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• Marce Richard

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CIRCUITO SERIE, PARALELO Y MIXTO SERIE Las bombillas se conectan una a continuación de la otra, la intensidad de la corriente es la misma en todo el circuito y el voltaje de la pila se reparte entre las dos bombillas.

PARALELO Las bombillas se conectan “frente a frente”, de manera que el voltaje de la pila se suministra íntegramente a cada bombilla, aunque la corriente que tiene que suministrar es mayor (el doble que si hay una sola bombilla).

MIXTO Si en un mismo circuito se conectan bombillas tanto en serie como en paralelo se conoce como circuito mixto.

Circuitos en Serie  Las características de los circuitos en serie son:  - Los elementos están conectados como los eslabones de una cadena (el final de uno con el principio del otro). La salida de uno a la entrada del siguiente y así sucesivamente hasta cerrar el circuito. Veamos una bombilla y un timbre conectados en serie:

 - Todos los elementos que se conectan en serie tienen la misma intensidad, o lo que es lo mismo, la misma intensidad recorre todos los elementos conectados en serie. Fíjate que la intensidad que sale de la pila es la misma que atraviesa cada receptor.

 It = I1 = I2 = I3 ......  - La tensión total de los elementos conectados en serie es la suma de cada una de las tensiones en cada elemento:   Vt = V1 + V2 + V3 ....  - La resistencia total de todos los receptores conectados en serie en la suma de la resistencia de cada receptor.  Rt = R1 + R2 + R3 .....  - Si un elemento de los conectados en serie deja de funcionar, los demás también. Date cuenta que si por un elemento no circula corriente, al estar en serie con el resto, por los demás tampoco ya que por todos pasa la misma corriente o intensidad (es como si se cortara el circuito).  Veamos como se resuelve un circuito en serie con 3 resistencias.  Ejercicios de Circuitos en Serie  Lo primero será calcular la resistencia total. Esta resistencia total también se llama resistencia equivalente, por que podemos sustituir todos las resistencia de los receptores en serie por una sola cuyo valor será el de la resistencia total. Fíjate en el circuito siguiente:

 Rt = R1 + R2 + R3 = 10 + 5 + 15 = 30Ω. El circuito equivalente quedaría como el de la derecha con una sola resistencia de 30 ohmios. Ahora podríamos calcular la Intensidad total del circuito.

Según la ley de ohm:  It = Vt/Rt = 6/30 = 0,2 A  que resulta que como todas las intensidades en serie son iguales:  It = I1 = I2 = I3 = 0,2A   Todas valen 0,2 amperios.  Ahora solo nos queda aplicar la ley de ohm en cada receptor para calcular la tensión en cada uno de ellos:  V1 = I1 x R1 = 0,2 x 10 = 2V  V2 = I2 x R2 = 0,2 x 5 = 1V  V3 = I3 x R3 = 0,2 x 15 = 3V  Ahora podríamos comprobar si efectivamente las suma de las tensiones es igual a la tensión total:  Vt = V1 + V2 + V3 = 2 + 1 + 3 = 6 V Como ves resulta que es cierto, la suma es igual a la tensión total de la pila 6 Voltios.  Recuerda: Para tener un circuito resuelto por completo es necesario que conozcas el valor de R, de I y de V del circuito total, y la de cada uno de los receptores. En este caso sería:    Vt, It y Rt    V1, I1 y R1    V2, I2 y R2    V3, I3 y R3  Como ves ya tenemos todos los datos del circuito, por lo tanto ¡Ya tenemos resuelto nuestro circuito en serie!.  Puede que nos pidan calcular las potencias en el circuito. En este caso sabiendo la fórmula la potencia que es:     P = V x I

   Pt = Vt x It = 6 x 0,2 = 1,2w    P1 = V1 x I1 = 2 x 0,2 = 0,4w    P2 = V2 x I2 =1 x 0,2 = 0,2w    P3 = V3 x I3 = 3 x 0,2 = 0,6w  Fíjate que en el caso de las potencias la suma de las potencias de cada receptor siempre es igual a la potencia total ( en serie y en paralelo) Pt = P1 + P2 + P3.  Si no s piden la energía consumida en un tiempo determinado solo tendremos que aplicar la fórmula de la energía:   E = P x t. Por ejemplo vamos hacerlo para 2 horas.   Et = Pt x t = 1,2 x 2 = 2,4 wh (vatios por hora). Si nos piden en Kwh (kilovatios por hora) antes de aplicar la fórmula tendremos que pasar los vatios de potencia a kilovatios dividiendo entre mil.   Pt = 0,0012 x 2 = 0,0024Kwh  También podríamos calcular las energía de cada receptor: E1 = P1 x t ; E2 = P2 x t ...., pero eso ya lo dejamos para que lo hagas tu solito.  Aquí tienes otros dos circuitos en serie resueltos:

 Ojo que no te despiste la colocación de las resistencias en el segundo circuito, si te fijas están una a continuación de otra, por lo tanto están en serie.  Para circuitos en serie en corriente alterna visita este enlace: Circuitos Corriente Alterna. Circuitos en Paralelo  Las características de los circuitos en paralelo son:  - Los elementos tienen conectadas sus entradas a un mismo punto del circuito y sus salidas a otro mismo punto del circuito.

