Potencia eléctrica.

Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el v watt.

Cuando una corriente eléctrica fluye en un circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz, movimiento, sonido y otros  La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.

La diferencia de potencial entre dos puntos es igual a

Sabemos que se estableció que la potencia es la relación existente entre el trabajo efectuado por una unidad de tiempo, es decir,

Debido a que la corriente eléctrica es la cantidad que atraviesa un conductor por unidad de tiempo, podemos expresar la potencia eléctrica en relación a la diferencia de potencial y la corriente, por lo tanto:

Ahora, al aplicar la Ley de Ohm a la ecuación anterior, nos queda de la siguiente forma:

  

 La potencia eléctrica se mide en watts, considerando que la energía eléctrica es el producto de la potencia por el tiempo, Comisión Federal de Electricidad (CFE) calcula el costo de esa energía a partir de la potencia en kilowatts y el tiempo en horas, es decir, en kilowatthoras (kWh), el cual equivale a 3.6 x 10 a la 6 J de energía.

EJEMPLOS:

Ejemplo n° 1

Una plancha tiene resistencia interna de 24 Ohms y se encuentra conectada a una toma de corriente de 120 V. Determina la potencia que consume la plancha.

Aplicando la ecuación tenemos:

Ejemplo n° 2

Determina la corriente que utiliza un aparato eléctrico que funciona con 4.5 V. y consume un potencia de 0.11 Watts.

Para determinar la corriente, podemos despejarla de la ecuación, por lo tanto:

Generador, Transformador y Motor eléctrico.

Generador.

Un generador eléctrico es un aparato capaz de mantener una diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos (es decir, voltaje), transformando otras formas de energía en energía mecánica y posteriormente en una corriente alterna de electricidad(aunque esta corriente alterna puede ser convertida a corriente directa con una rectificación).
Para construir un generador eléctrico se utiliza el  principio de “inducción electromagnética” descubierto por Michael Faraday en 1831, y que establece que si un conductor eléctrico es movido a través de un campo magnético, se inducirá una corriente eléctrica que fluirá a través del conductor.
Debido a que una de los elementos fundamentales de la materia es precisamente la carga electromagnética compuesta de un campo magnético y un campo eléctrico asociado al movimiento de las partículas. Un generador utiliza bosones del campo magnético para energizar cinéticamente electrones y provocar una interacción con otros electrones, que tiene como consecuencia la generación de la corriente eléctrica y un voltaje.

Transformador.

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctrica mente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

LIMITES DE FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

Un transformador se proyecta para unas tensiones dadas de servicio en primario y secundario y una potencia máxima continua que puede obtenerse en su secundario. El incrementar la tensión en su primario, y por tanto la corriente en el mismo, lleva a la saturación del núcleo magnético, con lo que el mismo no es capaz de transferir mas potencia al secundario y el exceso de potencia de entrada solo produce sobrecalentamientos del núcleo por corrientes parásitas, y del devanado primario, por efecto Joule, llevando a la rotura del devanado por fallo del aislante del mismo. Una espira en cortocircuito genera a su vez mas calor y provoca el fallo total del devanado.

En un transformador es fundamental prever una correcta refrigeración del mismo, y a este fin, los de mayor tamaño ( a partir de algunos kilowatios), están bañados en aceite refrigerante que actúa también como dieléctrico.

Así pues, la tensión de entrada, la potencia máxima continua de salida , y la temperatura ambiente, son tres parámetros que no deben sobrepasarse de forma permanente.

Motor Eléctrico. 

   Todo empezó gracias al científico Hans Christian Oersted que comprobó como colocando una espira alrededor de una brújula, si hacia pasar una corriente por la espira, la aguja de la brújula (el imán) se movía. 

   Demostró así, la relación que había entre la electricidad y el magnetismo. Con este experimento se demostró que la espira al ser atravesada por una corriente generaba un campo magnético (fuerzas magnéticas) que interceptaban con la fuerza magnética de la aguja imantada, produciendo en esta un giro.   Por lo tanto si hacemos pasar corriente por unas espiras (bobinado) y en su interior tenemos un imán que puede girar sobre un eje (rotor) hemos conseguido un motor eléctrico, ya que el eje del imán se movería y hemos convertido la energía eléctrica en energía mecánica en el movimiento del eje.

Electromagnetismo

Electromagnetismo 

El electromagnetismo es la parte de la electricidad que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados como independientes hasta 1820, cuando su relación fue descubierta por casualidad.

Así, hasta esa fecha el magnetismo y la electricidad habían sido tratados como fenómenos distintos y eran estudiados por ciencias diferentes. Sin embargo, esto cambió a partir del descubrimiento que realizó Hans Chirstian Oersted , observando que la aguja de una brújula variaba su orientación al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella. Los estudios de Oersted  sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno: las fuerzas magnéticas proceden de las fuerzas originadas entre cargas eléctricas en movimiento.

