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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA

FUERZA ELECTROMOTRIZ

Estudiantes: Apellidos y nombres : Cedula de identidad: Carrera: ingeniería naval

Punto fijo, Abril del 2016 INDICE

Indice

i

Introducción

1-2-3

Fuerza Electromotriz

4-5

Circuito electrico

6

Ley de ohm

7

Corriente electrica

7

Voltimetro

7-8

Corriente continua o directa

8-9

Conclusión

10

Anexos

11-12

Bibliografía

13

i 1

INTRODUCCION Desde el punto de vista de la física el análisis de la controversia que llevo a una interpretación electrodinámica de los circuitos eléctricos, que empezó con la explicación de Volta y que continúo durante la primera mitad del siglo XIX con las aportaciones de Ohm y Kirchhoff, no se puede subestimar. El concepto de fuerza electromotriz es relevante ya que corresponde al perıodo de historia de la electricidad donde se produce la transición de la electrostática a la electrocinética, con las grandes repercusiones a nivel tecnológico y de investigación que este hecho produjo en el primer cuarto del siglo XIX. En los años siguientes a los experimentos de Galvani (1789), Volta trataba de establecer que el “fluido galvánico”, de origen animal, era de la misma naturaleza que la electricidad ordinaria, es decir, estática. En el seno de la polémica acerca de la naturaleza de la electricidad, Volta descubre que cuando dos piezas descargadas de metales diferentes se ponen en contacto, ya sea directamente o con la intervención de un electrolito, los dos metales llegan a cargarse y permanecen cargados a pesar del hecho de que hay un excelente camino conductor, un circuito cerrado, a través del cual las cargas podrían fluir para neutralizarse entre sí. Hay una clara violación de la electrostática en este hecho, ya que según lo que se conocía de electrostática, cargas opuestas no se pueden separar o si lo hacen vuelven a recombinarse. Volta declara que una nueva clase de “fuerza” o capacidad actuaba sobre las cargas separándolas y manteniéndolas separadas y nombro la acción como fuerza electromotriz, nombre con el que se la conoce desde entonces. Estas explicaciones para describir el funcionamiento de la pila no encajaban con el marco teórico de la Física de la época. En el paradigma coulombiano dominante en el primer tercio del siglo XIX la fuerza electromotriz definida por

2 Volta se reducía a la capacidad que tenían algunos cuerpos para generar electricidad en otros. Los modelos explicativos sobre la corriente eléctrica recibieron nuevos impulsos con la teoría de campo iniciada por Faraday y fundamentada posteriormente por Maxwell en 1865. Este marco conceptual permite desarrollar el concepto de energía asociada al campo, ya sea este conservativo (energía potencial) o no conservativo (fuerza electromotriz en el caso de la pila en circuitos de corriente continua y en fenómenos de inducción electromagnética). Es en este paradigma energético y de campo donde actualmente definimos los conceptos de potencial eléctrico y fuerza electromotriz. Desde que Alessandro Volta, inventor de la primera pila en 1800, introdujo el término fuerza electromotriz, se ha convertido en tradición el uso de tal frase para referirse a la fuente de energía eléctrica que causa que las cargas se muevan en los circuitos eléctricos, y aunque la palabra fuerza está fuera de contexto, se sigue utilizando con frecuencia hoy en día. Cuando pensamos en fem rápidamente nos viene a la mente una pila, sin embargo, el hombre ha creado otros dispositivos que funciona como fuente de energía eléctrica: además de la pila que convierte energía química en fem, están las celdas fotovoltaicas que convierten la energía luminosa en fem; los termopares que convierten a fem una diferencia de temperatura; los transductores piezoeléctricos que convierten una deformación mecánica en fem;

y

los

generadores,

que

convierten

energía

mecánica

en fem partiendo de combustible quemado o combustible nuclear, o de la energía cinética de un salto de agua.

Vamos a limitar nuestras definiciones al caso de circuitos eléctricos de corriente continua estacionaria, es decir, constituidos por una pila, cables de 3 Conducción y resistencias. Para estas configuraciones la fem mide la energía que la pila suministra a la unidad de carga que atraviesa cualquier sección del circuito. Este tipo de proceso realizado en la pila suele consistir en una serie de reacciones químicas que de manera general podemos llamar “acciones no conservativas”. La fuerza electromotriz, en el caso de la pila, es la causa de una separación de cargas de distinto signo entre sus electrodos y por tanto, la causa de una diferencia de potencial constante entre sus electrodos. La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de fem un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Coulomb de dicha carga. Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, es necesario realizar un trabajo o consumo de energía (mecánica, química, etcétera) para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale).Un ejemplo de esta innovación en lo tecnológico es el caso de la pila, el asunto es tan espectacular que difícilmente se podría concebir ahora una sociedad sin ellas; marcapasos, aparatos

para

sordos,

electrodomésticos...etc.

