Los transformadores y la inducción en 21:42

Los transformadores eléctricos han sido uno de los inventos más relevantes de la tecnología eléctrica. Sin la existencia de los transformadores, sería imposible la distribución de la energía eléctrica tal y como la conocemos hoy en día. La explicación es muy simple, por una cuestión de seguridad no se puede suministrar a nuestros hogares la cantidad de Kw que salen de una central eléctrica, es imprescindible el concurso de unos transformadores para realizar el suministro doméstico.
Sabiendo la importancia del transformador para la vida moderna, pasemos a definir qué es exáctamente el transformador.

El transformador básico es un dispositivo eléctrico construido con dos bobinas acopladas magnéticamente entre sí, de tal forma que al paso de una corriente eléctrica por la primera bobina (llamada primaria) provoca una inducción magnética que implica necesariamente a la segunda bobina (llamada secundaria) y provocando con este principio físico lo que se viene a llamar una transferencia de potencia.

También se puede definir de la siguiente manera, aunque esta nueva definición hace hincapié en su funcionalidad:

El transformador es un dispositivo eléctrico que utilizando las propiedades físicas de la inducción electromagnética es capaz de elevar y disminuir la tensión eléctrica, transformar la frecuencia (Hz), equilibrar o desequilibrar circuitos eléctricos según la necesidad y el caso específico. Transportar la energía eléctrica desde las centrales generadoras de la electricidad hasta las residencias domésticas, los comercios y las industrias. Dicho dispositivo eléctrico también es capaz de aislar circuitos de corriente alterna de circuitos de corriente continua.


Inducción en una bobina


Para poder entender como funciona un transformador, un motor eléctrico u otro dispositivo o máquina eléctrica basada en bobinas, se hace necesario explicar como se produce el fenómeno de inducción eléctrica y, sobretodo, comprender como sucede la transferencia de potencia o energía.

En el dibujo podemos observar una bobina de N vueltas con un núcleo de aire, alimentada con una fuente de alimentación Eg de corriente alterna. La bobina tiene una reactancia y, como tal, absorbe una intensidad Im. Si la resistencia de la bobina es mínima, tenemos que la siguiente ecuación: Im=Eg/Xm , donde Xm representa la reactancia de la bobina.

La intensidad Im se encuentra desfasada 90° respecto a la tensión Eg, mientras que el flujo Φ, se encuentra en sintonía con la intensidad. Esto es algo que ocurre en todos los circuitos inductivos.

La intensidad Im al paso por la bobina, crea una fuerza magnetomotriz o líneas de fuerzas electromotices que, a su vez, generan un flujo Φ. Al ser la alimentación de tensión alterna, se genera flujos de pico, es decir, flujos máximos :Φmax y flujos mínimos Φmin. Pero aquí solamente nos interesan los Φmax.

El flujo, a su vez genera una tensión eficaz E. Tanto la tensión eficaz E y la tensión aplicada Eg, tienen que ser iguales, porque como se puede observar en el dibujo, las dos tensiones se encuentran en las mismas líneas de alimentación.

Así tenemos que la ecuación que define las dos tensiones sería:

E=Eg=4,44*f*N*Φmax

Donde f representa la frecuencia; N el número de vueltas de la bobina; y el 4,44 es una constante cuyo valor exacto (para los sibaritas) es= 2*Π/√2.

La ecuación nos explica, que con una tensión Eg constante, el flujo Φ será constante.



Sin embargo, si introducimos un núcleo de hierro en el interior de la bobina, las condiciones cambian, algo que resulta muy relevante para la funcionalidad de los transformadores y sus diversos tipos.

En esta nueva situación, si la tensión Eg se mantiene constante, el flujo Φmax se matendrá constante y, por tanto, Eg=E. Hasta aquí no hay una diferencia entre núcleo de aire y el núcleo de hierro. Pero lo que si que cambia, significativamente, es la Im. Con un núcleo de hierro, la Im disminuye o es más baja. Y esto sucede, porque se necesita una fuerza magnetomotriz mucho menor para producir el mismo flujo Φmax.

El funcionamiento del transformador básico

Hasta ahora hemos analizado como se comporta una sola bobina a la que se le induce una corriente eléctrica. Ahora vamos a realizar otro análisis para conocer qué sucede cuando se acoplan dos bobinas magnéticamente, es decir, cómo funciona un transformador.