 - Todos los elementos o receptores conectados en paralelo están a la misma tensión, por eso:    Vt = V1 = V2 = V3 .....  - La suma de la intensidad que pasa por cada una de los receptores es la intensidad total:

   It = I1 + I2 + I3 .....  OJO no te confundas, si te fijas es al revés que en serie.  - La resistencia total o equivalente de los receptores conectados en paralelo se calcula con la siguiente fórmula:

 - Si un receptor deja de funcionar, los demás receptores siguen funcionando con normalidad. Este es el principal motivo por lo que la mayoría de los receptores se conectan en paralelo en las instalaciones.  Vamos a calcular un circuito en paralelo.  Ejercicios Circuitos en Paralelo

 Podríamos seguir los mismos pasos que en serie, primero resistencia equivalente, luego la It, etc. En este caso vamos a seguir otros pasos y nos evitaremos tener que utilizar la fórmula de la resistencia total.  Sabemos que todas las tensiones son iguales, por lo que:    Vt = V1 = V2 = V3 = 5V; todas valen 5 voltios.  Ahora calculamos la intensidad en cada receptor con la ley de ohm I

= V / R.   I1 = V1 / R1 = 5/10 = 0,5A   I2 = V2 / R2 = 5/5 = 1A   I3 = V3 / R3 = 5/15 = 0,33A  La intensidad total del circuito será la suma de todas las de los receptores.   It = I1 + I2 + I3 = 0,5 + 1 +0,33 = 1,83  Date cuenta que la I3 realmente es 0,333333333... por lo que cometeremos un pequeño error sumando solo 0,33, pero es tan pequeño que no pasa nada.  ¿Nos falta algo para acabar de resolver el circuito? Pues NO, ¡Ya tenemos nuestro circuito en paralelo resuelto! ¿Fácil no?.  Repito que podríamos empezar por calcular Rt con la fórmula, pero es más rápido de esta forma. Si quieres puedes probar de la otra manera y verás que te dará lo mismo.  Para calcular las potencias y las energías se hace de la misma forma que en serie.  Aquí te dejamos otro circuito en paralelo resuelto:

 Para circuitos en Paralelo en Corriente Alterna : Circuitos en Alterna

en Paralelo y Mixtos.  Para calcular circuitos de 3 resistencias en circuito mixto (mezcla serie y paralelo), te recomendamos que vayas al siguiente enlace: Calculo de Circuitos Mixtos.   Si quieres aprender a calcular circuitos en corriente alterna te dejamos este otro enlace: Circuitos Corriente Alterna. IRCUITOS ELÉCTRICOS SERIE, PARALELO Y MIXTO 1. CIRCUITOS EN SERIE Los circuitos en serie son aquellos que disponen de dos o más operadores conectados uno a continuación del otro, es decir, en el mismo cable o conductor. Dicho de otra forma, en este tipo de circuitos para pasar de un punto a otro (del polo - al polo +), la corriente eléctrica se ve en la necesidad de atravesar todos los operadores. En los circuitos conectados en serie podemos observar los siguientes efectos: A medida que el número de operadores receptores que conectamos aumenta (en nuestro caso lámparas), observaremos como baja su intensidad luminosa. Cuando por cualquier causa uno de ellos deja de funcionar (por avería, desconexión, etc), los elementos restantes también dejarán de funcionar, es decir, cada uno de ellos se comporta como si fuera un interruptor En los circuitos en serie se cumplen las siguientes condiciones: La intensidad que circula por el circuito es siempre la misma. La resistencia total del circuito es la suma de las resistencias de los receptores. El voltaje total del circuito es la suma de los voltajes de cada receptor. Un físico muy famoso en el estudio de la electricidad y de los circuitos eléctricos fué Ohm. Vamos a observar ahora la construcción y el funcionamiento de un circuito en serie mediante el siguiente video: 2. CIRCUITOS EN PARALELO Un circuito en paralelo es aquel que dispone de dos o más operadores conectados en distintos cables. Dicho de otra forma, en ellos, para pasar de un punto a otro del circuito (del polo - al polo +), la corriente eléctrica dispone de varios caminos alternativos, por lo que ésta sólo atravesará aquellos operadores que se encuentren en su recorrido Lo podemos ver en la siguiente imagen:

En los circuitos conectados en paralelo podemos observar los siguientes efectos: Los operadores (en este caso lámparas) funcionan con la misma intensidad luminosa. La desconexión o avería de un operador no influye en el funcionamiento del resto. Vamos a observar ahora la construcción y el funcionamiento de un circuito en paralelo mediante el siguiente video: En los circuitos en paralelo se cumplen las siguientes condiciones: La intensidad que circula por el circuito no es la misma, ya que atraviesa caminos distintos. El voltaje es el mismo en todo el circuito. La inversa de la resistencia total del circuito es igual a la suma de las inversas de las resistencias de cada operador. 3. CIRCUITOS MIXTOS Los circuitos mixtos son aquellos que disponen de tres o más operadores eléctricos y en cuya asociación concurren a la vez los dos sistemas anteriores, en serie y en paralelo. En este tipo de circuitos se combinan a la vez los efectos de los circuitos en serie y en paralelo, por lo que en cada caso habrá que interpretar su funcionamiento. Circuito mixto. Un circuito mixto es aquel en el que se combinan conexiones en serie y en paralelo. No todas las lámparas van a alumbrar igual. La que está en serie será la que más alumbre, ya que por ella circula toda la intensidad. Al llegar a la bifurcación la intensidad se divide en dos, una parte para cada lámpara que está en paralelo, por lo que alumbrarán menos. Imagen formada por un circuito con símbolos y otro con imágemes realistas de un circuito mixto formado por pila e interruptor en serie con una lámpara que se une con dos ramas en paralelo con una lámpara cada uno.

Circuito mixto. Un circuito mixto es aquel en el que se combinan conexiones en serie y en paralelo.  No todas las lámparas van a alumbrar igual. La que está en serie será la que más alumbre, ya que por ella circula toda la intensidad. Al llegar a la bifurcación la intensidad se divide en

dos, una parte para cada lámpara que está en paralelo, por lo que alumbrarán menos.

Corriente alterna y corriente continua Término(s) similar(es): AC y CC. Definición: 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. La corriente estándar utilizada en los EE.UU. es de 60 ciclos por segundo (es decir, una frecuencia de 60 Hz); en Europa y en la mayor parte del mundo es de 50 ciclos por segundo (es decir, una frecuencia de 50 Hz.). La corriente continua (CC) es la corriente eléctrica que fluye de forma constante en una dirección, como la que fluye en una linterna o en cualquier otro aparato con baterías es corriente continua. Una de las ventajas de la corriente alterna es su relativamente económico cambio de voltaje. Además, la pérdida inevitable de energía al transportar la corriente a largas distancias es mucho menor que con la corriente continua. Fuente: GreenFacts Más: Representación gráfica de la intensidad de la corriente en función del tiempo:

Corriente continua

CORRIENTE CONTINUA  La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos. Entre los extremos de cualquiera de estos generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo. Por ejemplo, si la pila es de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios (a no ser que la pila este gastada y tenga menos tensión). Si no tienes claro las magnitudes de tensión e intensidad, y lo que es la corriente eléctrica, te recomendamos que veas primero los enlaces de la parte de abajo.  Además de estar todos los receptores a la tensión de la pila, al conectar el receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el circuito es siempre constante (mismo número de electrones) , y no varia de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección. Por eso siempre el polo + y el negativo son los mismos.  Conclusión, en c.c. (corriente continua o DC) la Tensión siempre es la misma y la Intensidad de corriente también.  Si tuviéramos que representar las señales eléctricas de la Tensión y la Intensidad en corriente continua en una gráfica quedarían de la siguiente forma:

 Prácticamente todos los equipos electrónicos, como un ordenador, aunque se conecten a corriente alterna, utilizan corriente continua. En su interior llevar una fuente de alimentación que hace de convertidor de corriente alterna a continua.  Si quieres aprender a resolver circuitos de c.c. te recomendamos que comiences por este enlace: Circuitos de 1 Receptor. CORRIENTE ALTERNA  Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en los enchufes o tomas de corriente de las viviendas es de este tipo. Este tipo de corriente es la más habitual porque es la más fácil de generar y transportar.  El alternador hace girar sus espiras (rotor) 50 veces cada segundo generando una onda de corriente y tensión senoidal o sinusoidal. Esta velocidad de giro se dice que tiene una frecuencia de 50Hz (vueltas por segundo). En américa es de 60Hz.

 En este tipo de corriente, la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones variable) y además, cambia de sentido de circulación 50 veces cada segundo (frecuencia de 50Hz). También la tensión generada entre los dos bornes (polos) varia con el tiempo en forma de onda senoidal (ver gráfica), por lo que no es constante.   Para saber como genera la corriente alterna (y la onda) y sus valores un alternador visita: Generadores Eléctricos.  Veamos

como

es

la

gráfica

de

la

tensión

en

corriente

alterna.

 Como vemos pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima (Vo) que es de 325V (ahora de 400V). Es tan rápida la velocidad a la que se genera la onda que cuando no hay tensión en los receptores, no se aprecia y no se nota, excepto en los tubos fluorescentes (efecto estroboscópico). Además vemos como a los 10ms (milisegundos) la dirección cambia y se invierten los polos, ahora llega a una tensión máxima de -325V (tensión negativa).  Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con los valores de la intensidad lógicamente, en lugar de los de la tensión.  Para aprender a resolver circuitos de corriente alterna te recomendamos este enlace: Circuitos de Corriente Alterna.  La onda senoidal que genera el alternador tiene en cada instante el mismo valor que la proyección sobre el eje Y del punto donde se encuentra la espira:

 El ángulo de fase φ de una señal alterna es el ángulo que forma el vector que la representa con el origen de ángulos, en el instante inicial. El desfase es el ángulo que la señal considerada presenta respecto a una señal de referencia de la misma frecuencia.  Veamos los valores más característicos de este tipo de corriente según su curva senoidal. - Valor Instantáneo: El valor instantáneo (en un instante cualquiera) de la onda será: v(t) = Vmax•sen (φ) - Valor máximo: Es el máximo valor que toma la señal alterna durante un ciclo: Vmax - Valor mínimo: Es el mínimo valor que toma la señal alterna durante un ciclo. Es el mismo que el máximo pero de signo contrario: Vmin (Vmin = -Vmax) - Valor de cresta o de pico: Para una única señal alterna, coincide con el valor máximo. - Valor de pico a pico: Es la diferencia de amplitud entre el pico y el valle de la señal. Para una única señal alterna, es la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo. - Valor eficaz: Es aquel valor que, en las mismas condiciones, produce los mismos efectos caloríficos en una resistencia eléctrica que una magnitud (tensión o intensidad) continua del mismo valor. Matemáticamente es:

Vefi = Vmáximo/ √2 - Como ya vimos la frecuencia de la onda (f) es el número de ciclos de la onda que se repitan cada segundo y se expresa en Hertzios. suele ser una onda de 50Hz de frecuencia (60Hz en América).

- El periodo (T) es la duración de un ciclo y es la inversa de la frecuencia. - w es la velocidad angular de la onda o ángulo girado por la onda en la unidad de tiempo (radianes/segundo). 1 ciclo son 2π radianes. w = 2 x π x f. π es el número pi. Se expresa en radianes/segundo. - La amplitud de la señal es la distancia entre 2 picos o valles. La curva de la tensión generada por un alternador (corriente alterna) y la curva de la intensidad tendrán la misma forma (senoidal) pero con diferentes valores máximos. Pero ¿Por qué se dice que hay una tensión de 220V en los enchufe?. Como la tensión varia constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz. Este valor es el valor que debería tener en corriente continua para que produjera el mismo efecto sobre un receptor en corriente alterna. Es decir si conectamos un radiador eléctrico a 220V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima de 325V (tensión variable), en este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión de 220V, aunque realmente no sea un valor fijo sino variable. Estaría mejor dicho que hay una tensión con valor eficaz de 220V. Esto lo podemos ver en la gráfica anterior.

¿Cuál es la diferencia entre corriente AC (alterna) y DC (continua)?

La electricidad es un tipo de energía transmitida por el movimiento de electrones a través de un material conductor que permite el flujo de electrones en su interior. La capacidad conductora se representa a través de la conductancia eléctrica, que en el Sistema Internacional se mide en siemens (S). Dentro del material conductor, los electrones se pueden mover en un solo sentido o alternar dos sentidos, en función de lo cual se pueden distinguir dos tipos de corriente: 1. Corriente continua: el flujo de corriente eléctrica se da en un solo sentido. Generalmente se designa con las siglas DC, del inglés Direct Current; también, aunque con menos frecuencia, con las siglas del español CC. 2. Corriente alterna: el flujo eléctrico se da en dos sentidos y se suele designar con las siglas AC, del inglés Alternating Current, o con las siglas en español CA. La mayoría de redes eléctricas actuales utilizan corriente alterna, mientras que las baterías, pilas y dinamos generan corriente continua. La corriente continua o DC En la naturaleza, la electricidad es relativamente rara si se compara con lo cotidiana que es en nuestra vida, sólo es generada por algunos animales y en algunos fenómenos naturales como los rayos. En la búsqueda de generar un flujo de electrones artificial, los científicos se dieron cuenta de que un campo magnético podía provocar el flujo de electrones a través de un cable metálico u otro material conductor, pero en un solo sentido, pues los electrones son repelidos por un polo del campo magnético y atraídos por el otro. Así nacieron las primeras baterías y generadores de corriente eléctrica continua, un invento principalmente atribuido a Thomas Edison en el siglo XIX, el mismo sobre el que se debate si inventó o no la bombilla

Definición: 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. La corriente estándar utilizada en los EE.UU. es de 60 ciclos por segundo (es decir, una frecuencia de 60 Hz); en Europa y en la mayor parte del mundo es de 50 ciclos por segundo (es decir, una frecuencia de 50 Hz.). La corriente continua (CC) es la corriente eléctrica que fluye de forma constante en una dirección, como la que fluye en una linterna o en cualquier otro aparato con baterías es corriente continua. Una de las ventajas de la corriente alterna es su relativamente económico cambio de voltaje. Además, la pérdida inevitable de energía al transportar la corriente a largas distancias es mucho menor que con la corriente continua.

El rectificador, rectificación de la corriente alterna.

