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ELECTRODINAMICA
ENERGIA POTENCIAL ELECTRICA
Diferencia de potencial
Teniendo claro lo que es la energía potencial, ahora podemos comprender el concepto de
diferencia de potencial, para ello utilizaremos el siguiente ejemplo análogo:

Tenemos dos tanques A y B con diferentes niveles de agua, donde la altura del nivel del tanque A
es mayor que la altura del tanque B
...
En este momento el
tanque A ejerce mayor presión sobre la llave que el tanque B dado que a mayor altura mayor es la
energía potencial almacenada en el tanque
...

Si procedemos a abrir la llave notaremos lo siguiente:

La circulación del flujo de agua ira del tanque A al Tanque B, o sea de un potencial mayor a uno
menor buscando el equilibrio, cuando los potenciales se igualan el flujo de agua se detiene
...

Haciendo ahora

En este caso el agua fluye porque el potencial del Tanque A es mayor que el del tanque B por lo
tanto lo más importante no es la propia altura del agua, es decir su energía potencial, sino la
diferencia entre la energía potencial que tienen los tanques
...

Ahora haciendo la analogía con la electricidad, el campo gravitacional que interactúa con la masa
del agua para ganar energía potencial representa al campo eléctrico, el volumen de agua
representa la carga eléctrica, la altura del nivel de agua en los tanques representa el potencial
eléctrico, la tubería equivale al conductor y el flujo de agua es el flujo de electrones o corriente
eléctrica
...

La energía potencial dependerá de forma importante del tipo de campo de fuerzas o interacción
que actúe sobre el sistema
...

También se utiliza la función potencial en lugar de la energía potencial para representar el trabajo
realizado por la unidad básica de la interacción
...


ENERGÍA POTENCIAL ELECTROSTATICA
La energía potencial electrostática es una consecuencia de que el sistema de fuerzas que actúa
sobre el mismo sea conservativo, es decir, que el trabajo realizado para ir del punto (A) a un punto
(B) depende sólo de (A) y de (B), es independiente de la trayectoria que se utilice para desplazarse
entre ambos
...
Del mismo modo que la fuerza de atracción entre dos masas es conservativa,
también la fuerza eléctrica o fuerza de Coulomb entre dos cargas es conservativa, siendo de
repulsión si tienen el mismo signo y de atracción si son de signo opuesto
...


El trabajo de una fuerza conservativa es igual a la diferencia entre el valor inicial y el valor final de
una función, la energía potencial, dado que solamente dependerá de las posiciones inicial y final y
no de la trayectoria seguida
...


POTENCIAL ELÉCTRICO
El potencial eléctrico (V) es la energía potencial eléctrica por unidad de carga y depende de la
posición del punto considerado
...
En éstas condicione se dice que ambas cargas
adquirieron energía potencial eléctrica al separarlas
...

Lo mismo ocurre si dos cuerpos se cargan, por cualquier medio, con polaridades distintas y se los
interconecta mediante un conductor eléctrico
...
Los electrones del cuerpo
cargado con exceso de electrones (carga negativa) serán atraídos hacia los del cuerpo cargado
positivamente intentando la neutralización de las cargas eléctricas
...

Por lo tanto se define como potencial eléctrico, al cociente entre el trabajo realizado por el agente
externo para separar las cargas dividido por la totalidad de cargas separadas
...

Por lo tanto, si consideramos dos puntos A y B en un campo eléctrico, sus respectivos potenciales
serán:

Existen dispositivos que establecen en forma permanente una diferencia de potencial entre sus
terminales (cuyo valor puede ser constante o variar periódicamente), tales como las baterías,
generadores, alternadores, celdas fotovoltaicas, etc
...