Como podemos observar en el dibujo, tenemos una fuente de alimentación de tensión o corriente alterna Eg, dos bobinas (una llamada primaria y la otra llamada secundaria, con N vueltas o espiras, una tensión inducida en la bobina secundaria que denominamos E2, un flujo total ΦT que es la suma de dos flujos: el flujo mutuo Φm1 que corresponde al flujo que acopla magnéticamente a las dos bobinas más el flujo Φf1 que incide únicamente en la bobina primaria. La tensión E1 continua siendo igual a la tensión Eg. Y, también, hemos de indicar que se trata de un transformador en vacio porque no tiene una carga, además de que las dos bobinas están con un núcleo de aire. Es lo que se viene a denominar un transformador básico o elemental.

Las tensiones existentes en el circuito son dos. Entre los puntos 1 y 2 y, entre los puntos 3 y 4. Esto quiere decir, que entre cualquier otra combinación de puntos no existe tensión. Así que podemos decir, que las bobinas se encuentran aisladas en términos eléctricos.

El flujo Φm1 enlaza con su campo magnético las dos bobinas generando de esta forma una tensión E2. El flujo Φf1 solamente incide sobre las espiras de la bobina primaria y la podemos denominar como flujo de dispersión. El flujo ΦT es el flujo total, es decir la suma de los otros dos flujos. En el caso que las bobinas esten muy separadas, el flujo Φm1 es muy reducido y estaremos hablando de un acoplamiento de bobinas débil. Sin embargo, si juntamos las dos bobinas, el flujo Φm1 aumenta respecto al flujo ΦT y abremos conseguido un acoplamiento entre bobinas óptimo. Esta es la razón, por el cual, en la mayoría de los transformadores industriales se realizan los devanados de las bobinas uno encima del otro, para conseguir mejorar el acoplamiento.

Falta indicar, que con un acoplamiento débil, no solamente disminuye el flujo Φm1, también se reduce la tensión E2. Sin embargo, al acercar las dos bobinas, se aumenta el flujo Φm1 y, por tanto, se aumenta la tensión E2. Así, que la relación entre el flujo Φm1 y la tensión E2 es proporcional.

El coeficiente de acoplamiento. El acoplamiento entre las bobinas primaria y secundaria es una medida física y, por lo tanto, se puede calcular. El calculo se realiza con la siguiente ecuación:
K=Φm1/ΦT ;en donde K es el coeficiente y no tiene unidades.

Video explicativo de los "Transformadores eléctricos"



Gonzalo F

La inducción electromagnética en 21:12

La vida moderna esta basada, entre otros factores, en el uso de la electricidad como fuente de energía, siendo, por tanto, uno de los pilares de nuestra sociedad de la información y el conocimiento caracterizada por la implantación del transistor, televisión, ordenadores, Internet etc.

La fuente principal de producción de electricidad, al menos a escala industrial, esta basada en la inducción electromagnética descubierta experimentalmente por Michael Faraday en 1831, y por consiguiente, nunca un experimento como este cambio nuestra visión del mundo, nuestra manera de vivir.


Conviene recordar que uno de los primeros trabajos de investigación relacionados con la corriente eléctrica fue llevado a cabo por Galvani (1737 – 1798) quien en 1791 publicó que cuando un metal se pone en contacto con las patas de una rana se produce una contracción muscular que Galvani interpretó erróneamente como electricidad animal. Galvani propuso que el cerebro de los animales producía electricidad que se transfería a los nervios y tras ser acumulada en los músculos llegaba a producir el movimiento de los miembros, como el mismo observó ocurría en la pata de la rana.



Fue Alejandro Volta (1745 – 1827) quien puso de manifiesto que en el experimento de Galvani la pata de la rana actuaba como un mero detector de electricidad y que, en realidad, esta era producida por la unión del metal y la disolución que le rodeaba. De hecho en 1800 Volta inventó la pila que hoy día lleva su nombre formada por una serie de discos de plata y cinc separados por papel humedecido en salmuera.



El mecanismo de cómo se producía electricidad en la pila de Volta no fue conocido hasta bastantes años después. Sin embargo, ello no impidió que en 1820 Hans Christian Oesterd (1777 – 1851) realizara un experimento demostrando que el paso de una corriente eléctrica por un conductor cambiaba la dirección de una aguja magnética cercana al mismo. Los polos de la aguja magnética no eran repelidos ni atraídos por la corriente sino que se orientaban en una dirección perpendicular al paso de la corriente. El experimento de Oesterd fue el primer experimento que estableció una conexión entre la electricidad y el magnetismo y por tanto fue considerado como el principio del electromagnetismo. Fue, no obstante, André Marie Ampere (1775 – 1836) quién desarrolló la teoría necesaria para entender los experimentos de Oesterd y otros similares desarrollados por el mismo. Su teoría fue considerada como los “Principia” de la Electrodinámica.



