Naturaleza

Se llama alternadores a unos dispositivos que sirven para producir corrientes eléctricas alternas. Su funcionamiento se basa en hacer girar una espira en el seno de un campo magnético, con lo que se creará una variación de flujo que engendrará una fuerza electromotriz inducida. En la práctica, para fabricar un alternador se coloca un conjunto de n espiras muy próximas entre sí para formar un cuadro que gira alrededor de su eje con una velocidad angular . Este cuadro se halla en el interior de un campo magnético de inducción B. Llamando S a la superficie de dicho cuadro, la fuerza electromotriz inducida, E, que se crea es:. E = n · B · S · · sen (1). siendo  el ángulo formado por la dirección del vector y la normal al plano del cuadro, que irá variando con el giro de éste. Si se suponen constantes n, B, S y , es decir, se consideran unos valores dados de estos parámetros, el valor de E sólo dependerá del seno del ángulo , por lo que:. E será máximo cuando  = 90°, con lo...

Dos o más generadores pueden asociarse en serie, en paralelo o de forma mixta. La asociación en serie tiene lugar cuando el polo negativo de cada uno de los generadores está unido al polo negativo del siguiente. Un ejemplo lo constituye el siguiente circuito de tres generadores. En él, las electromotrices respectivas son E1, E2 y E3 y sus resistencias internas respectivas son r1 , r2 y r3. La aplicación de la segunda ley de Kirchhoff establece que:. E1 + E2 + E3 = I (R + r1 + r2 + r3) I =. siendo I la intensidad de corriente y R la resistencia del circuito. Si todos los generadores fueran iguales, llamando E a su fuerza electromotriz y r a su resistencia interna, y n al número de ellos, la expresión anterior quedaría como:. I =. Por otra parte, dos o más generadores se conectan en paralelo cuando sus polos positivos están unidos entre sí y los polos negativos se hallan en la misma situación. El siguiente circuito es un ejemplo de este tipo de asociación. La aplicación de las...

El objeto de una central hidroeléctrica es la producción de corriente eléctrica alterna mediante el aprovechamiento de la energía mecánica almacenada en el agua de un cauce fluvial. Los elementos básicos de las centrales hidroeléctricas son la presa y el grupo turbogenerador. La presa se construye en un lugar en el que el lecho del río presente un brusco desnivel. Allí se edifica un muro (muro de presa) que hace que el agua quede almacenada en un embalse artificial a una cierta altura y, por tanto, dotada de una determinada energía mecánica potencial. En la base de estos muros se disponen unos conductos a través de los cuales el agua puede fluir hasta un nivel inferior. Así, a lo largo de la caída su energía potencial se va transformando en energía cinética. Esa masa de agua, dotada ya de gran velocidad, llega al grupo turbogenerador, constituido por una turbina y un alternador con sus ejes acoplados. Se provoca así la rotación de la turbina, que se transmite al alternador. Este...

Como su nombre sugiere, las centrales nucleares son instalaciones que utilizan procesos nucleares para producir energía eléctrica. La primera central de este tipo se construyó en Rusia en 1954. En el hemisferio occidental, la primera en entrar en funcionamiento fue la de Calder Hall, en el Reino Unido, en 1956. Los componentes de una central nuclear son el reactor, el cambiador térmico y el grupo turbogenerador. El reactor es una instalación donde se verifica una reacción de fisión nuclear controlada, basada en la rotura de un núcleo atómico relativamente grande (ciertos isótopos de uranio o plutonio, preferentemente) en otros núcleos más pequeños. Esta reacción origina un enorme desprendimiento de calor. El calor así obtenido se comunica a una masa de agua líquida por medio del cambiador térmico, con lo que se logra vapor de agua, que es inyectado a alta presión en el grupo turbogenerador. Este grupo está constituido por una turbina, cuyo eje se halla acoplado al de un...

El Sol es una gigantesca central de fusión termonuclear que emite sobre la Tierra una poderosa radiación electromagnética. La energía aportada por esta radiación es la fuente última de las formas de energía que se consumen en el planeta para la actividad humana. Recogida en parte por las plantas para la fotosíntesis, se usa desde tiempos prehistóricos como energía de biomasa (por ejemplo, leña). Las bolsas existentes de petróleo y gas natural proceden de la fosilización masiva de plantas en épocas pretéritas de la historia de la Tierra. El sol calienta el aire de la atmósfera y provoca los vientos, que se aprovechan para producir energía eólica, y así sucesivamente. No obstante, existe una forma más directa de convertir la energía solar en una forma de energía aprovechable mediante los dispositivos integrados en las llamadas centrales solares. En esencia, el aprovechamiento de la energía solar tiene tres fases: la captación de la radiación solar, el almacenamiento de la misma y su...

