodo, la corriente no cambia de dirección, pero aparecen ondas, que se eliminan con la ayuda de condensadores y otros filtros. Los rectificadores están disponibles en versiones mecánicas, de electrovacío o de semiconductores.
Dependiendo de la calidad de fabricación de dicho dispositivo, la ondulación actual en la salida tendrá un valor diferente, por regla general, cuanto más caro y mejor esté hecho el dispositivo, menos ondulación y más limpia será la corriente. Un ejemplo de tales dispositivos son Fuentes de alimentación diversos dispositivos y cargadores, rectificadores de centrales eléctricas en diversos modos de transporte, soldadoras DC y otros.
Los inversores se utilizan para convertir la corriente continua en corriente alterna. Dichos dispositivos generan un voltaje alterno con una sinusoide. Existen varios tipos de dispositivos de este tipo: inversores con motores eléctricos, relés y electrónicos. Todos ellos difieren entre sí en la calidad de la corriente alterna de salida, el costo y el tamaño. Un ejemplo de un dispositivo de este tipo son las fuentes de alimentación ininterrumpida, los inversores en los automóviles o, por ejemplo, en las plantas de energía solar.
Dónde se utiliza y cuáles son las ventajas de la corriente alterna y continua
Varias tareas pueden requerir el uso de CA y CC. Cada tipo de corriente tiene sus propias ventajas y desventajas.
Corriente alterna se utiliza con mayor frecuencia cuando existe la necesidad de transmitir corriente a largas distancias. Es más conveniente transmitir tal corriente desde el punto de vista de posibles pérdidas y el costo del equipo. Es por ello que la mayoría de los aparatos y mecanismos eléctricos utilizan únicamente este tipo de corriente.
Las casas residenciales y las empresas, la infraestructura y las instalaciones de transporte están ubicadas a cierta distancia de las centrales eléctricas, por lo que todas las redes eléctricas son de CA. Tales redes alimentan todos los electrodomésticos, equipos industriales, locomotoras de trenes. Hay una cantidad increíble de dispositivos que funcionan con corriente alterna y es mucho más fácil describir aquellos dispositivos que usan corriente continua.
CORRIENTE CONTINUA utilizado en sistemas autónomos, como sistemas a bordo de automóviles, aviones, barcos o trenes eléctricos. Es ampliamente utilizado en la fuente de alimentación de microcircuitos de varios dispositivos electrónicos, en comunicaciones y otros equipos, donde se requiere minimizar la cantidad de interferencia y ondulación o eliminarlos por completo. En algunos casos, dicha corriente se usa en soldadura eléctrica con la ayuda de inversores. Incluso hay locomotoras de ferrocarril que funcionan con sistemas de corriente continua. En medicina, dicha corriente se usa para introducir medicamentos en el cuerpo mediante electroforesis y, con fines científicos, para separar varias sustancias (electroforesis de proteínas, etc.).
Designaciones en aparatos eléctricos y diagramas.
A menudo existe la necesidad de determinar a qué corriente funciona el dispositivo. Después de todo, conectar un dispositivo que funciona con corriente continua a una red eléctrica de corriente alterna inevitablemente tendrá consecuencias desagradables: daños al dispositivo, incendios, descargas eléctricas. Para esto, generalmente se aceptan convenciones para tales sistemas e incluso la codificación de colores de los cables.
Convencionalmente, en los aparatos eléctricos que funcionan con corriente continua, se indican una línea, dos líneas continuas o una línea continua junto con una línea de puntos, ubicadas una debajo de la otra. Además, dicha corriente está marcada con una designación en letras latinas. corriente continua. El aislamiento eléctrico de los cables en los sistemas de CC para el cable positivo es de color rojo, el cable negativo es azul o negro.
En aparatos y máquinas eléctricas, la corriente alterna se indica mediante la abreviatura inglesa C.A. o línea ondulada. En los diagramas y en la descripción de los dispositivos, también se indica con dos líneas: sólida y ondulada, ubicadas una debajo de la otra. Los conductores en la mayoría de los casos se designan de la siguiente manera: la fase es marrón o negro, el cero es azul y la tierra es amarillo-verde.
¿Por qué la corriente alterna se usa con más frecuencia?
Anteriormente, ya hemos hablado de por qué la corriente alterna se usa actualmente con más frecuencia que la corriente continua. Y, sin embargo, veamos este tema con más detalle.
El debate sobre qué corriente utilizar es mejor ha estado ocurriendo desde los descubrimientos en el campo de la electricidad. Incluso existe una "guerra de corrientes": la confrontación entre Thomas Edison y Nikola Tesla por el uso de uno de los tipos de corriente. La lucha entre los seguidores de estos grandes científicos se prolongó hasta 2007, cuando la ciudad de Nueva York pasó a corriente alterna desde corriente continua.
La principal razón por la que la CA se usa con más frecuencia es porque la capacidad de transmitirlo a largas distancias con pérdidas mínimas. Cuanto mayor sea la distancia entre la fuente de corriente y el consumidor final, mayor será la resistencia alambres y pérdidas de calor para su calentamiento.
Para obtener la máxima potencia, es necesario aumentar el grosor de los cables (y por lo tanto reducir la resistencia), o aumente el voltaje.
En los sistemas de CA, puede aumentar el voltaje con un grosor mínimo de cables, lo que reduce el costo de las líneas eléctricas. Para los sistemas con corriente continua, no hay formas asequibles y efectivas de aumentar el voltaje y, por lo tanto, para tales redes es necesario aumentar el grosor de los conductores o construir una gran cantidad de pequeñas centrales eléctricas. Ambos métodos son costosos y aumentan significativamente el costo de la electricidad en comparación con las redes de CA.
Con la ayuda de transformadores eléctricos, el voltaje de corriente alterna es efectivo (con una eficiencia de hasta el 99%) se puede cambiar 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 de CA trifásico aumenta aún más la eficiencia, y las máquinas, como los motores que funcionan con alimentación de CA, son mucho más pequeñas, más baratas y más fáciles de mantener que los motores de CC.
Con base en lo anterior, podemos concluir que el uso de corriente alterna es beneficioso en redes grandes y cuando se transmite energía eléctrica a largas distancias, y para un funcionamiento preciso y eficiente de dispositivos electrónicos y para dispositivos autónomos, es recomendable utilizar corriente continua.
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