El químico y físico inglés Michael Faraday (1791 – 1867) fue convencido por su amigo Richard Phillips, a la sazón editor del Philosophical Magazine, para interesarse en el experimento de Oesterd y así comenzó su investigación en electromagnetismo. El día 29 de agosto de 1831, Faraday descubrió experimentalmente el fenómeno de la inducción electromagnética. En fechas anteriores todos sus intentos resultaron fallidos pero en dicho día no. El sistema experimental que preparó puede verse en la Figura 1. Tomó un anillo de hierro y en una de sus mitades enrolló un hilo debidamente aislado, la bobina A de la Figura, que conectó a una batería. En la otra mitad enrolló un segundo hilo, la bobina B de la Figura, que conectó a un galvanómetro.



Faraday observó que cuando apagaba la corriente en A, creyendo que el experimento no había tenido éxito, el galvanómetro conectado a la bobina B, detectaba el pulso de corriente. Con más cuidado, observó que el paso de corriente de manera continua por A no producía ninguna corriente en B. Se dio cuenta que solo se producía corriente en B cuando se iniciaba o cesaba la corriente en A.



Poco después de este experimento, Faraday demostró que si introducía un imán dentro de una bobina se producía una corriente transitoria. Análogamente si en vez de meter el imán lo sacaba, se producía una corriente pero esta vez de sentido contrario al obtenido cuando se introducía. Si el imán permanecía dentro de la bobina sin moverse, no se producía corriente. Resultaba claro que para producir una corriente el imán tenía que moverse en relación al carrete o bobina.

Hoy día sabemos que para producir una corriente eléctrica se necesita una variación en un campo magnético, bien moviendo físicamente un imán o cerrando o iniciando la corriente eléctrica de un solenoide, por poner algunos ejemplos. Así pues, una corriente inducida se puede producir si una bobina gira en un campo magnético fijo. Este aparato es en realidad un generador eléctrico donde se convierte energía mecánica en energía eléctrica. En una central hidroeléctrica el agua almacenada en una presa se libera de tal manera que su caída hace girar la bobina de un generador. En una central térmica el vapor de agua a presión, producido al calentar agua con la energía obtenida por la combustión del carbono, se utiliza para girar las bobinas.



En general los métodos de inducción magnética están basados en lo que hoy día se conoce como ley de Faraday, llamada así en honor a su descubridor. Esta ley establece que el voltaje inducido en un circuito eléctrico es directamente proporcional a la variación con el tiempo de flujo magnético a través del circuito. Matemáticamente se escribe mediante la ecuación





donde e es la fuerza electromotriz que se mide en voltios y fm es el flujo magnético que de hecho está relacionado con el número de líneas de campo magnético que pasan a través de la superficie delimitada por el circuito eléctrico. El término de la derecha de la ecuación anterior representa la derivada respecto al tiempo. En realidad este flujo magnético se define como el producto del campo magnético B por el área limitada por el circuito. La unidad de flujo magnético es el Weber que equivale a un Tesla por metro cuadrado (1 T. m2). Lo que la ley indica es lo que Faraday observó en su experimento, que la fuerza electromotriz inducida no es proporcional al valor del flujo magnético sino a su variación por unidad de tiempo.



El signo negativo que aparece en el término de la derecha está relacionado con la dirección de la fuerza electromotriz inducida que sigue el principio general denominado Ley de Lenz en honor del físico Heinrich Friedrich Lenz (1804 – 1865), y cuyo enunciado es: El sentido de las corrientes, o fuerza electromotriz inducida, es tal que siempre se opone a la variación del flujo magnético que la produce.