telefonía

móvil,

un

gran

número

de

4 Concepto de fuerza electromotriz El término fuerza electromotriz se utiliza para referirse a la capacidad que tienen algunos aparatos para movilizar la carga eléctrica. Por ejemplo, las pilas, los acumuladores o baterías de automóvil, el generador o alternador de un automóvil o de una represa hidroeléctrica o de una planta termoeléctrica, las baterías solares de una nave espacial, los transformadores, son todos dispositivos o aparatos diseñados para poner la carga eléctrica en movimiento y se les llama fuentes de fuerza el electromotriz. Se supone que en su esencia, estos aparatos ejercen una fuerza sobre las cargas eléctricas y las ponen en movimiento, de allí el nombre de generadores de fuerza electromotriz. Sin embargo la magnitud de la fuerza electromotriz (f.e.m.) no se mide a través de la fuerza eléctrica sino por medio de la energía que estos aparatos utilizan para mover una unidad de carga. Para el estudio de los circuitos eléctricos es conveniente utilizar una pila como fuente de fem dada la característica de que la fem de la pila se mantiene constante con el tiempo y esto trae como consecuencia que la diferencia de potencial y la corriente en un circuito simple sean igualmente constantes con el tiempo. Al designar e a la fuerza electromotriz, se tiene:

5 e = I. (Re + Ri). La fuerza electromotriz se mide en las mismas unidades en que se mide la diferencia de potencial. La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico. Por lo que queda que:

Se relaciona con la diferencia de potencial resistencia interna producto

entre los bornes y la

del generador mediante la fórmula

(el

es la caída de potencial que se produce en el interior del

generador a causa de la resistencia óhmica que ofrece al paso de la corriente). La FEM de un generador coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto. La fuerza electromotriz de inducción (o inducida) en un circuito cerrado es igual a la variación del flujo de inducción atraviesa

en

la

unidad

fórmula

de

tiempo,

del campo magnético que lo lo

que

se

expresa

por

la

(ley de Faraday). El signo - (ley de Lenz) indica que el

sentido de la FEM inducida es tal que se opone al descrito por la ley de

Faraday (

).

Si aplicamos la definición de fem como el trabajo necesario sobre la unidad de carga para describir una línea cerrada (circuito) obtenemos la definición operativa de fuerza electromotriz .

6 Como el campo E es conservativo su integral a lo largo de una línea cerrada es cero y como el campo E' corresponde sólo a las acciones no conservativas dentro de la pila se definirá entre los extremos a y b. Así pues

Circuitos eléctricos Un circuito eléctrico es un conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso o la circulación de la corriente eléctrica (electrones) para conseguir algún efecto útil (luz, calor, movimiento, etcétera). Los circuitos eléctricos son utilizados en cada uno de los aparatos eléctricos que se utilizan diariamente por todas las personas. Muchos de estos circuitos son muy complejos y disponen de una gran variedad de elementos que en conjunto, hacen funcionar equipos tales como electrodomésticos u otros aparatos. Antes de trabajar proyectos de circuitos complejos, debe comenzarse por el fundamento, que es comprender los conceptos básicos de voltaje, corriente eléctrica, resistencia eléctrica, etc. Es elemental poder diferenciar entre las conexiones en serie, paralelo y serie paralelo. Un circuito eléctrico, por lo tanto, es la interconexión de dos o más componentes que contiene una trayectoria cerrada. Dichos componentes

pueden

ser

resistencias,

fuentes,

interruptores,

condensadores,

semiconductores y cables.

7 Ley de Ohm El físico Georg Simon Ohm dedujo que en un conductor metálico la intensidad de la corriente que circula por él es proporcional a la diferencia de potencial aplicada entre sus extremos. I = UA - UB R Donde UA - UB es la diferencia de potencial aplicada a los extremos del conductor y R la resistencia del mismo. Corriente eléctrica El concepto de corriente eléctrica como su nombre lo indica se refiere al flujo de las cargas eléctricas en el espacio en una dirección determinada. Se pretende con él describir el movimiento de la carga eléctrica en una dirección del espacio y medir la rapidez del flujo de carga. Voltímetro: La ddp y la fem se pueden medir conectando un voltímetro entre dos puntos de un circuito o entre los terminales de un generador. El voltímetro siempre se conecta en paralelo. La escala de un voltímetro viene expresada en voltios.

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a 8 través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora. En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento. En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total.

En nuestro caso nos basaremos en el estudio del tipo

Fuentes de

Fuerza Electromotriz directa (Corriente directa o continua) Como las pilas, acumuladores, baterías solares y otros que se mencionaran más adelante. En este caso la corriente que producen es de un valor constante dentro de un intervalo relativamente grande. Cuando las pilas, las resistencias eléctricas, los condensadores y otros elementos eléctricos se conectan entre sí usando conductores ideales (alambres) que no oponen

dificultad alguna al paso de la corriente eléctrica (resistencia nula) se dice que se tiene un circuito eléctrico. También algunos transformadores, como los que usan las calculadoras o los teléfonos celulares proporcionan corriente continua. Se dice que existe una corriente eléctrica cuando hay un flujo neto de carga eléctrica en una dirección específica del espacio. Para definir una expresión que permita calcularla, es necesario considerar una dirección del espacio y tener información de la carga neta que atraviesa a una superficie perpendicular a esa dirección. Algo similar 9 a lo que haría una persona que observara los transeúntes que caminan por una calle, a través de la rendija de su puerta y contará las personas que van de un lado a otro. Donde quiera que haya carga eléctrica en movimiento es posible medir una corriente, sin embargo la carga eléctrica por ser una propiedad intrínseca de la materia se desplazará de acuerdo como lo haga la materia misma; ello dará lugar a diferentes tipos de corrientes que reciben diferentes denominaciones de acuerdo a las características del movimiento. Es importante conocer que ni las baterías, ni los generadores, ni ningún otro dispositivo similar crea cargas eléctricas pues, de hecho, todos los elementos Conocidos en la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo en forma de corriente eléctrica es necesario ponerlas en movimiento. El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido, cuando al ser impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado. Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido contenido en la tubería de una instalación hidráulica. Si la función de una bomba hidráulica es poner en movimiento el líquido contenido en una tubería, la función de la

tensión o voltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito eléctrico. Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los metales y reciben el nombre de “conductores”.

10 CONCLUSION El estudio realizado apunta las grandes dificultades teóricas que hubo para unificar la electricidad estática y la corriente eléctrica, así como para la generalización

de

los

conceptos

utilizados

en

electrostática

a

la

electrocinética. Una consecuencia para la enseñanza es la necesidad de introducir el concepto de diferencia de potencial de un circuito como una magnitud que explica el movimiento de cargas entre dos puntos de un conductor. La historia de la ciencia nos muestra que sólo a partir de la explicación de los circuitos de corriente continua en términos de energía, es decir, en términos de diferencia de potencial (trabajo de fuerzas conservativas) y de fuerza electromotriz (trabajo de fuerzas no conservativas), es posible una comprensión científica de los mismos. Esto nos ha permitido realizar una elección justificada de indicadores de aprendizaje que clarifique los objetivos de aprendizaje para enseñar los circuitos de corriente continua.

En conclusión, la fuerza electromotriz es una magnitud que cuantifica una trasferencia de energía (de la pila a las cargas del circuito) asociada a un campo no conservativo. Por último señalar, La FEM se mide en voltios (es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje). La FEM es el trabajo que tiene que realizar el generador para que se muevan las cargas del circuito.

11 ANEXOS

FIG 1 Bateria generadora de corriente eléctrica

FIG 2 Pilas, acumuladores y baterías solares

12

FIG 3 Circuitos eléctricos

FIG 4.Corriente directa o continua

13 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

José Antonio E. García Álvarez (corriente continua o directa) Disponible en www.asifunciona.com fecha de consulta: ABRIL 2016.

Disponible en:www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_fem/ke_fem_1.htm fecha de consulta mayo 2008.

Gray, Alexander y Wallace Disponible: http://www.ecured.cu/Fuerza_Electromotriz fecha de consulta: Abril 2016.

R.Serway (circuito de corriente directa) Disponible en: http://documents.tips/documents/serway-capitulo-28-circuitos-corrientedirecta.html, fecha de consulta :2010.

R.Serway (FUERZA ELECTROMOTRIZ)http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/FEM_y_Circui tos_DC_7447.pdf fecha de consulta: 2010.

Raymond A. Serway (problemas resueltos de corriente continua) http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/problemas-resueltos-cap-28-fisicaserway/problemas-resueltos-cap-28-fisica-serway.pdf fecha de consulta: 2010.