Investigacion de la electromagnetica PDF

Preview

Summary

Investigación de la electromagnética y leyes de faraday, etc....

Description

1.1 ¿Tengo energía eléctrica en casa? Si cuento con energía eléctrica en casa. 1.2 ¿Es lo mismo la atracción electroestática que la magnética? La electrostática es una rama de la Física que estudia los efectos producidos en los cuerpos como consecuencia de sus cargas eléctricas, o lo que es lo mismo, el comportamiento de las cargas eléctricas en situación de equilibrio. Dicha carga eléctrica es la responsable de los efectos electrostáticos (de atracción o de repulsión) que se generan entre los cuerpos que la poseen. La electrostática surgió mucho antes de que se comprendiera que la electricidad y el magnetismo son fenómenos emparentados y que deben estudiarse conjuntamente. El electromagnetismo es la rama de la física que estudia y describe en conjunto los fenómenos eléctricos y magnéticos y sus propiedades. La relación entre electricidad y magnetismo puede reflejarse, por ejemplo, en los campos magnéticos. Inducción electrostática, también conocido como "influencia electrostática”, es una redistribución de la carga eléctrica de un objeto, causada por la influencia de cargas cercanas. En presencia de un cuerpo cargado, un conductor aislado se desarrolla una carga positiva en un extremo y una carga negativa en el otro extremo. La inducción electromagnética/magnética: es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable en los metales. Respuesta: No, porque la electrostática es una carga de electricidad entre dos cuerpos y la magnética y electromagnética es mediante un imán o electroimán y un metal

1.3 Corriente Alterna o Corriente Directa (AC/DC) ¿Qué es la corriente Alterna? La corriente alterna (CA) es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. La corriente que fluye por las líneas eléctricas y la electricidad disponible normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente alterna. ¿Qué es la corriente Directa? La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica.

Aplicaciones de la corriente alterna: Las aplicaciones de la corriente alterna son demasiadas desde la industria hasta nuestros hogares ya que se encuentra en nuestra vida cotidiana.

Aplicaciones de la corriente directa: La corriente continua es empleada en infinidad de aplicaciones y aparatos de pequeño voltaje alimentados con baterías (generalmente recargables) que suministran directamente corriente continua Historia. Una figura alta y delgada apareció en la cubierta del trasatlántico. Un traje oscuro, sin sombrero, dos maletas y cuatro céntimos en su haber. Así llegó Nikola Tesla a Nueva York en junio de 1884. Traía una carta de recomendación de su jefe en París, destinada a Thomas Alva Edison. No tardó Tesla en entrar a trabajar con el gran inventor, pero en el futuro ambos se enfrentarían en la llamada Guerra de las Corrientes. El espigado serbio no ocultó su admiración por el Mago de Menlo Park. Edison llevaba ya años en la cúspide como inventor y empresario. Era uno de los hombres más famosos de la época, y Tesla ya había trabajado para su empresa en Francia. Con la recomendación de por medio, enseguida entró como electricista en uno de los talleres de la Edison en Manhattan. A las pocas semanas, Tesla cumplió con su parte del reto, y cuando fue a exigir su recompensa, Edison le habría dicho que lo de los 50,000 había sido una broma. Por lo visto – dijo el patrón al empleado – no entiendes el humor estadounidense. Un tema muy complicado. Tal cosa, como supuestamente le habría dicho Edison a Tesla, no existe en el “humor estadounidense”. Con el dinero no se juega en ese país. Tampoco creo que Tesla haya mentido abiertamente, más bien pudo haber sido un problema de comprensión lingüística. Pero eso es sólo mi opinión, probablemente nunca conozcamos la verdad. En cualquier caso, Tesla estaba decepcionado, y en ese mismo momento renunció a su puesto en la Edison. Él podía solo. Tesla Electric Light & Manufacturing. Ese fue el nombre elegido para la empresa fundada entre el serbio y dos inversores neoyorquinos. Su misión fue instalar sistemas de iluminación de arco eléctrico, el acostumbrado por esos días. Era un negocio naciente, y con muchas posibilidades. Pero Tesla estaba más interesado en la investigación y en el desarrollo de nuevos sistemas. En esa época, diseñó algunos de sus primeros motores, y un dínamo, que le dio su primera patente en Estados Unidos. No obstante, la divergencia de intereses terminó pronto con la sociedad. Tesla también perdió los derechos de su patente, que había legado a la empresa.Desempleado y sin mucho dinero, el invierno de 1886-87 fue muy duro para el ingeniero. Tan mal lo pasó que terminó cavando zanjas para enterrar los cables de la empresa Edison. Años después contó su frustración al sentir que todos sus estudios y sus amplios conocimientos no le estaban sirviendo de nada. Una nueva oportunidad