El científico americano Joseph Henry (1797–1878) comunicó que el había descubierto la inducción electromagnética al mismo tiempo que Faraday, de forma independiente, y posiblemente fuese así. No obstante, como no publicó estos resultados, lo que sí hizo Faraday, hoy en día el descubrimiento de dicho fenómeno está asociado al nombre de Faraday. Lo que Henry descubrió y publicó en 1832 fue el fenómeno de auto – inducción. En honor de Henry la unidad oficial de inductancia es el Henrio, representado por la letra H. Se debería haber llamado Faraday o Faradio, pero estos términos se usan para otras magnitudes. El Faraday es una cantidad de carga electrica usada en los procesos electrolíticos y el Faradio, representado por F y llamado así en honor del científico inglés, es la unidad de capacidad eléctrica.



El experimento de la inducción electromagnética abrió el camino de la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica y supuso el inicio de la moderna industria eléctrica donde la electricidad, como mencionábamos al principio, juega un papel crucial en el desarrollo y bienestar de nuestra sociedad.



Los experimentos y descubrimientos de Faraday representan un claro ejemplo de cómo la investigación básica motivada por la curiosidad científica y sin mayor interés por sus aplicaciones prácticas puede, posteriormente, tener enormes consecuencias prácticas y generar un gran desarrollo económico. En este sentido es celebre la anécdota que relata como el Ministro de Hacienda Británico, Gladstone, interrogó a Faraday sobre la utilidad de la energía eléctrica y como este le contestó “Sir, un día podrá usted gravarla con impuestos”.


Figura 1. Diagrama procedente del Diario de Faraday para ilustrar su descubrimiento de la inducción electromagnética. Faraday observó que al iniciarse una corriente eléctrica a través de la bobina A se inducía una corriente transitoria en la bobina B.

Video que muestra como se crea luz con este concepto de Faraday

Experimentos de Faraday en 20:58

A raíz de las experiencias realizadas por Oersted (1777-1851), en 1819, que habían puesto de manifiesto que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, los científicos de la época se preguntaban: ¿pueden los campos magnéticos producir corrientes eléctricas? El científico inglés Michael Faraday (1791-1867) demostró que si era posible. Veamos uno de sus experimentos.

Para realizar el experimento utilizamos una bobina, un imán, cables de conexión y un galvanómetro (un aparato que usamos para detectar el paso de corriente eléctrica por un circuito).
Si conectamos el galvanómetro a la bobina, completamos un circuito eléctrico que carece de generador de corriente (por ejemplo una pila), por lo que no detectamos nada con el galvanómetro (la aguja no se desvía) Pero, si movemos un imán en las proximidades de la bobina, observamos una desviación de la aguja del galvanómetro que indica la presencia de una corriente eléctrica. La desviación de la aguja y la corriente, cesan si se detiene el movimiento del imán. El resultado es el mismo si se deja quieto el imán y se desplaza la bobina.
Conclusión: al variar el flujo magnético que atraviesa la bobina, lo que se logra acercando un imán o alejándolo de ella, se origina una corriente inducida en dicha bobina. La intensidad de la corriente inducida depende de la velocidad con que varía el flujo que atraviesa la bobina


Gonzalo F

La Caja de Faraday aplicada en la realidad en 20:09

El comportamiento de la estructura metálica de un vehículo se conoce en campo de la Física como jaula de Faraday. En el interior de una jaula de Faraday, el campo electromagnético es nulo y por lo tanto no pueden producirse descargas eléctricas. La energía del rayo se descarga a través del exterior de la carrocería del coche, mientras que adentro la actividad electromagnética queda anulada por completo.

¡Atención! Para que el efecto de la jaula de Faraday funcione correctamente, las ventanillas del vehículo deben estar completamente cerradas y no debe circular aire desde el interior hacia afuera; de lo contrario, esta circulación de aire podría provocar una diferencia de potencial que permitiría el ingreso de la corriente eléctrica desde el exterior. También es mejor evitar el contacto con cualquier parte metálica del coche.

Se puede hacer un experimento muy simple para comprobar la eficacia de la jaula de Faraday. Si envolvemos una radio portátil de onda media en funcionamiento, utilizando papel de diario o embalaje, ésta seguirá sonando normalmente. Sin embargo, si la envolvemos en papel de aluminio, enmudecerá de inmediato. Esto se debe a que la envoltura de papel de aluminio es una excelente conductora eléctrica y anula el campo electromagnético de su interior, bloqueando la señal de transmisión que la radio necesita para funcionar.

El principio de la jaula de Faraday se aplica en muchos aparatos para evitar que reciban interferencias eléctricas, o para impedir que escape la energía de su interior. Por ejemplo, los hornos de microondas están protegidos con una jaula de Faraday para impedir la emisión al exterior de sus ondas electromagnéticas mientras están encendidos.