El grave inconveniente de que el funcionamiento de las centrales hidroeléctricas esté condicionado, entre otros factores, por el régimen de lluvias hizo que se pensara en medios alternativos de producción de energía eléctrica que eliminaran las incertidumbres derivadas de las fluctuaciones pluviométricas. Así nacieron las llamadas centrales térmicas o termoeléctricas, en las que se aprovecha la energía potencial de los combustibles fósiles para producir energía eléctrica. Básicamente, una central térmica se compone de un elemento calefactor, una caldera y un grupo turbogenerador. La caldera es un recipiente que contiene una masa de agua, la cual recibe el calor que se genera en el elemento calefactor al quemarse un combustible fósil (carbón o derivados del petróleo, tal que el gasóleo). Como consecuencia, el agua líquida contenida en la caldera se convierte en vapor de agua. Este vapor obtenido se inyecta a alta presión en una turbina, cuyo eje está acoplado al de un alternador...

En general, se llama condensador a un dispositivo eléctrico constituido por dos conductores, o armaduras, que poseen cargas del mismo valor, pero de signo contrario, y que están separados una cierta distancia. La magnitud característica de un condensador es la capacidad. Si se tiene un conductor aislado que posee una carga, q, bajo una diferencia de potencial, V, se denomina capacidad del mismo, C, a la magnitud definida como el cociente entre la carga y la diferencia de potencial:. C =. La unidad de capacidad en el Sistema Internacional se denomina faradio (símbolo F) y se define como la capacidad de un conductor que, para una diferencia de potencial de un voltio, tiene la carga de un culombio. En la práctica, el faradio es una unidad muy grande, por lo que frecuentemente en los circuitos y cálculos comunes se emplean sus divisores, como:. microfaradio ( F) = 10-6 F ; picofaradio (pF) = 10-12 F. Uno de los tipos de condensadores más extendidos es el de placa plana, en el que...

Cuando se comunica carga eléctrica a un cuerpo, su materia constitutiva puede comportarse de dos formas diferentes. Existe un tipo de sustancias en el que la carga aportada permanece en reposo en el lugar en que se ha depositado, pero hay otra clase de materiales que reparten la carga recibida, lo que hace que ésta se desplace en su seno. Los cuerpos de la primera clase se llaman aislantes; los de la segunda, conductores. En general, los conductores por excelencia son los metales, a los que se denomina conductores de primera especie, porque no se ven alterados por el movimiento de las cargas a su través. Otros conductores, llamados de segunda especie, son las disoluciones de electrólitos (ácidos, bases y sales), que sí se modifican por el tráfico de cargas eléctricas en su interior. Por otra parte, son ejemplos de materiales aislantes el vidrio, los plásticos, la porcelana, el corcho, etc. El agua químicamente pura es mala conductora, pero el agua natural, que contiene siempre una...

Se llama corriente alterna a la producida en unos generadores, llamados alternadores, que basan su funcionamiento en la fuerza electromotriz que aparece en una espira, cuando ésta gira en un campo magnético, gracias a la variación de flujo que se origina en dicho giro. El valor de esta fuerza electromotriz es:. E = Em · sen  (1). siendo Em el valor máximo que puede alcanzar E. Este valor está ligado a la inducción del campo magnético presente (B), el número de espiras que giren (n), la superficie de dichas espiras (S) y la velocidad angular de giro (), por la relación:. Em = n · B · S ·. De (1) se deduce que la variación de la fuerza electromotriz, E, es sinusoidal. Veamos otros parámetros de un circuito recorrido por una corriente alterna. Supóngase que el circuito está constituido por un generador, una resistencia óhmica externa, R, una autoinducción, L, y un condensador de capacidad C. Considerando incluida en R la resistencia interna del generador, r, la tensión o...

Corriente eléctrica. El fenómeno de la electricidad estática es ampliamente conocido por la experiencia de la vida corriente. Los modernos espacios de oficinas, con sus suelos enmoquetados y su abundancia de materiales sintéticos, constituyen una fuente de acumulación de esta clase de energía. Un empleado que se desplaza caminando sobre la moqueta y rodeado de sustancias y revestimientos plásticos de las paredes, los muebles y el material de oficina se va electrizando, como las bolitas de saúco del experimento griego con la varilla de ámbar. De este modo, cuando pretende abrir descuidadamente una puerta agarrando el tirador por el pomo metálico, corre un riesgo elevado de sufrir una desagradable descarga eléctrica. Este «calambre» producido por la carga de electricidad estática en el cuerpo humano se explica por una transferencia de dicha carga entre dos «medios» que la contienen en diferente cantidad. Para que tenga lugar esta transferencia, es preciso además que el receptor del...