Anterior: El Transformador.  Lo que hace el rectificador es convertir la corriente alterna que sale del secundario del transformador a corriente continua, lo que pasa es que esta corriente aún no es totalmente continua, si no que consta de una parte continua y una parte alterna; el rectificador esta constituido por diodos, de los que se aprovecha la propiedad que tienen de conducir la corriente eléctrica en un solo sentido, cuando conducen se dice que están polarizados en forma directa y cuando no conducen se dice que están polarizados en forma inversa. La corriente alterna en un momento tendrá valores positivos, luego de un tiempo tendrá valores negativos, su valor de voltaje irá alternando en el tiempo, ademas pasado un tiempo sus valores de voltaje se repiten y es a ese tiempo que tardan en repetirse esos valores a lo que se le llama periodo, de ahí que se diga que la corriente alterna es periódica, y a la inversa de este tiempo se le conoce como frecuencia,   la imagen que sigue es una muestra de como se observa en el osciloscopio la corriente alterna variando en el tiempo.

En la imagen anterior se observa que la corriente alterna es una onda senoidal; lo que se ve y se puede medir en el osciloscopio es lo que se conoce como voltaje pico (Vp), el voltaje pico pico (Vpp), y el periodo (T); para continuar, será necesario conocer

algunos términos que se utilizarán muchas veces, para ello se recurre a la siguiente imagen:

La parte de la alterna que se repite se conoce como ciclo, el periodo es la medida del tiempo que transcurre para que se complete un ciclo, normalmente en milisegundos (ms), la frecuencia es la inversa del periodo e indica cuantos ciclos ocurren en un segundo, se mide en Hz; por ejemplo si la corriente alterna que llega de  la red eléctrica tiene una frecuencia de 50Hz, este valor indica que se repiten 50 ciclos cada segundo, de aquí se obtiene que el periodo de cada ciclo será 1/(50Hz) lo cual da 20ms, es decir que cada ciclo de la corriente alterna que llega de la red eléctrica tardará 20ms en completarse. La tensión alterna tiene un valor de continua de cero, esto es que tiene un valor medio de cero, si se mide la tensión alterna con un multitester al cual se le ha puesto para medir tensión continua, se leerá un valor de cero, en cambio si se pone el multitester para medir tensión alterna, lo que se mide es el valor eficaz de la tensión alterna de la que su representación matemática es:

El rectificador de onda media. Para comprender la utilización del diodo como rectificador se comenzará por lo mas sencillo, con lo que se conoce como rectificador de onda media; el circuito que se utiliza para la rectificación de onda media consta de un solo diodo, una fuente de tensión alterna y un resistencia de carga que es donde se mide la tensión alterna una vez que haya pasado por el diodo; para que el diodo se active o se encienda o comience a

conducir debe superar una barrera de potencial de 0,7V, en otras palabras el diodo siempre necesitará aproximadamente 0,7V para que encienda, mientras sobre el diodo no caiga este voltaje mínimo el diodo estará apagado o no conducirá; se utilizará la siguiente imagen para la rectificación de onda media.

En este caso se interpone un diodo en el camino de la tensión alterna, cuando Vent se hace positiva y va aumentando en valor hasta llegar aproximadamente a 0,7V (ya que para que el diodo se active, necesita que la tensión en el ánodo sea mayor en aproximadamente 0,7V con respecto a la tensión del cátodo) el diodo conducirá la corriente alterna, mientras la tensión alterna no se aproxime a los 0,7V el diodo no conducirá, el máximo valor que se mide en la salida, en este caso la tensión medida en la resistencia de carga será (Vp-0,7)V, ya que de la Vent el diodo consume 0,7V para que conduzca corriente una vez está polarizado en directa; luego el valor de la tensión de entrada comenzará a disminuir y cuando se haga menor que 0,7V el diodo se apagará, cuando la Vent se haga negativa el diodo se polarizará en inversa y no conducirá la corriente alterna, midiéndose ahora sobre la carga 0V ya que no circulará corriente a través del circuito mientras el diodo está polarizado en inversa. A la forma de onda obtenida en la salida se le conoce como rectificación de onda media, porque no se rectifica toda la corriente alterna, solo se rectifica la parte positiva, esta forma de onda obtenida ya no es totalmente senoidal, sino que esta rectificada, contendrá algo de corriente continua; si esta Vsal obtenida en la resistencia de carga se mide con el multitester al que se ha preparado para  medir tensión continua, el tester dará ahora una medida de continua, a este valor obtenido se le conoce como Valor promedio del voltaje de salida o Valor en corriente directa de voltaje de salida del rectificador de onda media, matemáticamente su valor es:

A continuación se deja un  vídeo con el cual se espera aclarar un poco mas en cuanto al tema de la rectificación en onda media de la corriente alterna:

El rectificador de onda completa Para realizar la fuente de alimentación lo que se necesita es rectificar toda la tensión alterna, no solo la parte positiva, esto se logra mediante el arreglo conocido como puente de diodos y a lo que se obtiene una vez que la corriente alterna a pasado por el puente de diodos se conoce como rectificación de onda completa.

En la imagen anterior se puede ver como será la distribución de los diodos para este tipo de rectificador, además se muestra como hay que conectar el secundario del transformador y la carga al puente de diodos; a la tensión que se mide en el secundario del transformador se le llama tensión de entrada Vent para el puente de diodos, y la tensión que se mide en la resistencia de carga es la tensión de salida Vsal para el puente de diodos que viene a ser también la tensión alterna rectificada. Primeramente se verá como trabaja el puente de diodos cuando la  parte positiva da la tensión alterna ingresa al puente de diodos, para ello será de utilidad la siguiente imagen:

Cuando la parte positiva de la tensión alterna (en color rojo) ingresa al puente de diodos,  D1 y D2 se polarizarán en directa y cuando sobre cada uno de ellos caiga aproximadamente 0,7V ambos diodos se activarán y conducirán la corriente, mientras que para este caso D3 y D4 se polarizan en inversa por lo cual no se activan y no conducen corriente, sobre  la resistencia de carga la corriente ingresará por A, por lo tanto el potencial de A será mayor que el potencial de B, entonces A será positivo con respecto de B, la Vsal será positiva, esto por Kirchoff, como no hay mas carga en el camino de la corriente la tensión que caerá sobre la resistencia de carga será Vsal=Vent-1,4, ya que sobre cada diodo cae 0,7V.

Cuando la parte negativa de la tensión alterna (en color azul) ingresa al puente de diodos,  D4 y D3 se polarizan en directa y cuando sobre cada uno de ellos caiga aproximadamente 0,7V ambos diodos se activarán y conducirán la corriente, mientras que para este caso D1 y D2 se polarizan en inversa por lo cual no se activan y no conducen corriente, sobre  la resistencia de carga la corriente ingresará por A, por lo tanto en la resistencia la corriente tiene el mismo sentido que cuando es la corriente positiva la que ingresa al puente, nuevamente el potencial de A es mayor que el potencial de B, entonces A será positivo con respecto de B, la Vsal será positiva, esto por Kirchoff, como no hay mas carga en el camino de la corriente, la tensión que caerá sobre la resistencia de carga será Vsal=Vent-1,4, ya que sobre cada diodo cae 0,7V. Ahora se puede comparar como será la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada.

Se puede ver la forma de onda de la salida (en verde) que corresponde a la rectificación de onda completa, se comprueba que mediante el puente de diodos se puede rectificar la parte positiva y la parte negativa de la tensión alterna de la  entrada; en la comparación se observa que la Vsal será menor en 1,4V a la Vent, ademas, el periodo de la Vsal es la mitad del periodo de la Vent, lo que indica que la frecuencia de la Vsal es el doble de la frecuencia de Vent, esto se puede indicar así: fsal = 2(fent) Para esta forma de onda el valor medio de voltaje o el valor en voltaje de corriente directa, es decir lo que se mide en la salida con un multitester cuando esté  preparado para medir corriente continua, se puede hallar matemáticamente de la siguiente forma:

A continuación se deja un vídeo que se preparó justamente para comentar sobre la rectificación de onda completa con el puente de diodos: Ahora que se ha visto como trabaja el rectificador de onda completa se tendrá que agregar los diodos adecuados a la lista de materiales, los diodos dependerán de cuanta corriente va suministrar la fuente, además se tiene que tener en cuenta el voltaje de pico inverso del diodo, el que indica cuanta tensión en inversa es capaz de soportar el diodo antes que entre en avalancha, este voltaje de pico inverso tiene que ser mayor que el voltaje de pico de la salida del secundario del transformador, si es el doble mejor, esto porque el diodo trabajará en directa y en inversa en el rectificador de puente, se necesita entonces 4 diodos, también  existen puente de diodos encapsulados.

En  la imagen se puede ver un puente de diodos  encapsulado, y cuatro diodos independientes, en este caso se va a preparar una fuente que suministre hasta 1A que es suficiente para la mayor parte de circuitos electrónicos que se verán, mas adelante se comentará para cuando una fuente tenga suministrar hasta 3A. Hay una serie de diodos que van bien para las fuentes de alimentación, se utilizará el 1N4004, este tiene una tensión de pico inverso de 280V  y puede conducir hasta 1A de forma continua según su hoja de datos. Para el rectificador de puente de diodos se necesitará:

Rectificación. Se refiere, en otras palabras a corregir, modificar. Cuando se trata de corriente alterna (C. A.), se cambia su forma original a otra, esto es, de corriente alterna a corriente directa pulsante (la única corriente directa pura es la de las pilas, baterías o acumuladores). Antecedentes históricos La introducción de los tubos de vacío a comienzos del Siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la Segunda Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de ella. Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos subsiguientes en la tecnología del Semiconductor, atribuible en parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio, llevó al desarrollo, en la década de  1970, del circuito

integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos sencillos y complejos, como los de los microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones. Proceso de rectificación de la corriente En los inicios de la electricidad, la corriente utilizada en los hogares, para iluminación y alimentación de equipos electrónicos, fue la directa, pero ésta tiene ciertas limitaciones, claro que hasta la fecha, ningún aparato electrónico, funciona con corriente alterna directamente, o sea, no se alimentan los componentes con este tipo de corriente, es necesario rectificarla para que funcionen correctamente, o sea convertirla a corriente directa (C. D.). Para hacer esto se necesita de unos componentes para lograr esto, el Diodo, el cual permite el paso de corriente en una sola dirección; en los inicios se usaban tubos, llamados Bulbos rectificadores. Proceso de rectificación de la corrient Muestra del proceso De los tubos rectificadores más populares, se puede nombrar el 81, este consistía en 2 elementos, el filamento (cátodo) y la placa (ánodo), el diodo semiconductor, también consta de 2 elementos, cátodo y ánodo, y la función de ambos es exactamente la misma, rectificar la corriente alterna. Toda vez que la corriente pasa por el diodo, los ciclos completos ya no están presentes, ahora, únicamente se tiene la parte positiva de estos, la rectificación puede ser de media onda o de onda completa. La rectificación de la onda completa aporta mejores resultados ya que se aprovechan los 2 ciclos de la corriente alterna, positivos y negativos, por ser un tanto más pura que la media onda.

Formación de ondas en el proceso de rectificación

UNIDAD DIDÁCTICA 9

MAGNETISMO

1.- Magnetismo  Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o

 

piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo. Los imanes: Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro (también puede atraer al cobalto y al níquel). Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita (Fe3O4) o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imántemporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado. 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. La atracción o repulsión entre dos polos magnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos. Campo magnético: Se denomina campo magnético a la región del espacio en la que se manifiesta la acción de un imán. Un campo magnético se representa mediante líneas de campo. Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos). La imantación se transmite a distancia y por contacto directo. La región del espacio que rodea a un imán y en la que se manifiesta las fuerzas magnéticas se llama campo magnético. Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo. Fuera del imán, el campo esta dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están mas juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos).

El magnetismo esta muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica esta rodeada de un campo eléctrico, y si se esta moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las “distorsiones” que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula. El campo eléctrico es una consecuencia relativista del campo magnético. El movimiento de

la carga produce un campo magnético. En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, esta compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su orbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos. UNA CARGA EN MOVIMIENTO PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO La brújula: La brújula señala al norte magnético de la tierra, que no coincide con el norte geográfico, ya que conoce había explicado antes los polos opuestos se atraen y los similares se repelen, en el norte geográfico de la tierra se encuentra el polo sur magnéticamente hablando por lo que su opuesto (el norte en este caso) apunta lo contrario en una brújula

La tierra es un imán. Campo magnético terrestre.

 

  2. Electromagnetismo El experimento de Oersted:

 Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague, una tarde del mes de abril, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica notó que la aguja se deflectaba hasta quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el experimento una gran cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede considerarse como el nacimiento del electromagnetismo. Del experimento de Oersted se deduce que ;

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Una carga en movimiento crea un campo magnético en el espacio que lo rodea. Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y de la distancia del conductor.

Campo magnético creado por un conductor rectilíneo: Una corriente rectilínea crea a su alrededor un campo magnético cuya intensidad se incrementa al aumentar la intensidad de la corriente eléctrica y disminuye al aumentar la distancia con respecto al conductor. En 1820 el físico danés Hans Christian Oersted descubrió que entre el magnetismo y las cargas de la corriente eléctrica que fluye por un conductor existía una estrecha relación. Cuando eso ocurre, las cargas eléctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparición de un campo magnético tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula.

 

Campo magnético creado por una espira: El campo magnético creado por una espira por la que circula corriente eléctrica aumenta al incrementar la intensidad de la corriente eléctrica Campo magnético creado por un solenoide: El campo magnético creado por un solenoide se incrementa al elevar la intensidad de la corriente, al aumentar el número de espiras y al introducir un trozo de hierro en el interior de la bobina (electroimán).

Bobina solenoide con núcleo de aire construida con alambre desnudo de cobre enrollado en forma de espiral y protegido con barniz aislante. Si a esta bobina le suministramos corriente eléctrica empleando cualquier fuente de fuerza electromotriz, como una batería, por ejemplo, el flujo de la corriente que circulará a través de la bobina propiciará la aparición de un campo magnético de cierta intensidad a su alrededor.

  Bobina solenoide a la que se le ha introducido un núcleo metálico como el hierro (Fe). Si comparamos la bobina anterior con núcleo de aire con la bobina de  esta ilustración, veremos que ahora las líneas de fuerza magnética se encuentran mucho más intensificadas al haberse convertido en un electroimán.

 

Si deseas obtener más información sobre campos magnéticos pincha aquí. Inducción magnética.

 

  3.- Corrientes inducidas En 1831, Michael Faraday observó que un imán generaba una corriente eléctrica en las proximidades de una bobina, siempre que el imán o la bobina estuvieran en movimiento. La explicación teórica fue:

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Es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable o en la bobina. Esta corriente se conoce como corriente inducida, y el fenómeno, como inducción electromagnética. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure la variación del campo magnético.

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La intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor  cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán o la bobina.

Condición para inducir una corriente eléctrica: La corriente eléctrica inducida existe mientras dure esta variación, y su intensidad es tanto mayor cuanto más rápida sea dicha variación. Una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético, y un campo magnético variable inducido, a su vez, una corriente eléctrica en un circuito. El sentido de la corriente inducida (Ley de Lenz): La corriente inducida tiende a oponerse a al causa que la produce. El circuito de la figura consta de una barra conductora (1-2) que desliza sobre dos conductores rectilíneos. El circuito queda cerrado a través de una resistencia señalada como R y lo acciona un interruptor. Se encuentra inmerso en un campo magnético B el cual es perpendicular al plano definido por el circuito y dirigido hacia en interior de su pantalla. Si ponemos en movimiento la varilla con una velocidad v como se indica, en las cargas que existen en la varilla se producirán fuerzas (Lorentz).

 

Para más información sobre la ley de Faraday y la de Lenz pincha aquí. Electromagnetismo.

 

  4. Aplicación de las corrientes inducidas La inducción electromagnética es el fundamento del alternador y la dinamo, dispositivos que generan corriente, así como de los transformadores y motores eléctricos, que convierten la energía eléctrica en mecánica (movimiento). El alternador y la dinamo. Un alternador está formado por un imán fijo a una bobina capaz de girar entre los polos del imán. El alternador produce corriente alterna.

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducidoque es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo

Elementos de un alternador simple Para más información sobre alternadores pincha aquí. Un rectificador transforma la corriente alterna en corriente continua, es decir, rectifica la corriente alterna.

Para más información sobre rectificadores pincha aquí Una dinamo consta de un imán que gira en el interior de un núcleo de hierro dulce, que tiene arrollada una bobina. Una dinamo produce corriente continua.

Dinamo de disco de Faraday Para más información sobre dinamos pincha aquí.

Faraday mostró que otra forma de inducir la corriente era moviendo el conductor eléctrico mientras la fuente magnética permanecía estacionaria. Este fue el principio de la dinamo de disco, que presentaba un disco conductor girando dentro de un campo magnético (ver el dibujo) movido mediante una correa y una polea en la izquierda. El circuito eléctrico se completaba con hilos estacionarios que tocan el disco en su borde y en su eje, como se muestra en la parte derecha del dibujo. No era un diseño muy práctico de la dinamo (a menos que buscásemos generar enormes corrientes a muy bajo voltaje), pero en el universo a gran escala, la mayoría de las corrientes son producidas, aparentemente, mediante movimientos semejantes.

 

El transformador. Un transformador consta de dos arrollamientos de cable sobre un núcleo de hierro dulce y se utiliza para modificar la tensión de la corriente alterna.

Esquema de un transformador

Para más información sobre transformadores pincha aquí. El motor eléctrico. Un motor eléctrico es un aparato que transforma energía eléctrica en energía mecánica. Existen diferentes tipos de motores, pero de entre todos tal vez sean los llamados “motores de corriente continua” los que permiten ver de un modo más simple cómo obtener movimiento gracias al campo magnético creado por una corriente. El gráfico muestra de modo esquemático las partes principales de un motor de corriente continua.

Esquema de un motor eléctrico.

El elemento situado en el centro es la parte del motor que genera el movimiento. Se la llama armadura o rotor, y consiste en un electroimán que puede girar libremente entorno a un eje. Dicho rotor está rodeado por un imán permanente, cuyo campo magnético permanece fijo. El electroimán recibe la corriente a través del contacto establecido entre las escobillas y el conmutador. Las escobillas permanecen fijas, mientras que el conmutador puede girar libremente entre ellas siguiendo el movimiento del rotor. Cuando la corriente pasa a lo largo del electroimán, sus polos son atraídos y repelidos por los polos del imán fijo, de modo que el rotor se moverá hasta que el polo norte del electroimán quede mirando al polo sur del imán permanente. Pero tan pronto como los polos del rotor quedan “mirando” a los polos del imán, se produce un cambio en el sentido de la corriente que pasa por el rotor. Este cambio es debido a que el conmutador, al girar, modifica los contactos con las escobillas e intercambia el modo en que el electroimán recibe la corriente de la pila. Al modificarse el signo de los polos del electroimán, los polos del rotor resultarán repelidos por los polos del imán fijo, pues en esta nueva situación estarán enfrentados polos de igual signo, con lo cual el rotor se ve obligado a seguir girando. Nuevamente, cuando los polos del electroimán estén alineados con los polos opuestos del imán fijo, el contacto entre escobillas y conmutador modificará el sentido de la corriente, con lo cual el rotor será

forzado a seguir girando. Para más información sobre motores eléctricos pincha aquí.