Desde luego, aunque sepamos que no corremos ningún riesgo si un rayo cae sobre nuestro automóvil durante una tormenta eléctrica, no estamos dispuestos a comprobarlo personalmente, ¿verdad? Sin embargo, siempre existe algún temerario capaz de realizar esa clase de pruebas. Por ejemplo, Richard Hammond, conductor del programa británico de automovilismo Top Gear, quien se animó a permanecer dentro de un Volskwagen Golf mientras era sometido a una descarga de 800 mil voltios en una central eléctrica de la compañía Siemens

GENERADOR DE VAN DE GRAAFF en 15:44

El Generador de Van de Graaff es una máquina electrostática empleada en física nuclear para producir tensiones muy elevadas. El generador fue desarrollado en 1931 por el físico estadounidense Robert Jemison Van de Graaff. Consiste en un terminal de alta tensión formado por una esfera metálica hueca montada en la parte superior de una columna aislante. Una correa continua de material dieléctrico, como algodón impregnado de caucho, se mueve desde una polea situada en la base de la columna hasta otra situada en el interior de ésta. Mediante una tensión eléctrica de unos 50.000 voltios se emiten electrones desde un peine metálico de púas afiladas, paralelo a la correa móvil. La correa transporta las cargas hasta el interior de ésta, donde son retiradas por otros peines y llevadas a la superficie de la esfera. A medida que la correa va recogiendo cargas y las transporta hasta la esfera, se crea una diferencia de potencial de hasta 5 millones de voltios. El generador Van de Graaff se usa para acelerar un haz de electrones, protones o iones destinado a bombardear núcleos atómicos.

Sergio Fuentes.

Conservación de la carga en 15:36

Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones la carga es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga es positiva.

Los electrones no se crean ni se destruyen , sino que simplemente se transfieren de un material a otro. Cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de electricidad que recibe uno de los cuerpos es igual a la que cede el otro. La carga se conserva. En todo proceso, ya sea en gran escala o en el nivel atómico y nuclear, se aplica el concepto de conservación de la carga. Jamás se ha observado caso alguno de creación o destrucción de carga neta. La conservación de la carga es una de las piedras angulares de la física, a la par con la conservación de la energía de la cantidad de movimiento.

Todo objeto con carga eléctrica tiene un exceso o una deficiencia de cierto número entero de electrones: los electrones no se pueden dividir en fracciones. Esto significa que la carga del objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón. El objeto no puede poseer una carga igual a 1.5 o a 1000.5 electrones, por ejemplo. Todos los objetos cargados que se han observado hasta ahora tiene una carga que es un múltiplo entero de la carga de un solo electrón.

Sergio Fuentes.

Charles Coulomb en 15:18

Charles Coulomb

Físico francés. (Angulema, Francia, 1736-París, 1806) Su celebridad se basa sobre todo en que enunció la ley física que lleva su nombre (ley de Coulomb), que establece que la fuerza existente entre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Las fuerzas de Coulomb son unas de las más importantes que intervienen en las reacciones atómicas. Después de pasar nueve años en las Indias Occidentales como ingeniero militar, regresó a Francia con la salud maltrecha. Tras el estallido de la Revolución Francesa, se retiró a su pequeña propiedad en la localidad de Blois, donde se consagró a la investigación científica. En 1802 fue nombrado inspector de la enseñanza pública. Influido por los trabajos del inglés Joseph Priestley (ley de Priestley) sobre la repulsión entre cargas eléctricas del mismo signo, desarrolló un aparato de medición de las fuerzas eléctricas involucradas en la ley de Priestley, y publicó sus resultados entre 1785 y 1789. También estableció que las fuerzas generadas entre polos magnéticos iguales u opuestos son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellos, lo cual sirvió de base para que, posteriormente, Simon-Denis Poisson elaborara la teoría matemática que explica las fuerzas de tipo magnético. También realizó investigaciones sobre las fuerzas de rozamiento, y sobre molinos de viento, así como también acerca de la elasticidad de los metales y las fibras de seda. La unidad de carga eléctrica del Sistema Internacional lleva el nombre de culombio (simbolizado C) en su honor.

Joseph Priestley

Sergio Fuentes.