VOLTAJE (V)
El Voltaje es la cantidad de energía potencial entre dos puntos de un circuito que origina una
diferencia de potencial y genera la fuerza con la que se mueven los electrones a través de un
conductor y su unidad de Voltaje es el Joule por culombio (J/C), es decir, el voltio (V)
...
Por tanto, será necesario conocer que la necesidad de definir el
concepto de fuerza electromotriz procede del hecho de que la batería separa cargas y crea una
diferencia de potencial
...
Al cabo de un cierto tiempo se ha establecido una
diferencia de potencial entre los puntos A y B
...
Así pues, sobre las cargas actúan dos tipos de fuerzas: las
electrostáticas que tienden a repeler las cargas que llegan a la esfera A
(fuerzas eléctricas y conservativas) y la fuerza de rozamiento (no
conservativa) entre la cinta transportadora y el peine, que hace que las
cargas lleguen a la esfera A
...

Así pues la fuerza total se puede indicar como:

⃗

⃗

⃗

⃗⃗

⃗⃗⃗⃗

Donde E es el campo eléctrico conservativo producido entre los extremos A y B del interior de la
batería, como en el caso de la analogía del generador de Van der Graaf y E’ es un campo no

conservativo debido a las acciones no conservativas como, por ejemplo, reacci ones químicas
dentro de la batería
...
Uno de estos trabajos se
denomina fuerza electromotriz (fem) que se simboliza con la letra épsilon ( ε), es de naturaleza
no electrostática y no es conservativo
...
La unidad de ambos trabajos es el Voltio
...
A estos puntos se les conoce como los terminales de la fuente de fuerza
electromotriz y son los que entregan la energía potencial a la carga para que se de splacen a través
del conductor por los elementos del circuito
...


La diferencia de potencial entre los terminales de la fuente viene dado por:

Lo que quiere decir físicamente que épsilon ( ε) es el trabajo por unidad de carga no conservativo,
que se realiza dentro de la fuente de fuerza electromotriz para aumentarle la energía potencial a
la carga para llevarla desde el potencial (b) al (a) en otras palabras, la fuerza electromotriz lo que
promueve es el aumento del potencial eléctrico de la carga y en cambio la resistencia interna
ocasiona una disminución o caída del potencial eléctrico al pasar una corriente eléctrica a través
de ella, antes de que la carga salga de la fuente de fuerza electromotriz, en otras palabras le
disminuye la capacidad a la fuente
...

Es importante destacar que las fuentes de fuerza electromotriz no son fuentes de corriente, ya
que la fuente genera una fuerza electromotriz constante pero la corriente varía dependiendo de la
carga del circuito, lo que quiere decir que no proporciona una intensidad de corriente constante
...

En este sentido la definición operativa de la diferencia de potencial viene dada a nivel
microscópico como:

∫ ⃗⃗
Donde E’ es un campo no conservativo
...
La
primera debida a un campo no conservativo y la segunda a uno conservativo
...


INTENSIDAD DE CORRIENTE (I)
Para que exista la corriente eléctrica es necesario que las cargas el éctricas estén sometidas a un
campo eléctrico, de tal manera que este origine la fuerza necesaria para que las cargas adquieran
un movimiento definido, por lo tanto, la corriente eléctrica es el movimiento continuo y ordenado
de cargas eléctricas de un cuerpo a otro a través de conductores (sólidos, líquidos o gaseosos)
...

Por consiguiente, si imaginamos un plano que corta al conductor transversalmente, el número de
electrones que estadísticamente pasan de derecha a izquierda es el mismo que el de izquierda a
derecha, por lo que el flujo neto de electrones a través de la superficie es cero
...


Si los extremos del conductor se conectan a los extremos de una pila, se establece un campo
eléctrico ⃗⃗ dentro del conductory los electrones libre experimentan una fuerza en sentido opuesto
al campo y son acelerados en el sentido de esta fuerza
...


La intensidad de la corriente eléctrica (I) es la cantidad de carga neta (q) que circula por una
sección transversal de un conductor en un intervalo de tiempo ( t)
...

Para entender mejor esta definición hagamos nuevamente la analogía con los tanques de agua,
para este caso tomaremos dos tanques de agua idénticos (ambos tienen la misma carga y nivel de
agua), en este caso es el grosor de la manguera del tanque A es más ancha que la del tanque B y
ambas bajan al mismo nivel
...

Ahora si deseamos que el flujo 1 sea igual a flujo 2 podemos realizar una de estas dos opciones:
1
...


Ó
2
...


En la opción (1) notamos que al aumentar la presión aumenta el flujo de agua, por consiguiente y
haciendo nuevamente la analogía tenemos que al aumentar el voltaje aumentamos la intensidad
de corriente y en la opción (2) notamos que al disminuir la presión disminuye el flujo de agua, por
consiguiente al disminuir el voltaje también disminuimos la intensidad de corriente
...

La resistencia eléctrica de cualquier material con un área transversal uniforme depende de cuatro
factores: longitud, área de sección transversal, resistividad eléctrica del material y temperatura
...


Área (A)

La resistencia disminuye conforme se aumenta el área transversal de un conductor debido a que
existe un mayor flujo eléctrico, así como ocurre con el flujo de agua en una manguera de mayor
diámetro en comparación con uno más angosto
...


Resistividad (ρ)
La resistividad eléctrica propia de cada material influye en la resistencia del conductor
...

Cuando el cambio de temperatura no es muy grande, la resistencia de los metales aumenta casi
linealmente, es decir:

(
Donde

)

es la resistividad a determinada temperatura inicial,

temperatura

mayor o menor que la inicial y

es la resistividad a una

es el coeficiente térmico de la resistividad
...

Volviendo al ejemplo anterior de los tanques de agua, podemos observar que el diámetro de la
manguera del tanque A, al ser mayor que el diámetro de la manguera del tanque B, permite el
paso de mayor cantidad de agua que la manguera del tanque A y por analogía deducimos que el
diámetro de la manguera es equivalente a la resistencia eléctrica ya que esta variable incide en el
flujo de agua, lo que sería equivalente al flujo de electrones
...
Esta
resistencia sería la resistencia del conductor
...


Y del sistema de tanque de la derecha se aprecia que al disminuir la resistencia disminuye el
voltaje y al aumentar la resistencia aumenta la intensidad, por lo tanto podemos concluir que el
voltaje es directamente proporcional a la resistencia
...
Esta
fuerza realiza un trabajo
...
Esta energía es proporcionada por una fuente y ella puede ser una pila, una batería, un
generador, etc
...
Este voltaje se entrega de manera que el flujo de cargas eléctricas no
cambia de sentido con el tiempo aunque su amplitud puede variar y que denominamos corriente
continua
...
C
...
C
...
La corriente continua es producida
por baterías, pilas de combustible, dínamos, rectificadores y generadores con conmutadores
...

La corriente continua se representa en un eje de coordenadas, de forma que la horizontal
representa el tiempo de permanencia de la corriente y en la vertical, se representan los valores de
la tensión
...

CORRIENTE CONTINUA CONSTANTE
Es aquella que permanece invariable desde el momento que es aplicada, alcanza su valor, y
durante todo el tiempo que permanece, sigue manteniendo el mismo
...
Si
permanecen largo tiempo conectadas su valor va disminuyendo a medida que se van descargando
...
Existen infinidad de ondas, por lo tanto en los gráficos siguientes, sólo expondremos las
más significativas
...
Una señal muy empleada para
información de revoluciones
...


Otra forma de onda rectangular es la contraria a la anterior, los tiempos de permanencia de la
onda son inferiores a los de ausencia de la misma
...


Onda triangular
La forma de onda triangular, muy empleada en televisión
...


Ondas de dientes de sierra
La corriente en forma de impulsos de aguja, instantáneamente alcanza su valor máximo y su
desaparición casi es igual de rápida
...