El destino volvió a sonreír a Tesla. Aquel invierno conoció a dos nuevos inversores. En abril de 1887, los tres fundaron una empresa donde el electricista se puso a trabajar. Lo mejor es que llegaron a un acuerdo de reparto equitativo con el que todos estuvieron conformes: un tercio de las ganancias irían a los bolsillos de Tesla, otro tercio a los de Alfred S. Brown y Charles F. Peck, sus nuevos socios, y el resto se reinvertiría en investigación y desarrollo. Ese mismo años Tesla construyó un motor de inducción que funcionaba con Corriente Alterna en lugar del típico motor impulsado por Corriente Directa. La diferencia era que, con la primera, se podía trabajar con voltajes más altos, y a una distancia más lejana de la fuente de energía. Tesla dijo que la idea de dicho motor se le había ocurrido cuando trabajaba en Francia. Al llegar a Nueva York, la había abandonado ante la insistencia de Edison de usar Corriente Directa. Esta diferencia sería la base para el conflicto tecnológico más importante del siglo XIX, y uno de los más consecuentes de la historia. La Guerra de las Corrientes El uso de la Corriente Alterna, (AC por sus siglas en inglés), no era nada nuevo. Tanto en Europa como en Estados Unidos varias empresas trabajaban con ella. La ventaja más importante era que se podía transportar a mayores distancias y con mayores voltajes que la Corriente Directa. Precisamente por trabajar con mayores voltajes, era algo más peligrosa. Además, hasta mediados de la década de 1880 nadie había podido construir un motor que funcionara con AC, sin problemas. El motor de Tesla lo cambió todo. En 1888, unos ingenieros de la Westinghouse Electric fueron testigos de una demostración del motor de Tesla, y pronto informaron a su jefe. George Westinghouse llevaba tiempo buscando algo parecido. Incluso ya estaba en negociaciones con el italiano Galileo Ferrari, que tenía su propia versión del motor de inducción. Al final, Westinghouse eligió la patente de Tesla, y se la compró a él y a sus socios. Además, el empresario ofreció al ingeniero la fabulosa cantidad de 2.50 dólares por cada caballo de fuerza producido por sus motores, y le contrató por un año como asesor al ritmo de 2,000 dólares mensuales. Ambas cantidades eran una fortuna para la época, y tuvieron mucho que ver con el futuro de la compañía, y de Nikola Tesla. La competencia En aquellos años, Thomas Alva Edison era una superestrella. Desde 1869, había encadenado una serie de patentes tan prácticas como célebres: el fonógrafo, el micrófono de carbón, y claro está, la primera lámpara incandescente comercial. Tenía sentido que también entrase en el negocio de producción y distribución de electricidad, y así lo hizo.

El problema es que Edison adoptó la Corriente Directa para sus generadores. Y no es que fuera algo malo per se, sino que tenía muchas limitaciones. Por ejemplo, para mantener el voltaje, los generadores no podían estar muy lejos del consumidor, lo cual obligaba a Edison a construir muchas plantas de energía. En 1885, sólo en Nueva York tenía 22. Caro e impráctico, pero era Edison. La AC tenía sus defensores, pero no fue hasta el invento del motor de Tesla que se le vio como una posibilidad funcional. Además, Tesla estaba inventando otros artilugios para mejorar la distribución. Por ejemplo, mejoró un transformador para permitir el transporte de electricidad a cierto voltaje, y bajarlo o subirlo dependiendo de las necesidades del consumidor. Los hogares necesitaban poco voltaje, las fábricas mucho más. Edison no iba a quedarse con las manos cruzadas, y declaró la Guerra de las Corrientes a sus adversarios.

