GENERADOR, TRANFORMADOR Y MOTOR ELECTRICO.

TRANSFORMADOR

Es un dispositivo que puede producir una corriente eléctrica ejerciendo una fuerza no electrostática sobre las cargas eléctricas. Debe ser no electrostática pues un campo electrostático no puede producir trabajo neto sobre una curva cerrada y por tanto no puede mantener una corriente en un circuito cerrado. Como ejemplos de estas fuerzas tenemos fuerzas magnéticas, químicas o mecánicas, e incluso eléctricas (no estáticas).

Esta fuerza mueve a las cargas situadas en el interior del generador, separándolas y creando la aparición de un polo positivo (o ánodo) y uno negativo (o cátodo).

La naturaleza de las fuerzas no eléctricas sobre las cargas eléctricas dentro de los generadores puede ser muy diversa. Aquí es suficiente para nuestro propósito explicar cualitativa mente los tres tipos más comunes de estas fuerzas.

Generador Van de Graaff en el museo de la Ciencia de Boston Fuerzas mecánicas
El ejemplo más sencillo es el constituido por las fuerzas mecánicas, en las que se basa el llamado generador de Van de Graaf. Éste consiste en una banda de goma aislante que se carga por fricción o por precipitación de cargas. La banda transporta la carga fijada a su superficie hasta una cúpula metálica conductora. De esta forma se produce una separación de la carga. Si esta cúpula se uniera por algún conductor a tierra, se produciría una corriente óhmica en sentido contrario al arrastre por la banda de goma. Este mismo principio explica la electrización de los jugadores de baloncesto en un día seco.

Pilas químicas
Históricamente, el primer conjunto de fuentes de fuerzas electromotrices, capaces de producir corrientes de suficiente intensidad, y por un período significativo de tiempo, fueron las células químicas. Básicamente consisten en lo siguiente: consideremos un cuerpo metálico inmerso en una solución conductora del mismo componente químico. El cuerpo metálico se denomina electrodo y la solución electrolito. En una delgada capa de contacto entre electrodo y electrolito, actúan sobre las cargas eléctricas ciertas fuerzas. Estas fuerzas tienen diferente magnitud e incluso diferentes direcciones para distintos pares de electrodos y electrolitos. Por tanto, si dos electrodos de diferente material se sumergen en el mismo electrolito, estas fuerzas actuarán desde un electrodo hacia el electrolito, y desde el electrolito hacia el otro electrodo. Si los electrodos están conectados por conductores metálicos, actuarán como una bomba hidráulica que empuja las cargas eléctricas en la misma dirección.

TRANSFORMADOR

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro de diferente amplitud, que entrega a su salida.
Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan:
• Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y
• Bobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.
La bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna. Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje (ley de Faraday). En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (por ejemplo a una resistencia, una bombilla, un motor, etc.)
La relación de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de voltaje.

MOTOR ELÉCTRICO

Un motor eléctrico es una máquina que para producir el movimiento deseado resulta capaz de transformar la energía eléctrica propiamente dicha en energía mecánica, todo logrado a través de diferentes interacciones electromagnéticas.

Hay algunos motores eléctricos que son reversibles, vale decir que pueden hacer el proceso inverso al mencionado antes, es decir transformar la energía mecánica en energía eléctrica pasando a funcionar como un auténtico generador
.

Un caso muy común del uso de motores eléctricos de tracción se da en el de las locomotoras que por lo general hacen las dos tareas si es que se las equipa con frenos re generativos

.

A los motores eléctricos se los utiliza además en instalaciones industriales, comerciales y hasta en los domicilios particulares, pero también se los está implementando cada vez con más frecuencia en los autos híbridos para aprovechar las amplias ventajas que ofrece esta posibilidad.
Los principios de funcionamiento tanto en los motores de corriente alterna como los de corriente directa son básicamente los mismos, indicando que si un conductor por el cual circula la corriente eléctrica está dentro del radio de acción de un campo magnético, éste tenderá a desplazarse de forma perpendicular a las líneas de acción del campo magnético, generando de ese modo el movimiento deseado.

ELECTROMGNETISMO

El electromagnetismo estudia la interacción entre cargas eléctricas, a través del concepto de campo electromagnético. La importancia de la teoría electromagnética hoy en día es incuestionable, dada la gran cantidad de aplicaciones en nuestro mundo cotidiano.

estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos que se unen en una sola teoría aportada por Faraday, que se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos y magnéticos conocidas como las ecuaciones de Maxwell . Gracias a la invención de la pila de limón, se pudieron efectuar los estudios de los efectos magnéticos que se originan por el paso de corriente eléctrica a través de un conductor .