Ejemplos de ondas electromagnéticas son: 

•  Las señales de radio y televisión
•  Ondas de radio provenientes de la Galaxia
•  Microondas generadas en los hornos microondas
•  Radiación Infraroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente
•  La luz
•  La radiación Ultravioleta proveniente del Sol , de la cual la crema antisolar nos proteje la piel
•  Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano

 

Campo Magentico

Campo Magnético 

Los campos magnéticos son producidos por corrientes eléctricas, las cuales pueden ser corrientes microscópicas en cables, o corrientes microscópicas asociadas con los electrones en órbitas atómicas. El campo magnético B se define en función de la fuerza ejercida sobre las cargas móviles en la ley de la fuerza de Lorentz. La interacción del campo magnético con las cargas, nos conduce a numerosas aplicaciones prácticas. Las fuentes de campos magnéticos son esencialmente de naturaleza dipolar, teniendo un polo norte y un polo sur magnéticos. La unidad SI para el campo magnético es el Tesla, que se puede ver desde la parte magnética de la ley de fuerza de Lorentz, F_magnética = qvB, que está compuesta de (Newton x segundo)/(Culombio x metro). El Gauss (1 Tesla = 10.000 Gauss) es una unidad de campo magnético mas pequeña.

tipos de Imanes

Tipos de Imanes

Un imán es algo que atrae el hierro y atrae o repele otros imanes. Los imanes han sido conocidos por las civilizaciones por aproximadamente 2.500 años. Uno de los primeros usos de los imanes fue determinar la dirección. La Tierra misma es un gran imán. Por eso, cuando un pequeño trozo de imán está suspendido en el aire, se alineará en una determinada dirección, apunta hacia los polos Norte y el Sur. Los imanes se producen de forma natural y también se puede hacer artificialmente .  Tienen funciones comerciales, industriales y domésticas. los imanes epueden usar en los cajeros automáticos y las tarjetas de crédito y de débito utilizan bandas magnéticas, las cuales almacenan la información de la cuenta y otra información pertinente necesaria para realizar las transacciones y la identificación. Los imanes son utilizados en máquinas deresonancia magnética y otros equipos médicos para el propósito de la imagen corporal. Los trenes Maglev, los cuales funcionan en Japón, dependen de los electroimanes para desarrollar velocidades fenomenales de hasta 600 kilómetros por hora.

• Existen algunos tipos de imanes:

IMANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienen la propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc.

La magnética es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraer fragmentos de hierro natural.

IMANES ARTIFICIALES: esta denominación recae sobre aquellos cuerpos magnéticos que, tras fraccionarlos con magnética  se transforman de manera artificial en imanes.

Los Imanes Pueden tener muchas Formas y Colores eso no altera nasa solo es para darle presentación.

Magnetismo

Magnetismo

El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz..

En un imán la capacidad de atracción es mayor en sus extremos o polos. Estos polos se denominan norte y sur, debido a que tienden a orientarse según los polos geográficos de la Tierra, que es un gigantesco imán natural.

La región del espacio donde se pone de manifiesto la acción de un imán se llama campo magnético. Este campo se representa mediante líneas de fuerza, que son unas líneas imaginarias, cerradas, que van del polo norte al polo sur, por fuera del imán y en sentido contrario en el interior de éste; se representa con la letra B.

 

Desde hace tiempo es conocido que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un microscópico imán o dipolo. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.

 

Imantar un material es ordenar sus imanes atómicos.

En la figura derecha se observa en primer lugar un material sin imantar y debajo un material imantado.

El magnetismo es producido por imanes naturales o artificiales. Además de su capacidad de atraer metales, tienen la propiedad de polaridad. Los imanes tienen dos polos magnéticos diferentes llamados Norte o Sur. Si enfrentamos los polos Sur de dos imanes estos se repelen, y si enfrentamos el polo sur de uno, con el polo norte de otro se atraen. Otra particularidad es que si los imanes se parten por la mitad, cada una de las partes tendrá los dos polos.

Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro.

Ejemplos:

•Usos generales en medicina.

•Promotores de la circulación sanguínea.

•Camas de magnetoterapia .

•Tratamiento del sistema nervioso y alivio del dolor.

•Ortopedia y osteoporosis

•Masajes

•Tratamiento de células malignas

•Tratamiento de la piel.

En los automoviles que utilizan magnetismo al caso en las puertas los llavines se pueden abrir gracias al magneto en las puertas...

Motores eléctricos convierten la corriente magnética en eléctrica...

Hasta pequeños adornos que se pegan a la refrigeradora se basan el el magnetismo.