Ley de COULOMB en 15:02

Aún cuando los fenómenos electrostáticos fundamentales eran ya conocidos en la época de Charles Coulomb (1736-1806), no se conocía aún la proporción en la que esas fuerzas de atracción y repulsión variaban. Fue este físico francés quien, tras poner a punto un método de medida de fuerzas sensible a pequeñas magnitudes, lo aplicó al estudio de las interacciones entre pequeñas esferas dotadas de carga eléctrica. El resultado final de esta investigación experimental fue la ley que lleva su nombre y que describe las características de las fuerzas de interacción entre cuerpos cargados.

Cuando se consideran dos cuerpos cargados (supuestos puntuales), la intensidad de las fuerzas atractivas o repulsivas que se ejercen entre sí es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separa, dependiendo además dicha fuerza de la naturaleza del medio que les rodea.

Como fuerzas de interacción, las fuerzas eléctricas se aplican en los respectivos centros de las cargas y están dirigidas a lo largo de la línea que los une.

La expresión matemática de la ley de Coulomb es:

en donde q y q' corresponden a los valores de las cargas que interaccionan tomadas con su signo positivo o negativo, r representa la distancia que las separa supuestas concentradas cada una de ellas en un punto y K es la constante de proporcionalidad correspondiente que depende del medio en que se hallen dichas cargas.El hecho de que las cargas aparezcan con su signo propio en la ecuación anterior da lugar a la existencia de dos posibles signos para la fuerza Fe, lo cual puede ser interpretado como el reflejo de los dos tipos de fuerzas, atractivas y repulsivas, características de la interacción electrostática. Así, cargas con signos iguales darán lugar a fuerzas (repulsivas) de signo positivo, en tanto que cargas con signos diferentes experimentarán fuerzas (atractivas) de signo negativo. La constante de proporcionalidad K toma en el vacío un valor igual a:

K = 8.9874 · 10 9("10" elevado a 9) N · m 2("m" elevado a 2) /C 2 ("C" elevado a 2)

esa elevada cifra indica la considerable intensidad de las fuerzas electrostáticas. Pero además se ha comprobado experimentalmente que si las cargas q y q' se sitúan en un medio distinto del aire, la magnitud de las fuerzas de interacción se ve afectada. Así, por ejemplo, en el agua pura la intensidad de la fuerza electrostática entre las mismas cargas, situadas a igual distancia, se reduce en un factor de 1/81 con respecto de la que experimentaría en el vacío. La constante K traduce, por tanto, la influencia del medio.

Finalmente, la variación con el inverso del cuadrado de la distancia indica que pequeños aumentos en la distancia entre las cargas reducen considerablemente la intensidad de la fuerza, o en otros términos, que las fuerzas electrostáticas son muy sensibles a los cambios en la distancia r.

Sergio Fuentes.

Potencial eléctrico en 14:51

Dos cargas en la misma posición tienen dos veces más energía potencial que una sola; tres cargas tendrán el triple de energía potencial; un grupo de diez cargas tendrán diez veces más energía potencial, y así sucesivamente.En vez de ocuparnos de la energía potencial total de un grupo de cargas, es conveniente, cuando se trabaja con electricidad, considerar la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La energía potencial eléctrica por unidad de carga es el cociente de la energía potencial eléctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energía potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera que sea la cantidad de carga. Por ejemplo, un objeto con diez unidades de carga que se encuentra en un punto específico tiene diez veces más energía que un objeto con una sola unidad de carga, pero como también tiene diez veces más carga, la energía potencial por unidad de carga es la misma.El concepto de energía potencial por unidad de carga recibe un nombre especial: potencial eléctrico.La unidad del Sistema Internacional que mide el potencial eléctrico es el volt, así llamado en honor del físico italiano Alessandro Volta (1745-1827). El símbolo del volt es V. Puesto que la energía potencial se mide en joules y la carga en coulombs:

Como el potencial eléctrico se mide en volts, se le suele llamar voltaje

Sergio Fuentes.

"Historia del electromagnetismo" en 18:56

Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de estos fenómenos. Durante estos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieron investigando estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.

Michel Faraday

A principios del siglo XIX Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.

James Clerk Maxwell

Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraba que los campos eléctricos y los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético. Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda electromagnética. Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, los físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la bombilla eléctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla. El éxito predicitivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de sus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.
En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el electromagnetismo tenía que mejorar su formulación con el objetivo de que fuera coherente con la nueva teoría. Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuántica electromagnética o mejor conocida como electrodinámica cuántica.

Sergio Fuentes.