El Electromagnetismo, de esta manera es la parte de la Física que estudia los campos electromagnéticos y los campos eléctricos , sus interacciones con la materia y, en general, la electricidad y el magnetismo y las partículas subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.

El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los c

ampos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.

CAMPO MAGNETICO.

“Se define campo magnético como la perturbación un que un imán (o una corriente electrica) produce en el
espacio que lo rodea”. Como veremos, debido a esta perturbación del espacio los imanes, los conductores
por los que circula corriente eléctrica y/o las cargas en movimientos que estén por esa
zona sufren unas fuerzas a distancia que llamamos fuerzas magnéticas.

El campo magnético es un campo vectorial (a cada punto del espacio le corresponde un
vector Br ). Por ello para representarlo gráficamente utilizamos el concepto de las líneas
de campo. Características (generales) de las lineas de campo (de cualquier campo vectorial):
• Son paralelas a Br en cada punto (nos indican la dirección y sentido de Br en cada
punto).
• Una mayor densidad de lineas (líneas más juntas) representa un campo más
intenso ( Brmodulo, mayor).
• Menor densidad de lineas (líneas más separadas) representa un campo menos
intenso ( Brmodulo, menor).

Debido a las fuerzas magnéticas una pequeña brújula (aguja imantada) se orienta paralelo al campo magnético y por tanto a las líneas de campo. Podemos usar este procedimiento para dibujar las líneas
asociadas a cualquier imán.

Características especificas de las lineas del campo magnético: 

• Más juntas en los polos (el campo es más intenso en los polos)

• Son siempre líneas cerradas. Nunca
pueden terminar en el infinito, siempre
hacen bucles o empiezan en un polo y
terminan en otro.
• Se les atribuye, por convenio, un
sentido.Salen siempre de un polo N y
terminan en un polo S. Las líneas de
campo salen del polo norte del imán, recorren el espacio exterior, regresan al
imán por el polo sur y continúan por su interior hasta el polo norte.

TIPOS DE IMANES.

Se denominan imanes los cuerpos que poseen propiedades magnéticas, es decir que
tienen la propiedad de atraer limaduras de hierro y de atraerse (repelerse) entre sí,
denominándose a esta propiedad magnetismo (más propiamente, ferro magnetismo).

Según su origen, los imanes se clasifican en naturales y artificiales.

TIPOS DE IMANES:

Los imanes naturales: que son cuerpos que se encuentran en la naturaleza y que tienen
propiedades magnéticas. El elemento constitutivo más común de los imanes naturales
es la magnetita: óxido ferroso férrico (Fe3O4), mineral de color negro y brillo metálico.

Los imanes artificiales: que son los que se obtienen por imantación de ciertas sustancias 

metálicas. Es decir, un imán artificial es un cuerpo metálico al que se ha comunicado la 

propiedad del magnetismo, mediante frotamiento con un imán natural, o bien por la 

acción de corrientes eléctricas aplicadas en forma conveniente (electro-imanación). 

Los imanes que utilizamos habitualmente son imanes artificiales. Los imanes 

artificiales más comunes son de hierro dulce o de acero. El hierro dulce es hierro 

prácticamente puro y el acero es una aleación de hierro y carbono en la que éste se 

encuentra en un porcentaje muy pequeño. 

tambien encontramos lo que se llama electro iman que bien es:

Electroimán: es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la cual circula 

corriente eléctrica, la cual lleva por tanto asociado un campo magnético.

También hay dos clases de imanes, los que son temporales y los que son permanentes:

Imanes temporales pierden sus  propiedades magnéticas cuando deja de  actuar sobre ellos la causa que produce la imantación. Los imanes construidos con hierro dulce son de este tipo. Estos imanes se utilizan para fabricar electro-imanes para timbres eléctricos, telégrafos, teléfonos etc.

s imanes permanentes mantienen sus propiedades aunque deje de actuar la causa que produce la imantación. Los imanes construidos con acero son de este tipo. Estos imanes se utilizan en la construcción de diversos aparatos eléctricos, como dinamos, amperímetros, voltímetros, motores, etc.

las características de los imanes, son:

siempre tendran. dos polos el polo negativo y el polo positivo, también que siempre los polos iguales se repelen y los contrarios se atraen.

