Magnitudes eléctricas (Definiciones elementales)

Magnitudes eléctricas Concepto: V= Potencia eléctrica entre dos puntos. R= Oposición al peso de la corriente eléctrica. I= Flujo de unidad de carga de tiempo que recoge. P=Relación del peso de energía por unidad de tiempo.

Magnitudes eléctricas.La introducción de las magnitudes eléctricas requiere añadir una nueva unidad fundamental a la física: la de carga eléctrica. Esta unidad, que no puede derivarse de las unidades de lamecánica, fue originalmente denominada Coulomb (término castellanizado a culombio, cuyo símbolo es C) en honor a Charles-Augustin de Coulomb, primero que midió directamente la fuerza entre cargas eléctricas. Debido a la gran dificultad de medir directamente las cargas eléctricas con precisión, se ha tomado como unidad básica la unidad de corriente eléctrica, que en el Sistema Internacional de Unidades es el amperio. La unidad de carga resulta entonces una unidad derivada, que se define como la cantidad de carga eléctrica que fluye durante 1 segundo a través de la sección de un conductor que transporta una intensidad constante de corriente eléctrica de 1 amperio

Introducción

La Energía eléctrica ha contribuido al desarrollo y avance tecnológico de la humanidad, a causa de lo fácil que resulta su conversión a otras formas de energía, y a la posibilidad que brinda de un sencillo control, así como de una transportación relativamente económica a grandes distancias.
Generalmente la energía eléctrica no se utiliza como tal por los consumidores, sino que se transforma en otros tipos de energía, como son:
• Mecánica, en el caso de los motores, relevadores, contactores magnéticos, etc.
• Luminosa, en las lámparas.
• Calorífica, en hornos, calefactores, etc.
• Química, en procesos electrolíticos.
Por estas razones, puede considerarse en la actualidad a la ingeniería eléctrica estrechamente relacionada con todas las demás ramas profesionales existentes.
Es necesario conocer los equipos eléctricos en lo que respecta a sus principios de funcionamiento, posibilidades de utilización y aplicaciones, enfatizando en las características internas para obtener un comportamiento externo deseado. Para ello se requieren los conceptos básicos de la electricidad para después, sobre esta base, entrar en un estudio más profundo y detallado de los mismos.
A continuación se relacionan las magnitudes eléctricas fundamentales y sus definiciones correspondientes, las cuales constituyen la expresión del comportamiento de sistemas y dispositivos eléctricos. Las primeras definiciones pueden parecer algo arbitrarias y sin fundamento razonado, no obstante, la naturaleza y leyes que rigen las mismas han sido obtenidas mediante gran cantidad de experimentos, ligados a una correlación teórica de los resultados con un profundo rigor científico.
Como convenio utilizaremos las letras minúsculas para representar las magnitudes variables con el tiempo, mientras que las mayúsculas servirán para representar las magnitudes constantes.

Carga eléctrica

Las Cargas eléctricas pueden ser negativas o positivas. Se consideran como cargas positivas los protones y como negativas los electrones, ambos componentes del átomo. Las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de signos opuestos se atraen con una fuerza dada por la expresión:

 F= 9 * 10⁹ *q1*q2/D²;                     [Newton] (1)
donde:
q1, q2 – cargas eléctricas [Coulomb]
d- distancia entre las cargas [metros]
La carga eléctrica puede ser comparada con el volumen del líquido en un sistema hidráulico, o con el desplazamiento en un sistema mecánico.

Corriente eléctrica

Si a través de la sección de un conductor circula un infinitesimal de carga dq Coulomb durante un infinitesimal de tiempo dt segundos, la cantidad de electricidad que pasa a través de dicha sección del conductor durante ese infinitesimal de tiempo se denomina Corriente eléctrica y se expresa cuantitativamente como:
i= dq/dt ;                                       [Ampere] (2)
Se dice que circula una corriente de un Ampere de intensidad a través de un conductor eléctrico, cuando las cargas en el mismo se mueven a razón de un Coulomb por segundo.
El símil de la corriente eléctrica en un sistema hidráulico es el gasto y en un sistema mecánico la velocidad.

Campo eléctrico

Magnitudes eléctricas

La fuerza de atracción o repulsión F entre cargas eléctricas dada por la expresión (1) se produce a causa de la influencia que cada una ejerce en su propia vecindad. Tal influencia, que se manifiesta en forma de un campo de fuerza, se denomina campo eléctrico. El campo eléctrico es inherente a la naturaleza de las cargas y es independiente de sus movimientos.
Las cargas eléctricas pueden encontrarse en estado de reposo o en movimiento. El comportamiento de las cargas en reposo es menos importante a los fines de nuestro estudio que el de las cargas en movimiento puesto que solamente estas últimas son capaces de transferir energía.

Campo magnético

Cuando a través de un conductor circula una corriente eléctrica, en las cercanías de éste aparece un nuevo campo de fuerza, denominado campo magnético, o sea, el campo magnético es engendrado solamente por cargas en movimiento. Este campo es capaz de ejercer influencia sobre otros cuerpos de material ferromagnético u otros elementos conductores de corriente.
Ambos campos, el eléctrico y el magnético, aparecen simultáneamente.

Diferencia de potencial

La transferencia o cambios de energía acompañan al movimiento de las cargas eléctricas. La Diferencia de potencial, la cual designaremos con v, entre los puntos 1 y 2 de un circuito, es el trabajo o energía asociada con la transferencia de un Coulomb (una unidad de carga positiva) desde un punto hasta otro.
La unidad en el sistema MKS utilizada para medir el trabajo o energía por unidad de carga se denomina volt (V), por tanto:
V= J/q;                                          [Volt] (3)
donde:
J [Joule], energía asociada con la transferencia de la unidad de carga positiva q entre los puntos considerados.
q [Coulomb], unidad de carga positiva.
El voltaje puede ser comparado con la fuerza en un sistema mecánico y con la presión en un sistema hidráulico.

Subida de potencial

Cuando se realiza trabajo sobre la unidad de carga, y como consecuencia, su energía potencial aumenta al ir desde el punto 1 hacia el 2, se dice que existe una subida de potencial (o de voltaje) en la dirección de 1 a 2.

Caída de potencial

Contrario a lo anterior, si la unidad de carga positiva pierde energía potencial al ir desde 2 a 1 se dice que existe una caída de potencial en la dirección de 2 a 1.
Cuando existen varias trayectorias posibles de recorrido para la unidad de carga positiva entre los puntos 1 y 2, las afirmaciones anteriormente realizadas se cumplen, independientemente de la trayectoria que se escoja.

Fuerza electromotriz

Cuando una diferencia de potencial se encuentre asociada con una fuente de energía eléctrica, por ejemplo, asociada con la conversión de energía en una batería en la cual, la energía química se convierte en energía eléctrica, se denomina fuerza electromotriz, abreviadamente fem.

Potencia

A la razón de cambio de la energía J con respecto al tiempo se le denomina Potencia, y su unidad de medida en el sistema MKS es el Watt o joule por segundo, es decir:
p= dJ/dt;                                        [Watt] (4)
Resolviendo para J en la ecuación (3), y sustituyendo el resultado en (4) se obtiene:
p=v  dq/dt                                                (5)
Ahora, teniendo en cuenta lo planteado en (2)
p=v i                                                        (6)
En la práctica tanto los voltajes como las corrientes son funciones del tiempo.

Enlaces externos

http://vanesamartin2.blogspot.com
http://www.iesbajoaragon.com

Fuentes

• Ayllón Fandiño, E. (1987). Fundamentos de la teoría de los circuitos eléctricos II. La Habana: Pueblo y Educación.
• Bessonov, L. A. (1984). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú: Vysshaia shcola.
• Evdokimov, F. E. (1981). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú: Vysshaia shcola.
• Kasatkin, A. S., Nemtsov, M. V. (1983). Electrotejnika. Moscú: Energoatomizdat.
• Kerchner, R. M., Corcoran, G .F. (1975). Circuitos de corriente alterna. La Habana: Pueblo y educación.
  /Leyes_%28o_Lemas%29_de_Kirchhoff.
• Neiman, L. R., Demirchian, L. R. (1981). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Leningrado: Energoizdat.
• Zeveke, G. V. (1979). Analysis and synthesis of electric circuits. Moscú: Mir.