¿Qué es el electromagnetismo? en 18:54

El electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica.

El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.

Sergio Fuentes.

Circuitos eléctricos en 18:10

El circuito eléctrico elemental.
El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido por por el que se desplazan las cargas eléctricas.

Circuito elemental
Las cargas eléctrica que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje o tensión entre los extremos de un conductor, se necesita un dispositivo llamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica.

Se distinguen dos tipos de corrientes:

Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada por una pila o batería.

Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.
Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en eléctrica.
El mecanismo que lo constituye es un elemento giratorio llamado rotor, accionado por una turbina el cual al girar en el interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminales de salida un determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente alterna (a).

Sergio Fuentes.

"El nacimiento del primer transformador..." en 11:50

Entre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Zipernowsky, Bláthy y Deri de la compañía Ganz crearon en Budapest el modelo “ZBD” de transformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la fórmula matemática de los transformadores:

Vs = Ns

__ __

Vp Np

(donde Vs es el voltaje en el secundario y Ns es el numero de espiras en el secundario, Vp y Np se corresponden al primario)

Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra "transformador", una palabra que había sido acuñada por Bláthy Ottó.

En 1885, George Westinghouse compro las patentes del ZBD y las de Gaulard y Gibbs. Él le encomendó a William Stanley la construcción de un transformador de tipo ZBD para uso comercial.

Este diseño se utilizó por primera vez comercialmente en 1886.

Sergio Fuentes.

¿Qué es un transformador eléctrico? en 11:38

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Sergio Fuentes.

atencion Nuevo blog


http://electromagnetismo221.blogspot.com

metanse !

urgente !

UN MOTOR ELECTRICO MUY SIMPLE en 19:13

Utilizaremos una pila (da igual el tamaño) así como un tornillo, que servirá de eje, un cable de cobre y un imán en forma de disco de neodimio (supongo que vale cualquier imán, aunque se ha utilizado uno extraído de un juguete magnetico

Una vez que está todo preparado, llega lo más fácil: unirlo. Es como una receta de cocina, la dificultad muchas veces se encuentra en la rareza de los ingredientes, mientras que la elaboración es de lo más sencillo.

Lo primero que hay que hacer es situar el tornillo entre la pila y el imán, de tal forma que las tres piezas aparezcan juntas por el efecto del imán, tal y como aparece en la fotografía. Aquí podemos observar ambos polos de la pila. Si ponemos en contacto el polo positivo de la pila al tornillo, éste girará en un sentido determinado. Si por el contrario, lo ponemos en contacto con el polo negativo, girará en sentido contrario. Esto se debe al campo que se crea en torno al tornillo, si es positivo o negativo, al igual que ocurre con el vórtice a un lado y otro del ecuador.

Ahora ya sólo nos queda conectar el cable de cobre al extremo libre de la pila y al imán en el otro extremo del tornillo y comenzará a girar el tornillo.



Por Xian Castillo Lay.

Magnetismo en Chile en 18:01

Con el posteo que realizó mi compañero sobre el magnetismo en Puerto Rico, me acordé de algo muy parecido que ocurre aquí también en Chile. En la zona norte de nuestro país, en Arica y para ser más específicos 18°27'11.91"S 69°45'49.87"O ocurre el mismo fenómeno, los autos van hacia atrás O_o!! Camino al lago Chungará existe una zona magnética justo al final de una cuesta, donde si detienes el motor del auto, este comienza a retroceder solo. Lo cual ocurre muy lentamante pero de todas maneras te sorpredes.

Por Karina Castro P.

El campo magnético terrestre en 12:10

La Tierra posee un poderoso campo magnético, como si el planeta tuviera un enorme imán en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geográfico y viceversa. Aunque los polos magnéticos terrestres reciben el nombre de polo norte magnético (próximo al polo norte geográfico) y polo sur magnético (próximo al polo sur geográfico), su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres.Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año. Cada 960 años, las variaciones en el campo magnético de la Tierra incluyen el cambio en la dirección del campo provocado por el desplazamiento de los polos. El campo magnético de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razón de 19 a 24 km por año.

(D. Véliz P.)