CORRIENTE ALTERNA
La corriente alterna es aquella en donde el flujo de cargas eléctricas cambian de sentido con el
tiempo, es decir, que no mantiene un único sentido de circulación
...
El cambio lo hace
siempre con la misma frecuencia, en el mismo tiempo
...
Para la
alimentación de componentes electrónicos, no equipos, no es válida, de hecho cuando se emplea,
es necesario rectificarla, transformarla en continua
...
Se designa por las letras C
...
o según las
siglas en inglés A
...
Existen diferentes clases similares a la corriente continua, pero empleando
ambos valores, positivos y negativos, representaremos en las gráficas las más significativas
...
La tensión
aumenta lentamente hasta alcanzar su valor máximo, en el mismo tiempo desciende hasta llegar a
cero, sigue descendiendo en el mismo tiempo hasta llegar a un valor mínimo, negativo y a partir
de éste, comienza a aumentar, llega a cero y de nuevo llega al punto máximo, positivo
...
Ambos impulsos permanecen el mismo tiempo
...


CORRIENTE ALTERNA TRIANGULAR
Los tiempos de subida y bajada de la corriente, son los mismos, tomando valores positivos y
negativos
...


CORRIENTE ALTERNA DE IMPULSO DE AGUJA
Son impulsos instantáneos, pero con alternancia de positivos y negativos, dentro del estudio del
encendido en el automóvil, podremos apreciarlos
...
Un impulso es el mandado
por la unidad de control, y el otro proviene de la bobina de la electroválvula
...
Periódica, como hemos podido deducir es cuando los tiempos de
permanencia son los mismos, por lo tanto Aperiódica, serán los tiempos de permanencia distintos
...


Un ciclo completo se divide a su vez en dos semiciclos, también llamados alternancias, una positiva
y otra negativa
...
En el caso de la continua, es
muy sencillo, como ya hemos comentado, sobre la vertical se representa la tensión y sobre la
horizontal, el tiempo, la periodicidad
...

Visto esto pasaremos a definir los parámetros fundamentales de la corriente alterna monofásica
tomando como base la corriente alterna senoidal que es la más utilizada
...
Como es independiente del
tiempo se la designa con una letra mayúscula con el subíndice max, tal como lo expresa la
expresión vista anteriormente
...

El tiempo que tarda en se denomina período “T”
...
El número de ciclos que se producen en un segundo se denomina frecuencia “f”

La frecuencia:
Es el número de períodos por segundo o la velocidad angular por cada vuelta completa de una
bobina
...
En Europa se “trabaja” a una frecuencia
de 50 Hz
...
UU
...
Al igual que en Venezuela
...
Como magnitud que es, tiene sus múltiplos como el KiloHerz, MegaHerz, etc
...
Matemáticamente puede expresarse como:

πω==2T1f
Longitud de onda ( )
Es la distancia comprendida entre dos crestas o valores máximos consecutivos, bien sean positivos
o negativos
...


Representación de una f
...
m
...
Cada semionda corresponde a 180°, la onda completa serán 360°
...
Para
su cálculo emplearemos la siguiente fórmula:

Como podemos comprobar en las figuras anteriores la corriente alterna tiene diferentes valores
en el transcurso del tiempo
...

También se le denomina amplitud
...


Valor medio
Es el valor de la intensidad en corriente alterna que transporta la misma carga y en el mismo
tiempo que una corriente continua de igual intensidad o lo que es lo mismo, la media aritmética
de los valores instantáneos de intensidad en una alternancia
...


Esta fórmula es igualmente aplicable a la tensión:

Valor eficaz

Muchos de los instrumentos de medida que se utilizan, no pueden captar un valor
especial instantáneo, como es el máximo, sino un valor “medio”
...
Este parámetro es el valor que indican los
amperímetros y voltímetros de corriente alterna y representa la intensidad de corriente
que es capaz de generar la misma cantidad de calor, por efecto Joule, en un circuito que
una corriente continua de igual intensidad
...

√
Para la tensión podríamos análogamente emplear la misma fórmula
...

Calor disipado en una Resistencia alimentada a 220 eficaces (310V pico)

Calor disipado en una Resistencia alimentada a 220 continuo (V dc)



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