La Arrocera eléctrica utiliza el principio magnético en su proceso de preparación del arroz...

Ley de Joule

LEY DE JOULE

Efecto Joule

Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule.

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable.

Ley de Joule 

Este efecto es utilizado para calcular la energía disipada en un conductor atravesado por una corriente eléctrica de la siguiente manera:

La potencia W generada en un conductor es igual a la diferencia de potencial V a la que esta sometido por la intensidad de corriente I que lo atraviesa. La energía desarrollada E es el producto de la ponencia W por el tiempo t transcurrido, luego la energía E es el producto de la tensión V por la intensidad I y por el tiempo t.

Si a esta expresión añadimos la Ley de Ohm tendremos:

La energía desarrollada es igual al cuadrado de la intensidad por la resistencia y por el tiempo, o lo que es lo mismo, el cuadrado de la tensión dividido por la resistencia y por el tiempo.

Microscópicamente el efecto Joule se calcula a través de la integral de volumen del campo eléctrico E por  J la densidad de corriente :

La resistencia es el componente que transforma la energía eléctrica en calor, (por ejemplo un hornillo eléctrico, una estufa eléctrica, una plancha etc.).

1. EQUIVALENCIA ENTRE TRABAJO Y CALOR. LA LEY DE JOULE

Hemos llegado a una de las partes básicas de nuestro estudio. Debemos relacionar dos conceptos fundamentales: el calor y el trabajo. Donde hay trabajo se produce calor; donde existe un foco de calor hay una fuente de trabajo.Lo anterior se demuestra fácilmente. Por ejemplo, basta con frotarse las manos para que nuestros músculos experimenten cansancio y nuestras manos un calentamiento.

Todo motor o transformador eléctrico se calienta después de un tiempo de funcionar. Parte de la corriente que absorben se pierde en forma de calor (perjudicial) y solo el resto se transforma en energía mecánica. 

Las locomotoras de los trenes de vapor utilizan calor, que se transforma enseguida en energía mecánica. Esta le permite arrastrar los vagones. El CALOR es pues, una forma de energía y produce por lo tanto un trabajo.

La cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado de temperatura un gramo de agua se llama caloría y la representamos por C.

Después de múltiples experiencias se logró obtener una constante matemática (0.427) que es el valor numérico de la relación que existe entre el calor (en calorías) y el trabajo (Kgm).

Lo anterior quiere decir que una caloría equivale a 0.427 kilográmetros de trabajo mecánico. Dicho de otra manera, con una caloría podemos transportar 0.427 kilogramos a la distancia de un metro.

La constante 0.427 recibe el nombre de Equivalente mecánica del calor.

A. CANTIDAD DE CALOR PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA

Es evidente, que si la corriente eléctrica lleva implícita una producción de calor, entre ambas manifestaciones de energía DEBE EXISTIR una relación matemática, que unida al valor de la resistencia por la intensidad, nos diga cuál es el calor producido por dicha corriente eléctrica.

Fue el físico inglés James Joule quien se dedicó al estudio de los efectos caloríficos producidos por la corriente eléctrica. Después de varias experiencias, observó que:

1. La corriente eléctrica produce calentamiento en un conductor.

2. Este calentamiento del conductor recorrido por una corriente es proporcional al tiempo que dure el paso de dicha corriente.

3. El calentamiento varía con la intensidad de la corriente.

4. El calentamiento es proporcional a la resistencia del conductor.

Hechas estas observaciones formuló la siguiente Ley:

La cantidad de calor producido por un conductor eléctrico es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad (I2), al valor de la resistencia del conductor y al tiempo, en segundos, durante el cual circule la corriente.

En la práctica se calcula la cantidad de calor producido (en calorías) y se representa por Q. Para esto se necesita multiplicar todo lo anterior por una constante cuyo valor es 0.2392. Por lo tanto:

Q = 0.2392 x I2 x R x t LEY DE JOULE

Siendo:

Q = Calor en calorías

I = Intensidad en amperios

R = Resistencia en Ohmios

0.239 = Constante (K)

t = Tiempo

La constante 0.239 se aproxima por exceso a 0.24 y se tiene entonces:

Q = 0.24 x I2 x R x t calorías

B. ENERGÍA ELÉCTRICA Y CALOR

Se dijo antes que si al concepto de trabajo le unimos el factor tiempo (t), tendremos la noción de POTENCIA, que es “el trabajo realizado en la unidad de tiempo”. Siendo la potencia una consecuencia del trabajo, y éste una causa del calor, es inmediata la conclusión que nos lleva a relacionar calor y trabajo.

Si relacionamos la potencia con el factor tiempo, obtendremos el concepto de ENERGÍA ELÉCTRICA.

Energía Eléctrica es la POTENCIA desarrollada en la UNIDAD DE TIEMPO considerada.