El efecto Doppler, también llamado efecto Doppler-Fizeau, es un fenómeno físico caracterizado por el cambio en la frecuencia de una onda cuando existe un movimiento relativo entre el emisor de dicha onda y el observador. Este efecto es muy fácil de observar en la vida cotidiana. Por ejemplo, cuando una persona inmóvil en la acera de una ciudad escucha la sirena de una ambulancia que se acerca, distinguirá un cambio de tono, hacia más grave, cuando el vehículo acaba de pasar delante de ella y comienza a alejarse. Esto significa que, cuando el objeto que emite la onda se aproxima al observador, la frecuencia de dicha onda aumenta; al alejarse el objeto emisor, la frecuencia de la onda disminuye, siempre desde el punto de vista del observador. De ahí el cambio característico de altura del sonido de la ambulancia del ejemplo. El fenómeno descrito debe su nombre al físico austriaco Christian Doppler, que lo expuso por primera vez en 1842 en un tratado sobre el color de la luz emitida...

Electrostática. La eléctrica es actualmente una forma de energía ubicua en los hogares y los centros de actividad económica de todos los países del mundo. La dependencia actual que existe del suministro de fluido eléctrico para hacer funcionar las máquinas y los sistemas tecnológicos que sustentan buena parte de los procesos y situaciones de la vida corriente es muy acusada. Ello explica que un caso como el gran apagón sufrido en 1965 por Nueva York y otras ciudades del este de los Estados Unidos haya quedado escrito en los anales de la historia como un hecho singular y reiteradamente recordado. Sin embargo, el aprovechamiento del fenómeno eléctrico como una fuente de generación y transporte controlado de energía es relativamente reciente. Ya incluso en los inicios del siglo XX algunas grandes metrópolis, como Londres, se resistieron a abandonar sus grandes inversiones realizadas en gas de alumbrado para sustituirlas por una energía eléctrica más limpia y barata que iluminara sus...

El concepto de energía potencial eléctrica está relacionado con el trabajo (entendido como magnitud física) que puede realizarse en relación con la presencia de una carga eléctrica en el espacio. Así, supóngase una carga eléctrica positiva, q, y otra, también positiva, q’, sometida al campo eléctrico creado por la primera, de intensidad E. La fuerza que ese campo ejerce sobre la segunda carga es:. F’ = E · q’. Al ser repulsivo, el efecto será el de un alejamiento de q’ con respecto a q. Por tanto, si se deseara mover q’ desde un punto A hasta otro B, más cercano a q, habría que ejercer una fuerza, F, que neutralizara a F’. El módulo de dicha fuerza tomaría el valor:. F = - E · q’. Al moverse sobre la línea que une q y q’, esta fuerza crea un trabajo infinitesimal, dW, que en un espacio diferencial de la distancia entre A y B, dr, vendría dado por:. dW = F · dr dW = - E · q’ · dr dW = -q’. De esta forma, el trabajo total al trasladar la carga desde A hasta B se expresa...

El espectro electromagnético es una denominación genérica aplicada a todas las posibles frecuencias que puede tener una radiación electromagnética. En su conjunto, la radiación electromagnética es la energía radiante emitida por medio de un proceso propio del electromagnetismo. La forma más habitual de esta radiación es la luz visible, aunque otras muchas modalidades conocidas, como las ondas de radio, los rayos X o la luz infrarroja (IR) o ultravioleta (UV), son también radiaciones electromagnéticas. En su definición clásica, la radiación electromagnética está constituida por ondas electromagnéticas, definidas a su vez como oscilaciones sincronizadas de un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí que en el vacío se propagan a la velocidad de la luz (es decir, 300.000 metros por segundo). Como cualquier onda, las electromagnéticas son perturbaciones cíclicas en el espacio y el tiempo que se caracterizan por varias propiedades características. Entre ellas, se llama...

Los materiales pueden clasificarse en varios grupos atendiendo a su comportamiento frente a la presencia de campos magnéticos en sus cercanías. Uno de estos grupos, de naturaleza interesante por sus aplicaciones, es el de los materiales ferromagnéticos, que se rigen por la propiedad del ferromagnetismo. Para introducir esta propiedad, es preciso antes comprender el concepto de solenoide. Recibe este nombre un hilo conductor de gran longitud respecto a su diámetro. Cuando por él circula una corriente, en su interior, si existe el vacío, aparece un campo magnético, cuyo valor de inducción magnética se define como:. B =. siendo = 12,57 · 10-7 wb/A·m la susceptibilidad magnética del vacío, N el número de espiras, I la intensidad de la corriente circulante y x la longitud del solenoide. Si en el interior de un solenoide, en lugar del vacío, se coloca un cuerpo cilíndrico de una determinada sustancia, el campo magnético descrito puede variar sustancialmente. Puede suceder que aumente...

Sea un campo eléctrico, de intensidad E, y una superficie diferencial en su seno, de área ds. El pequeño tamaño de la superficie permite considerar que en cualquier punto de ella el campo eléctrico tiene la misma intensidad. Por definición, se llama flujo diferencial del campo a través de la mencionada superficie al producto:. d = E · ds · cos w (1). siendo w el ángulo que forma el vector intensidad de campo, , y la normal a la superficie considerada. El flujo total se lograría integrando la expresión anterior. Así pues, de (1) se deduce que el valor del flujo, para un campo y una superficie dadas, depende del valor de cos w. Pueden darse los casos siguientes:. Que sea w = 0º. Se verificará entonces que cos w = 1, con lo que:. d = E · ds. y el flujo alcanzará su valor máximo. Que sea w = 90º. En ese caso, cos w = 0 y, por consiguiente:. d= 0. con lo que el flujo tomará su valor mínimo. Que w sea un ángulo agudo, es decir que 90 > w > 0. Entonces será cos w < 1 y...

Cuando una corriente eléctrica circula por dos puntos A y B, entre los que existe una diferencia de potencial de valor V, durante un tiempo t, el trabajo que se desarrolla por el campo eléctrico existente en el interior del conductor es:. W = I · V · t. Como, según la ley de Ohm, se tiene que:. V = I · R. siendo R la resistencia existente entre A y B, la igualdad anterior puede expresarse como:. W = I · I · R · t W = I2. R · t (1). En el Sistema Internacional, el trabajo anterior vendría expresado en julios, pero teniendo en cuenta que 1 julio = 0,24 calorías, la fórmula (1) puede escribirse en la forma siguiente:. W = 0,24 I2 · R · t. con la que puede obtenerse el calor originado por la corriente a su paso por el conductor, expresado en calorías. Estas dos igualdades se conocen por el nombre genérico de ley de Joule. La aplicación de esta ley tiene numerosos usos prácticos. Entre ellos se encuentran los siguientes:. Alumbrado por incandescencia. Se basa en que a 500 ºC...

La expresión conocida por ley de Ohm relaciona matemáticamente los valores de intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia de un circuito. En su forma más sencilla, establece que la diferencia de potencial es igual al producto de la intensidad por la resistencia:. V = I · R. Este principio puede generalizarse a casos más complejos. Supóngase un circuito provisto de un generador en serie con un receptor y una resistencia. Se usará la siguiente notación para las magnitudes implicadas:. E = Fuerza electromotriz del generador. r = Resistencia interna del generador. E’ = Fuerza contraelectromotriz del generador. r’ = Resistencia interna del receptor. R = Resistencia externa presente en el circuito. I = Intensidad de la corriente que circula. El principio de conservación de la energía permite afirmar que la potencia suministrada por el generador se emplea, por una parte, en originar calor en los elementos del circuito, los cuales son el propio generador, la...

Magnetismo y electromagnetismo. «Lo más profundo y productivo que ha vivido la física desde tiempos de Newton». Así calificó en 1931 Albert Einstein la obra del físico y matemático escocés James Clerk Maxwell, autor de las ecuaciones que establecen las leyes del electromagnetismo, con motivo del primer centenario de su nacimiento. La pericia de Maxwell le permitió compendiar los conocimientos acumulados en las últimas décadas que ligaban electricidad y magnetismo por medio de un brillante conjunto de ecuaciones de cierta complejidad que se vieron como las primeras grandes leyes de unificación de la ciencia. De algún modo, la historia de la física durante todo el siglo XX, marcada por el nacimiento de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, ha seguido el camino abierto por Maxwell. La originalidad intelectual que demostró este físico y matemático en las leyes del electromagnetismo que llevan su nombre sirvió como modelo para intentar, a partir de las portentosas...

El estudio del potencial de un circuito hace intervenir magnitudes como la fuerza electromotriz y la resistencia del generador y la fuerza contraelectromotriz y la resistencia del elemento receptor. Considérese el siguiente circuito:. En él, como se puede observar, hay un generador de fuerza electromotriz E1 y resistencia interna r1 y un receptor, de fuerza contraelectromotriz E2 y resistencia interna r2. El principio de conservación de la energía exige que la potencia suministrada al elemento AB sea igual a la disipada en el mismo. Llamando P a la potencia suministrada, se tiene que:. P = VAB · I + E1 · r1. La potencia disipada se calcula atendiendo a varios criterios diferentes:. La que se pierde en las resistencias R1 y R2 vale I2 (R1 + R2). La que se disipa en el generador y en el receptor por la resistencia interna de éstos tiene como valor I2 · (r1 + r2). La que se pierde en el receptor es E2 · I. Expresando, como se ha dicho, que la energía suministrada es igual a la...