Hay diversos métodos para obtener imanes artificiales. Para ponerlos en práctica, en la 

mayoría de los casos se necesitan un imán y un objeto de hierro o de acero. 

Imantación por frotamiento 

Frotamos repetidamente una barra de acero con un imán. Lo haremos siempre en el mismo 

sentido y con el mismo extremo del imán. Al acercar la barra de acero a unas limaduras de 

hierro, podremos observar que las atrae. 

Imantación por contacto 

Acercamos una aguja de acero a un imán, de forma que estén en contacto. Observamos que, al 

acercarlos a unas limaduras de hierro, éstas son atraídas tanto por el imán como por la aguja. Cuando 

los separamos, la aguja mantiene las propiedades magnéticas, ya que, al acercarla de nuevo a las 

limaduras de hierro, las sigue atrayendo. 

Imantación por influencia 

Acercamos un imán a una barra de acero sin que lleguen a tocarse. La barra atrae los clavos de 

hierro que se encuentran en sus proximidades. Cuando separamos el imán, la barra también 

mantiene las propiedades magnéticas, ya que continúa atrayendo los clavos de hierro. 

MAGNETISMO

 .
Todos hemos observado como un imán atrae objetos de hierro.

La razón por la que ocurre este hecho es el 

magnetismo. Los imanes generan un campo magnético por su naturaleza. Este campo magnético es más 

intenso en dos zonas opuestas del imán, que son los polos norte y sur del imán. El polo norte de un imán se 

orienta hacia el norte geográfico, mientras que el polo sur lo hacer hacia el sur geográfico (gracias a esta 

propiedad funcionan las brújulas). Esta orientación de los imanes se produce como consecuencia de las 

fuerzas magnéticas de atracción que se producen entre polos opuestos de imanes y de repulsión entre polos 

homólogos. 

La tierra es un enorme imán cuyo polo norte se encuentra en el polo sur geográfico y en consecuencia el polo 

sur, en el norte geográfico, de ahí, que el polo norte de un imán se oriente al norte geográfico (donde se 

encuentre el polo sur magnético terrestre) y viceversa. 

Los efectos de un imán se manifiestan en una zona donde decimos que existe un campo magnético. Los 

campos magnéticos los podemos representar gráficamente mediante las líneas de inducción magnética, que 

por convenio, salen del polo norte y entran por el polo sur (son líneas cerradas, por lo que no puede existir un 

imán con un solo polo). 

La intensidad de un campo magnético la podemos cuantificar mediante la inducción magnética o densidad 

de flujo B. La unidad de medida de esta magnitud es el Tesla (T). Al número total de líneas de inducción 

magnética que atraviesan una superficie magnética se denomina flujo magnético Φ. La unidad de medida 

para el flujo magnético es el Weber (Wb).

Tambien otro punto interesante es como se descubrió el magnetismo.

El fenómeno del magnetismo fue conocido por los griegos desde el año 800 A.C. Ellos descubrieron que ciertas piedras, ahora llamadas magnetita (Fe3O4),atraían  piezas

de hierro . La leyenda adjudica el nombre de magnetita a un fragmento de mineral de hierro magnetizado que fue encontrado en la antigua ciudad de Magnesia.

LEY DE JOULE

Ley de joule

james prescott joule 

Es la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede ni crearse ni destruirse solo se puede cambiar de forma

Al circular una corriente eléctrica a través de un conector el movimiento de electrones dentro de el mismo producen choques con los atomos del conductor cuando adquieren velocidad constante lo que hace que parte de la energacinetica de los electrones se convierta en calor, con un consiguiente aumento en la temperatura del conductor. Mientras mas corriente fluya mayor será el aumento de la energía térmica.

La cantidad de calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia de la corriente

Su formula es :

W= I X R X T

Lo que significa

W  : cantidad de calor

I  : intensidad de la corriente en ampares

R : resistencia eléctrica

T  : tiempo de duración de la corriente

Normalmente cuando el trabajo eléctrico se manifiesta en forma de calor se suele usar la caloría como unidad es fácil calcular sabiendo que

1 joule = 0.24 calorias

1 caloria = 4.18 joules

Es la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede ni crearse ni destruirse solo se puede cambiar de forma

Al circular una corriente eléctrica a través de un conector el movimiento de electrones dentro de el mismo producen choques con los atomos del conductor cuando adquieren velocidad constante lo que hace que parte de la energacinetica de los electrones se convierta en calor, con un consiguiente aumento en la temperatura del conductor. Mientras mas corriente fluya mayor será el aumento de la energía térmica.

La cantidad de calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia de la corriente

Su formula es :

W= I X R X T

Lo que significa

W  : cantidad de calor

I  : intensidad de la corriente en ampares

R : resistencia eléctrica

T  : tiempo de duración de la corriente

Normalmente cuando el trabajo eléctrico se manifiesta en forma de calor se suele usar la caloría como unidad es fácil calcular sabiendo que

1 joule = 0.24 calorias

1 caloria = 4.18 joules

Ejercicios

1.       Calcular el tiempo que ha estado conectada una reistencia de 100 Ω, que ha disipado 4,5 kj,Mientras por ella circulaban 500 mA.

2.       Calcula el valor de la resistencia que disipa 720 kj, cuando es atravesada durante 10 minutos  porUna distancia de corriente en ampares

3.       Calcula la intensidad que ha recorrido durante 5  minutos una reistencia de 2,2k Ω , si en ese tiempo ha disipado 41,25 kj

eejemplo 

ddescubrio au relacion con el trabajo mecanico lo cual le condujo a la teoria de la energia la unidad internacional de la energia calor y trabajo , el joule (julio) fue bautizada a su honor esta teoria

 Joule recibió muchos honores de universidades y sociedades científicas en todo el mundo. Sus escritos científicos se publicaron en 1885 y 1887

Analizo la posible relación existente entre estas energías térmicas y mecánicas para lo cual construyo un dinamómetro mediante un sistema de poleas sumergidas en agua , que se accionaban por la acción de un peso al descender  por una polea

POTENCIA ELECTRICA

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 unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).

Si un joule de energía se gasta en transferir un coulomb de carga a través del dispositivo en un segundo, la tasa de transferencia de energía es un watt. La potencia absorbida debe ser proporcional al número de coulombs transferidos por segundo (corriente) y a la energía necesaria para transferir un coulomb a través del elemento (tensión). De tal modo, se tiene: p = vi

            p= potencia 

                                                         v= voltaje

                                                         i= intensidad de corriente

Dimensionalmente, el miembro derecho de esta ecuación se obtiene del producto de joules por coulomb y de los coulombs por segundo, lo cual produce la dimensión esperada de joules por segundo, o watts.

 Si una terminal del elemento es v volts positiva con respecto a la otra terminal, y si una corriente i está entrando al elemento a través de esa terminal, este elemento absorbe una potencia p = vi; también es correcto decir que se entrega al elemento una potencia p = vi. Cuando la flecha de corriente se dirige hacia el elemento en la terminal marcada como positiva, se satisface la convención de signos pasiva, la cual debe estudiarse con todo cuidado, entenderse y memorizarse. En otras palabras, indica que si la flecha de corriente y los signos de polaridad de tensión se sitúan de manera tal que la corriente entra en el extremo del elemento marcado con el signo positivo, la potencia absorbida por el elemento se expresa mediante el producto de las variables de corriente y tensión especificadas. Si el valor numérico del producto es negativo, se dice que el elemento absorbe potencia negativa, o que en realidad está generando potencia y la entrega a algún elemento externo. Por ejemplo, "v" = 5 V e "i" = − 4A, el elemento absorbe −20 W o genera 20 W. 

Las convenciones sólo se requieren cuando existe más de una forma de hacer algo y quizá se produzca confusión cuando dos grupos diferentes tratan de comunicarse. Por ejemplo, resulta bastante arbitrario ubicar siempre el “norte” en la parte superior de un mapa; las manecillas de las brújulas no apuntan hacia “arriba”, de ningún modo. Sin embargo, si se habla con personas que han elegido de manera secreta la convención opuesta de situar el “sur” en la parte superior de sus mapas, ¡imagine la confusión que se produciría! De la misma manera, existe una convención general que siempre dibuja las flechas de corriente apuntando hacia la terminal de tensión positiva, sin que importe si el elemento suministra o absorbe potencia, lo cual no es incorrecto pero en ocasiones origina corrientes que no son intuitivas y que se indican en los esquemas de los circuitos. La razón de ello es que simplemente parece más natural referirse a una corriente positiva que fluya hacia afuera de una fuente de tensión o de corriente que está suministrando potencia positiva a uno o más elementos de circuito.