Juego sucio La Guerra de las Corrientes que no fue nada corriente, hay que decirlo. A decir verdad, fue bastante sucia, como suelen ser las guerras. Pero no lo hubiese sido si Edison hubiese aceptado su derrota cuando vio la evidencia. Cuando Westinghouse se hizo con las patentes de Tesla, comenzó a construir sus propias plantas, y a competir con Edison. La primera reacción del último fue decir que la AC era menos fiable, y más peligrosa. Para demostrarlo, Edison contó con un aliado. Harold P. Brown era un electricista autodidacta. Entre 1876 y 1884 trabajó para varias empresas del naciente campo de la electricidad, para luego abrir su propia consultoría. En 1888, Brown saltó a la fama cuando se destacó como uno de los más ardientes enemigos de la AC, y defensor de la DC. En realidad, Brown se hizo famoso por hacer diversas demostraciones en las que “probaba” que la AC era peligrosa. Para ello, electrocutaba animales en vivo y a todo color, frente a los curiosos. Brown también fue el primer promotor de la silla eléctrica, la cual debía usar AC, pues así podría equiparar a la Corriente Alterna con la muerte. Era juego sucio, pero en la Guerra de las Corrientes todo se valía. Eso sí, funcionó sólo por un tiempo.

Descubrimiento importante El tramposo cae al pozo. En agosto de 1889, un periódico neoyorquino publicó unas cartas que demostraban que Brown estaba trabajando para

Edison. No sólo recibía asesoramiento de cómo llevar a cabo la campaña, también los fondos. La silla eléctrica había sido una idea de Edison , y la electrocución de los animales, perros, caballos y hasta un elefante, fue la idea de un empleado de la Edison Electric.

Como decía, la campaña funcionó por un tiempo. La gente creyó la premisa de que la AC era más peligrosa por naturaleza que la DC. Mientras tanto, Westinghouse y Tesla hacían lo posible por demostrar lo contrario. Cuando la Guerra de las Corrientes llegó a los tribunales y a la prensa seria, se demostró que Brown había hecho trampa en la electrocución de animales, utilizando siempre un voltaje más alto con la AC que con la DC. Poco a poco, la opinión pública, y la empresarial, comenzó a decantarse por la Corriente Alterna. Victoria Como decía, la campaña funcionó por un tiempo. La gente creyó la premisa de que la AC era más peligrosa por naturaleza que la DC. Mientras tanto, Westinghouse y Tesla hacían lo posible por demostrar lo contrario. Cuando la Guerra de las Corrientes llegó a los tribunales y a la prensa seria, se demostró que Brown había hecho trampa en las electrocuciones de animales, utilizando siempre un voltaje más alto con la AC que con la DC. Poco a poco, la opinión pública, y la empresarial, comenzó a decantarse por la Corriente Alterna. lo mismo sucedió con el proyecto para domar la energía de las cataratas del Niágara. La Westinghouse, con las patentes y las mejoras de Tesla, ganó el contrato y construyó la planta de generación eléctrica diseñada por él. Por cierto, el inventor serbio era el único que creía que podía funcionar, y tuvo razón. La Guerra de las Corrientes había terminado. Westinghouse, Tesla y la AC, se alzaron con la victoria sobre Edison Electric, T.A. Edison, y la DC. Por si fuera poco, los directores de la Edison Electric decidieron apartar a su fundador por obsesionarse tanto con la DC. Edison Electric pasó a llamarse General Electric. A la Westinghouse no le fue mejor. Debido a los altos gastos contraídos en los dos grandes contratos, y las licencias que debía pagar a Tesla, quedó al borde de la bancarrota. Sobrevivió a la Guerra de las Corrientes, pero nunca pudo aprovecharse de su bien ganada victoria. 1.4 Potencia eléctrica. La 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 potencia eléctrica se representa con la letra P y la unidad de medida es el Vatio (Watt)

Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo cualquiera para realizar un trabajo. El desplazamiento de una carga eléctrica (Q) entre dos puntos sometidos a una diferencia de potencial (U) supone la realización de un trabajo eléctrico (Energía) W= Q*U, como Q = I*t, entonces W = U*I*t. donde I es la corriente del circuito y t el tiempo El trabajo desarrollado en la unidad de tiempo es la potencia P, entonces P = W/t = U*I*t/t= U*I. La energía eléctrica se puede producir, ejemplo un alternador, o bien consumir, ejemplo un motor. Cuando se conecta un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria, esta energía consumida se mide kWh De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento, o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado. Potencia en corriente continua Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es P = W/t Donde W es la energía. W= U*I*t Entonces P= U*I*t/t Simplificando el tiempo queda. P=U*I Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios). Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P. Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como, P = R * I2 = U2 / R

Potencia en corriente alterna El cálculo de la potencia eléctrica en circuito de corriente alterna se hace más complejo debido al desfase que provocan ciertos consumidores entre la corriente y la tensión. Por esto cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Si a un circuito se aplica una tensión sinusoidal V(t) con velocidad angular w y valor de pico V0 de forma que. V(t) = V0 * sen (Wt) Esto provocará, en el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común), una corriente I(t) desfasada un ángulo Ø respecto de la tensión aplicada. I(t) = I0 * sen (wt - Ø) Para el caso puramente resistivo, se puede tomar el ángulo de desfase como cero. La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores: P(t) = V0 * I0 * sen (wt) * sin (wt - Ø) Aplicando trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente: P(t) = U0 * I0 * Sustituyendo los valores del pico por los eficaces: P(t) = V * I cos(Ø) – V * I cos (2wt - Ø) Se obtiene así para la potencia un valor constante, V * I cos(Ø) y otro variable con el tiempo V * I cos(2wt - Ø) , al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante. Tanto en los circuitos inductivos como capacitivos la corriente se desfasa de la tensión en ángulo Ø esto provoca que aparezcan componentes activos y reactivos en la corriente eléctrica y que la corriente total o aparente del circuito sea la suma vectorial de ambos componentes, algo muy similar sucede con la potencia eléctrica del circuito. Los valores de estas componentes pueden ser calculados de la siguiente forma. Ia = I * cos Ø Ir = I* sen Ø El surgimiento de una componente activa y reactiva en la corriente, provoca que la potencia se comporte de igual modo dando lugar a que en los circuitos de corriente alterna aparezcan tres tipos de potencia.

Potencia total o aparente que se representa con la letra S. Potencia reactiva que se representa con la letra Q. Potencia activa que se representa con la letra P. 1.5 Aportaciones de Oersted y Faraday Hans Christian Oersted (1777-1851) Hijo de un farmacéutico, recibió de pequeño una cuidada educación, demostrando, ya desde entonces, unas dotes excepcionales para el estudio. Con 16 años fue a Copenhague donde, un año después, aprobó el examen de acceso a la Universidad de la misma ciudad para estudiar farmacia, aunque las verdaderas pasiones de Oersted eran la física y la química. Entre 1801 y 1803 viajó por Alemania, Holanda y Francia impartiendo conferencias. Durante estos años tuvo bastante contacto con el físico alemán J. W. Ritter y sus teorías sobre el galvanismo, que tuvieron una gran influencia sobre él. Marcaron también su pensamiento e investigaciones un interés cada vez mayor por la filosofía de la naturaleza, el pensamiento del filósofo alemán Immanuel Kant y el romanticismo europeo. Posteriormente, trabajó como profesor de física y química en la propia Universidad de Copenhague y realizó nuevos viajes por Europa entre 1812 y 1813, en los que mantuvo contacto con otros científicos. Oersted ya intuía desde hacía años que había algún tipo de relación entre electricidad y magnetismo, pero fue en 1820 cuando realizó el experimento crucial que vería nacer el electromagnetismo: cuando hacía pasar una corriente eléctrica por un hilo conductor cerca de una aguja imantada, vio que ésta se desviaba, se movía. A raíz del experimento, Oersted investigó intensamente el fenómeno y abrió el camino para que Ampere y Faraday desarrollaran las leyes del electromagnetismo. Ese mismo año la Royal Society de Londres le otorgó la Medalla Copley, el mayor reconocimiento al trabajo científico por un logro sobresaliente, como el que Oersted acababa de conseguir. Fue una de las muchas distinciones y reconocimientos que recibiría en su vida por su gran labor científica. También hizo una importante aportación a la química aislando por primera vez el aluminio en 1825. Sin dejar de lado su labor de investigación, fundó una sociedad para la divulgación de la ciencia y fue un activo conferenciante. Participó activamente en la vida científica y cultural de su país y fue una persona muy querida entre sus compatriotas. La contribución más importante de este gran físico y químico danés fue el descubrimiento de la relación entre la electricidad y el magnetismo, dos disciplinas que, hasta entonces, se

habían tratado de forma independiente. Esta relación es la base del funcionamiento de los electroimanes, motores, alternadores y dinamos que han cambiado el panorama científico y técnico de nuestro tiempo. Michael Faraday Michael Faraday nació el 22 de septiembre de 1791 en Newington Butts, en aquella época una zona urbana del condado de Surrey, en el sureste de Inglaterra. Su padre, James Faraday, pertenecía a una corriente cristiana, la Glassite, y era herrero en el pueblo de Outhgill. Su madre era Margaret Hastwell, quien hasta el momento ...