MAGNETIMO EN PUERTO RICO en 16:46

Veanlo es muy curioso y a la vez chistoso sobre todo por la guagua de pedro y la musica de fondo....


saludos/(S.A)

Potencial Eléctrico en 19:55

Trabajo eléctrico

Si sometemos una carga puntual ante la presencia de un campo eléctrico, la carga experimentara una fuerza eléctrica:


Sin embargo, si requerimos de establecer un equilibrio para la partícula o desplazar las partícula con velocidad constante se requiere de otra fuerza que contrarreste el efecto la fuerza generada por el campo eléctrico, esta fuerza deberá tener la misma magnitud que la primera, pero dirección contraria, es decir:



Partiendo de la definición clásica de trabajo, sabemos que el trabajo se define como el producto de una fuerza que actúa a distancia. Así, en este caso, se realizará un trabajo para trasladar una fuerza de un punto a otro. De tal forma que al aplicar un pequeño desplazamiento dl se generara un diferencial de trabajo dW. Es importante resaltar que el trabajo realizado por la partícula realizara un trabajo positivo o negativo dependiendo de cómo sea el desplazamiento en relación con la fuerza Fa . Un diferencial de trabajo queda expresado como:





Nótese que en el caso de que la fuerza no este en la dirección del desplazamiento, debemos solo multiplicar por su componente en la dirección del movimiento. Como en la definición propia del trabajo se tiene un producto escalar, el producto Fa es justificado, es decir, la proyección de Fa sobre el vector desplazamiento.

Retomando el trabajo positivo y negativo, será considerado como un trabajo positivo aquel trabajo realizado por un agente externo al sistema carga-campo para ocasionar un cambio de oposición. En el caso que el trabajo tenga un signo negativo se deberá de interpretarse como el trabajo realizado por el campo.

Recordemos que los diferenciales delinea pueden ser expresados como:




Sustituyendo la fuerza en función del campo tendremos:



por lo tanto podemos expresar el campo por:


si el trabajo que se realiza en cualquier trayectoria cerrada es igual a cero entonces se dice que estamos en presencia de un campo eléctrico conservativo.



lo que también es equivalente a decir que el rotacional del campo eléctrico es igual a cero:



Potencial eléctrico

Se define el potencial se define como el trabajo realizado para trasladar un objeto de un punto a otro. En particular, para el caso eléctrico, definimos el potencial eléctrico del punto A al punto B, como el trabajo realizado para trasladar una carga positiva unitaria q de un punto a otro, desde B hasta A.




las unidades para el potencial eléctrico son de (Joules/Coulombs o Volts). Nótese además que el trabajo que hemos sustituido en la ecuación proviene de la construcción de trabajo eléctrico.

Si consideramos que hemos construido la noción de potencial eléctrico en base a la construcción de un campo conservativo, esto del hecho de suponer una fuerza que tienda a contrarrestar la fuerza del campo para mantener la partícula cargada en equilibrio estático.
Analicemos el potencial eléctrico necesario para desplazar una carga puntual desde un punto B a un punto A.
Recordemos primero que el campo de una carga puntual esta determinado en forma radial como se muestra a continuación, sin embargo, recordemos que el hecho de haber tomado un campo conservativo le resta importancia a ese hecho.




sustituyendo en la ecuación que define al campo eléctrico tendríamos:

Obsérvese que se ha tomado el diferencial de línea de las coordenadas esféricas.

El potencial de una distribución de carga

Cuando existe una distribución de carga en un volumen finito con una densidad de carga conocida entonces puede determinarse el potencial en un punto externo, esto por que la definición de potencial involucra el campo eléctrico.

Si analizamos el potencial originado por cada diferencial de carga tendremos:








Finalmente podemos integrar sobre todo el volumen para obtener:



Nótese que la variable R es la distancia a al punto con respecto a cada diferencial de volumen en cada punto del objeto cargado y por tanto depende de las coordenadas, lo cual implica el hecho de no poder sacarlo de la integral. No deberá de confundir la variable r con la variable R.

De manera similar podemos encontrar el potencial eléctrico de cualquier distribución, bien sea de línea o de superficie y que puede ser expresados como:

Para configuraciones de superficie:



Para configuraciones de línea:


donde es la densidad superficial, es la densidad lineal.

Forma diferencial del potencial eléctrico
Recordamos que el potencial eléctrico puede ser expresado como:


También recordemos que el diferencial de una función se puede expresar como:



por lo que un diferencial de un potencial eléctrico puede ser expresado como:




Si sacamos el diferencial al potencial en la ecuación que relaciona con el campo eléctrico tendremos:


pero y por último si consideramos que para tenemos un desplazamiento pequeño tendremos: