UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRICIDAD Y ELECTROMAGETISMO FREDDY REYNALDO TÉLLEZ ACUÑA Director Nacional FUAN EVANGELISTA GÓMEZ RONDÓN Co-autor del Módulo BUCARAMANGA Diciembre de 2010

2 CONTENIDOS UNIDAD CAPÍTULO LECCIONES 1. ELECTROSTÁTICA 1. CARGA ELÉCTRICA 2. POTENCIAL ELÉCTRICO 3. CAPACIDAD ELÉCTRICA 1. Carga y materia 2. Ley de Coulomb 3. Campo eléctrico 4. Líneas de fuerza 5. Ley de Gauss 6. Energía potencial eléctrica 7. Diferencia de potencial 8. Superficies equipotenciales 9. El electronvoltio 10. Aplicaciones 11. Condensadores 12. Tipos de condensadores 13. Condensadores en serie y en paralelo 14. Energía en un condensador 15. Efecto de los dieléctricos 2. ELECTRICIDAD 4. NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD 5. CIRCUITOS ELÉCTRICOS 16. El electrón 17. Corriente eléctrica 18. Fuerza electromotriz 19. Fuentes de electricidad 20. Señales continuas y alternas 21. Componentes de un circuito eléctrico 22. Resistencia eléctrica 23. Tipos de resistencias 24. Código de colores para resistencias eléctricas 25. Resistencias eléctricas en serie y en paralelo

3 6. LEYES DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS 26. Ley de Ohm 27. Potencia eléctrica 28. Circuito serie 29. Circuito paralelo 30. Leyes de Kirchhoff UNIDAD CAPÍTULO LECCIONES 3. ELECTROMAGNETISMO 7. MAGNETISMO 8. ELECTROMAGNETISMO 9. APLICACIONES 31. Imanes 32. Campo magnético de un imán 33. Circuito magnético 34. Inductancia 35. Inductancias en serie y en paralelo 36. Campo magnético creado por una corriente 37. Ley de Ampere 38. Ley de Ley de Biot- Savart 39. Inducción Magnética 40. Fuerza sobre un conductor 41. Horno de Inducción 42. Motor eléctrico 43. Generador eléctrico 44. El transformador eléctrico 45. Antenas

4 ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El contenido del módulo para el curso académico Electricidad y Electromagnetismo fue recopilado en el año 2010 por el Ing. Freddy Reynaldo Téllez, docente de la UNAD. Este módulo nace de la experiencia de los autores, los cuáles han trabajado durante varios años como directores nacionales de cursos tan importantes como Física General, Física Electrónica, Microprocesadores & Microcontroladores, Electromagnetismo y Campos Electromagnéticos. El docente Freddy Téllez es Ingeniero Electricista y Magíster en Potencia Eléctrica de la Universidad Industrial de Santander. Se ha desempeñado como docente e investigador de la UNAD desde el 2004 y ha sido catedrático e investigador de diversas universidades. El docente Fuan Evangelista Gómez Rendón es Físico Puro y Especialista en Ciencias Electrónicas e Informática de la Universidad de Antioquia, Especialista en Diseño de Ambientes de Aprendizaje ( apoyado en las Tics ) de la Universidad Minuto de Dios y actualmente se encuentra desarrollando su Maestría en Física en la A.I.U ( Atlantic International University ). Se ha desempeñado como docente de la UNAD desde el 2005 y ha sido catedrático de prestigiosas universidades del medio. Los autores han tomado algunas referencias e imágenes del módulo de Electromagnetismo, el cual fue diseñado y escrito para la UNAD por el Ingeniero Carlos Jaimes ( este material fue actualizado por el docente Fuan Evangelista Gómez en el 2010 ) Los autores esperan mejorar y actualizar este material de estudio en el 2011 y para ello esperan sus aportes. Felicidades.

5 INTRODUCCIÓN Nuestro país progresivamente ha venido entrando en la modernización tecnológica, que hasta hace algunos años era aplicada sólo en países altamente industrializados. Este avance continuo y vertiginoso en la transformación de nuestro entorno, hace imprescindible para muchas personas obtener una información rápida y clara sobre las bases en las que se soporta todo este desarrollo. El presente módulo, tiene entonces como finalidad principal ubicar al estudiante dentro del contexto de la electricidad y el electromagnetismo, por medio de una formación de carácter analítico y conceptual, mediante el desarrollo de habilidades y destrezas, necesarias para que los estudiantes se enfrenten con cierta propiedad ante las situaciones que puedan surgir en esta sociedad tecnificada. Esta formación ha de servir al estudiante para que se familiarice con los pilares físicos en los que, por un lado, se sustenta la actual era de la electrónica y las telecomunicaciones y, por otro, se construye el conocimiento acerca de la ingeniería aplicada y las nuevas tecnologías. El Módulo contiene, entre otras, las siguientes temáticas: Conceptos de electrostática, electricidad y electromagnetismo. Definición de importantes variables y magnitudes físicas. Leyes básicas de los campos y los circuitos eléctricos. Descripción de componentes y tipos de circuitos eléctricos. Aplicaciones de la electrostática y el electromagnetismo. Deseamos finalmente que este texto sirva para enriquecer sus conocimientos y le permita desempeñarse mejor en nuestra sociedad. Cualquier comentario o sugerencia que nos pueda brindar para el mejoramiento de este material, será gratamente recibida.

6 UNIDAD 3 ELECTROMAGNETISMO CONTENIDOS Capítulo 7. Magnetismo 31. Imanes 32. Campo magnético de un imán 33. Circuito magnético 34. Inductancia 35. Inductancias en serie y en paralelo Capítulo 8. Electromagnetismo 36. Campo magnético creado por una corriente 37. Ley de Ampere 38. Ley de Ley de Biot - Savart 39. Inducción Magnética 40. Fuerza sobre un conductor Capítulo 9. Aplicaciones 41. Horno de Inducción 42. Motor eléctrico 43. Generador eléctrico 44. El transformador eléctrico 45. Antenas

7 CAPÍTULO 7: MAGNETISMO Lección 31: Imanes Sabemos, a través de la experiencia, que la fuerza magnética entre dos polos es muy semejante a la fuerza eléctrica que se experimenta entre dos cargas eléctricas, pero hay una significativa y profunda diferencia entre ambas fuerzas: las cargas eléctricas pueden aislarse ( los cuantos elementales de electricidad son el protón - con carga positiva - y el electrón - con carga negativa - ), en tanto que lo polos magnéticos no pueden separarse ni aislarse, es decir, los polos magnéticos siempre se encuentran en pares. Cuando enfrentamos dos imanes independientes y acercamos cada uno de ellos por sus extremos, si los polos que se acercan tienen diferente polaridad se atraen, pero si las polaridades que se acercan son las mismas existirá una repulsión. Las experiencias realizadas hasta el momento para detectar un monopolo magnético aislado no han dado resultados satisfactorios, sin embargo, en algunos foros internacionales se habla muy seriamente y como un hecho revolucionario para la física, que se está trabajando fuertemente para aislar un monopolo magnético y en algunos periódicos se considera ya este trabajo como uno de los grandes temas o logros. Al tomar un imán permanente y cortarlo cuidadosamente en dos partes casi iguales, se ha mostrado siempre que quedan dos imanes y cada uno de ellos tiene un polo norte y un polo sur.

8 Lección 32: Campo magnético de un imán Todos hemos evidenciado, en algún momento, la experiencia de atraer un pequeño objeto metálico o un trocito de hierro con un imán. En ese instante nos sorprendió la existencia de una fuerza invisible alrededor del imán. Hoy conocemos a esa fuerza como campo magnético. Si analizamos con más detalle el campo magnético en un imán, podremos identificar unas líneas de fuerza que salen del imán por su polo norte, recorren el aire que rodea al imán y finalmente llegan a su polo sur, para formar una trayectoria o circuito cerrado de fuerza. Entre más fuerte sea el imán, mayor será el número de líneas de fuerza y el área de atracción de su campo magnético. Lección 33: Circuito magnético [4] El concepto de circuito magnético surge como un método para la solución de ciertos problemas, aplicando una técnica muy similar a la empleada en el análisis de circuitos eléctricos. Los dispositivos magnéticos como toroides, transformadores, motores, generadores y relés pueden considerarse circuitos magnéticos. Su análisis se simplifica significativamente si se aplica la siguiente analogía, la cual surge al comparar un circuito magnético con un circuito eléctrico. Veamos entonces, el resumen de la analogía entre los circuitos magnéticos y los eléctricos:

9 De la tabla anterior, un término un tanto nuevo, es el que corresponde a la fuerza magnetomotriz ( Fmm ), que se define como: N = número de espiras de la bobina i = corriente que circula por la bobina Fmm = N. i El origen de la fuerza magnetomotriz, en circuitos magnéticos, suele ser entonces una bobina portadora de corriente como la que aparece en la figura anterior. La reluctancia R se define como: R = L / ( µ A )

10 L = longitud media del núcleo magnético. A = área de la sección transversal del núcleo magnético. La relación básica para los elementos de un circuito eléctrico es la Ley de Ohm ( V = i. R ), que expresada en términos un circuito magnético es: Fmm = Φ. R Con base en esto, es posible aplicar las leyes de corriente y voltaje de Kirchhoff a un circuito magnético dado, tal como se aplicarían en un circuito eléctrico. Ejemplo: Se tiene un núcleo magnético con una reluctancia de [ amperios-vuelta / Weber ], en el cual se aloja una bobina de alambre de cobre formada por 100 espiras o vueltas. Si se hace circular por la bobina una corriente eléctrica de 2 amperios, cual es el flujo total que recorre el núcleo magnético? Despejando el flujo magnético, de la ecuación Fmm = Φ. R, se tiene que: Φ = Fmm / R = ( N. i ) / R Φ = ( 100 vueltas * 2 Amp ) / ( Amp-vuelta / Wb ) Φ = 0,004 Weber = 4 mili-wb

11 Lección 34: Inductancia Los inductores son elementos pasivos formados por un arrollamiento de hilo conductor, bobinado normalmente sobre un núcleo de una sustancia ferromagnética. La ferrita y la chapa magnética son buenos ejemplos de los materiales más empleados. En algunas aplicaciones el núcleo es de aire, aunque esta sustancia es mucho menos conductora del campo magnético que los elementos ferromagnéticos. Una inductancia es un dispositivo eléctrico que genera un flujo magnético cuando se hace circular por ella una corriente eléctrica. Las inductancias acumulan energía en forma de corriente. La corriente que circula por la bobina puede ser continua o variable. En este último caso, el flujo que se crea también es variable. La unidad de medida es el Henrio ( H ) 1 Weber-Vuelta / 1 amperio = 1 henrio Las bobinas no son muy empleadas en electrónica debido a su tamaño, peso y existencia de un campo magnético que puede alterar el comportamiento de otros elementos. Sin embargo su principio de funcionamiento se emplea en la construcción de otros elementos importantes como el transformador, el electroimán y los motores eléctricos.

12 Lección 35: Inductancias en serie y en paralelo Tomado de: Bobinas o inductores en serie En muchas ocasiones es necesario agrupar varias bobinas o inductores que están conectadas en serie. El cálculo del inductor o bobina equivalente (LT) de varios inductores en serie, es similar al método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, sólo es necesario sumarlas. En el diagrama que sigue, hay 3 inductores o bobinas en serie. La fórmula a utilizar es: (sumatoria de los valores de los inductores) LT = L1 + L2 + L3 Si se quisiera poner más de 2 o 3 inductores, se usaría la siguiente fórmula: LT = L1 + L2 + L LN donde N es el número de bobinas colocadas en serie. Ejemplo: Se tienen 2 inductancias con valores de 6 y 3 Henrios. Si se conectan en serie, la inductancia equivalente sería de: LT = L1 + L2 = = 9 Henrios

13 Bobinas o inductores en paralelo El cálculo del inductor equivalente a varias bobinas en paralelo, es similar al cálculo que se hace cuando se trabaja con resistencias en paralelo. El caso que se presenta es para 3 inductores y se calcula con la siguiente fórmula: 1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 Pero la fórmula se puede generalizar para cualquier número de inductores, con la siguiente fórmula: 1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L /LN donde N es el número de inductores que se conectan en paralelo. Ejemplo: Se tienen 2 inductancias con valores de 6 y 3 Henrios. Si se conectan en paralelo, la inductancia equivalente sería de: 1/LT = 1/L1 + 1/L2 = 1/6 + 1/3 1/LT = ( ) / 6 = 3 / 6 LT = 6 / 3 LT = 2 Henrios

14 CAPÍTULO 8: ELECTROMAGNETISMO Lección 36: Campo magnético creado por una corriente El célebre profesor danés Hans Christian Oersted, a través de diversas experimentaciones en física, encontró que cuando una corriente eléctrica circulaba por un conductor y se acercaba una brújula al alambre, existía un movimiento de la aguja de la brújula y cuando se apagaba el sistema, la aguja recuperaba su posición inicial. Ese fue un gran descubrimiento para la humanidad, los campos eléctricos y los magnéticos no eran entes individuales, estaban íntimamente relacionados entre sí. Esa noticia se difundió rápidamente por todos los medios académicos y científicos de la época y el asombro y las inquietudes por el fenómeno reportado, reinaban en todos los escenarios; era el comienzo de la magia del electromagnetismo ; los campos electromagnéticos comenzaban a abrirse camino en los centros académicos y tecnológicos del mundo. Lección 37: Ley de Ampere [4] La Ley de Ampere es una relación útil, que establece una relación entre la componente tangencial del campo magnético (H), en los puntos de una curva cerrada y la corriente neta que atraviesa la superficie limitada por dicha curva. En

15 otras palabras, la corriente eléctrica neta que circula a través de una trayectoria cerrada determina la intensidad del campo magnético ( H ), de tal forma que: H. dl = Ineta La Ley de Ampere es un caso especial o particular de la Ley de Biot-Savart y es útil para determinar campos magnéticos ( H ) en algunas distribuciones simétricas de corriente, similar a como se manejo la Ley de Gauss para el campo eléctrico. Como caso especial, para aplicar esta ley, está el estudio del campo magnético generado por una corriente eléctrica que se transporta por un filamento de longitud infinita, como se aprecia en la gráfica siguiente: Para determinar H en un punto P, se asume que una trayectoria cerrada pasa por P, alrededor del filamento que conduce la corriente. Se puede por facilitad asumir que la trayectoria cerrada es un círculo, y que esta trayectoria encierra a la corriente i en su totalidad. De acuerdo con la Ley de Ampere se tiene que: Ineta = H. dl = H. L Donde L es la longitud de la trayectoria cerrada alrededor de la corriente i, que equivale a una circunferencia de longitud 2.π.R, con lo cual: Ineta = 2. H. π. R De donde: H = Ineta / 2. π. R Esta expresión permite evaluar el campo magnético a una distancia R del filamento cuando transporta una corriente eléctrica i.

16 Lección 38: Ley de Biot-Savart [4] Los campos magnéticos pueden generarse entonces por medio de imanes o por medio de corrientes eléctricas. La experimentación motivada por estos descubrimientos, estimuló la creación de diversas formas de bobinas, capaces de transportar corriente y todas con la finalidad de tratar de encontrar una expresión valida que relacionara el campo magnético y la corriente eléctrica. La ley de Biot-Savart es la expresión que permitió validar esa realidad y esa esperanza. Esta Ley se denomina así en homenaje a los físicos Jean-Baptiste Biot y Félix Savart y establece que la intensidad de campo magnético H, producida en un punto P por una corriente i circulante en una trayectoria L, es proporcional a la magnitud de esta corriente e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia ( d ) entre ese punto y el elemento por el que circula esta corriente. Esto se puede ilustrar de la siguiente manera: y la expresión correspondiente es: H = k ( i L ) / d 2, donde k es la constante de proporcionalidad. Reemplazando k en la expresión anterior se obtiene: H = ¼ π * ( i L ) / d 2 El sentido de la intensidad de campo ( H ) se puede determinar de forma práctica aplicando la regla de la mano derecha, mediante la cual, el pulgar apunta en la

17 dirección de la corriente y los dedos rodean el alambre en la dirección de H, como se puede ilustrar a continuación, en la figura de la izquierda. Igualmente, se puede aplicar la regla del tornillo de rosca derecha, en la cual si el tornillo se coloca a lo largo del alambre y apuntando en la dirección del flujo de corriente, la dirección de su avance será la dirección de H, como se muestra en la figura de la derecha. La dirección de la intensidad de campo magnético H ( o de la corriente i ) suele representarse por un punto o una cruz dentro de un circulo, dependiendo de si aquella sigue un curso hacia fuera o hacia adentro del plano de la página, como se ilustra en las siguientes gráficas: Lección 39: Inducción Magnética Tomado de: Si cogemos un alambre conductor de cobre, ya sea con forro aislante o sin éste, y lo movemos de un lado a otro, entre los polos diferentes de dos imanes, de forma tal que atraviese y corte sus líneas de fuerza magnéticas, en dicho alambre se generará por

18 inducción, una pequeña fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir con un galvanómetro ( instrumento semejante a un voltímetro ), que se utiliza para detectar pequeñas tensiones o voltajes. Este fenómeno físico, conocido como "inducción magnética" se origina cuando el conductor corta las líneas de fuerza magnéticas del imán, lo que provoca que las cargas eléctricas contenidas en el metal del alambre de cobre ( que hasta ese momento se encontraban en reposo ), se pongan en movimiento creando un flujo de corriente eléctrica. Es preciso aclarar que el fenómeno de inducción magnética sólo se produce cada vez que movemos el conductor a través de las líneas de fuerza magnética. Si mantenemos sin mover el alambre dentro del campo magnético originado por los polos de los dos imanes, no se inducirá corriente alguna. En esa propiedad de inducir corriente eléctrica cuando se mueve un conductor dentro de un campo magnético, se basa el principio de funcionamiento de los generadores de corriente eléctrica. Lección 40: Fuerza sobre un conductor Tomado de: Ahora bien, si en vez de moverlo colocáramos el mismo conductor de cobre dentro del campo magnético de los dos imanes y aplicamos una diferencia de potencial o voltaje en sus extremos, como una batería, por ejemplo, el campo magnético que produce la corriente eléctrica alrededor del conductor, al circular a través del mismo, provocará que las líneas de fuerza o campo magnético de los imanes lo rechacen.

19 De esa forma el conductor se moverá hacia un lado o hacia otro, en dependencia del sentido de circulación que tenga la corriente, provocando que rechace el campo magnético y trate de alejarse de su influencia. Cuando aplicamos una diferencia de potencial, tensión o voltaje a un conductor y lo situamos dentro de las líneas de fuerza de un campo magnético, como el de dos imanes, por ejemplo, éste será rechazado hacia uno u otro lado, en dependencia del sentido de dirección que tenga la corriente que fluye por el conductor. El campo magnético que se crea alrededor del alambre de cobre, cuando fluye la corriente eléctrica, hace que éste se comporte también como si fuera un imán y en esa propiedad se basa el principio de funcionamiento de los motores eléctricos.

20 CAPÍTULO 9: APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO Lección 41: Horno de Inducción [4] Es un horno eléctrico, en el que el calor es generado por la inducción eléctrica de un medio conductivo ( un metal ) en un crisol, alrededor del cual se encuentran enrolladas unas bobinas magnéticas. La ventaja del horno de inducción, es que es limpio, eficiente desde el punto de vista energético y es un proceso de fundición de metales más controlable que la mayoría de los demás modos de fundición de metales. Las fundiciones modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más fundiciones están sustituyendo los altos hornos por los de inducción, debido a que aquellos generaban mucho polvo y otros contaminantes. El rango de capacidades de los hornos de inducción abarca desde menos de un kilogramo hasta cien toneladas y son utilizados para fundir hierro, acero, cobre, aluminio y metales preciosos. El rango de frecuencias de operación va desde la frecuencia de red ( 50 o 60Hz ) hasta los 10 KHz, en función del metal que se quiere fundir, la capacidad del horno y la velocidad de fundición deseada. Un horno de inducción en funcionamiento normalmente emite un zumbido, silbido o chirrido (debido a la magnetostricción), cuya frecuencia puede ser utilizada por los operarios con experiencia para saber si el horno funciona correctamente o a qué potencia lo está haciendo.

21 Lección 42: Motor eléctrico [4] Un motor eléctrico es un dispositivo dinamo-eléctrico, encargado de transformar energía eléctrica en energía mecánica por medio de la interacción de campos magnéticos. Un motor se puede utilizar para convertir energía mecánica en energía eléctrica dando lugar a un generador de energía eléctrica. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos dinamo. Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones que no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la energía eléctrica es difícil de almacenar. La energía de una batería de varios kilogramos equivale a la que contienen 80 gramos de gasolina. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos. Tanto motores de corriente alterna como motores de corriente directa, se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el cual circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción

22 del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Partiendo del hecho que cuando pasa corriente eléctrica por un conductor se produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante el eje del rotor del motor. Lección 43: Generador eléctrico [4] Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una F.E.M. o voltaje. Tomada de:

23 Los generadores se clasifican principalmente en dos tipos: primarios y secundarios. Son generadores primarios los que convierten en energía eléctrica, la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, mientras que los secundarios entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente. Los generadores primarios son fundamentales en épocas y en regiones donde la electricidad es generada por medios hidráulicos ( hidroelectricidad ). Lección 44: El transformador eléctrico El transformador básico consta de dos bobinas eléctricamente aisladas y enrolladas sobre un núcleo común. La energía se transfiere de una bobina a otra por medio de acoplamiento magnético. La bobina que recibe la energía de la fuente de c.a. se llama devanado primario. La que proporciona energía a una carga a se llama devanado secundario. El núcleo de los transformadores se hace con un material magnético usualmente acero laminado. Algunas bobinas se arrollan sencillamente sobre formas huecas no magnéticas ( por ejemplo, de cartón o de plástico ), de manera que el material del núcleo sea en realidad el aire.

24 Si se supone que el transformador opera en condiciones ideales, la transferencia de la energía de un voltaje a otro no va acompañada por perdidas. El voltaje en las bobinas de un transformador es directamente proporcional al número de vueltas ( o espiras ) de cada una de ellas. Esta relación se expresa por la fórmula : En la que: Vp / Vs = Np / Ns Vp = voltaje en la bobina del primario Vs = voltaje en la bobina del secundario Np = número de vueltas en la bobina del primario Ns = número de vueltas en la bobina del primario El cociente Vp / Vs se llama relación de voltaje ( RV ), el cociente Np / Ns se denomina relación de vueltas ( RN ). Al sustituir estas cantidades en la ecuación obtenemos la fórmula equivalente : RV = RN Una relación de voltaje de 1:4 significa que por cada voltio del primario del transformador, en el secundario hay 4 voltios. Cuando el voltaje del secundario es mayor que el voltaje del primario, al transformador se le llama elevador. Una relación de voltaje de 4:1 significa que por cada 4 V del primario, el secundario hay sólo 1 V. Cuando el voltaje del secundario es menor que el primario, al transformador se le llama reductor. Lección 45: Antenas [4] Otro campo de interés científico, tecnológico y económico, es el trabajo con las antenas, las cuáles son dispositivos capaces de emitir o de recibir señales electromagnéticas.

25 El mundo actual es una gran telaraña por la gran cobertura de las redes informáticas, telefónicas y satelitales, que permiten que la sociedad del conocimiento se afiance y haga de la tecnología un elemento fundamental para favorecer las relaciones sociales las cuales han cambiado profundamente con las telecomunicaciones. Tomada de: En cada ciudad del planeta se encuentran antenas que reciben, que emiten o que retransmiten las ondas electromagnéticas. También se tienen antenas dirigidas al espacio exterior tratando de percibir ondas de radio de otros mundos o señales remotas que puedan aportar conocimientos científicos a la humanidad.

26 APÉNDICE A. NOTACIÓN CIENTÍFICA En ingeniería es normal el tratar con números que son bastante grandes o pequeños para ser escritos en un papel. Es por ello que se ha ideado una manera de escribir este tipo de cifras de una manera cómoda y accesible. Esta notación se denomina notación científica. Esta notación científica consiste en escribir el número como una cifra comprendida entre 1 y 10, y luego multiplicarla por la potencia de 10 más adecuada. Para comprender un poco mejor esto veamos los siguientes ejemplos: Ejemplo. Utilice la notación científica para calcular: a) b) , Solución: a) 0,0015 / = 1,5 x 10-3 / 3 x 10 6 = 0,5 x 10-9 = 5 x b) , = 6 x ,2 x 10-5 = 7, = 0,072 A partir del anterior ejemplo podría usted deducir una regla general para la multiplicación y la división utilizando la notación científica?

27 APÉNDICE B. UNIDADES Y PREFIJOS El Sistema Métrico Internacional de Unidades, comúnmente llamado SI, es el que más se emplea en electricidad. Sus unidades básicas son : UNIDADES BÁSICAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL Magnitud Física Unidad Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo Kg Tiempo segundo s Corriente eléctrica amperio A Temperatura Kelvin K Intensidad luminosa candela cd Cantidad de sustancia mol mol De las unidades básicas se obtienen otras unidades muy usadas e importantes para el desarrollo del curso, las cuales se presentan a continuación: Magnitud Unidad Símbolo Fuerza newton N Trabajo, Energía joule J Potencia vatio W Carga eléctrica coulombio C Tensión eléctrica voltio V Resistencia eléctrica ohmio

28 Conductancia eléctrica siemens S Capacidad eléctrica faradio F Flujo magnético weber Wb Inductancia eléctrica henrio H Inducción magnética tesla T Frecuencia hertz Hz En el estudio de la electricidad, algunas unidades resultan demasiado grandes o demasiado pequeñas para que su uso sea conveniente. Es por eso que se emplean algunos prefijos para referirnos a ellas con mayor propiedad. Los más empleados se presentan en la siguiente tabla: FACTOR PREFIJO SÍMBOLO 10 6 mega M 10 3 kilo K 10-3 mili m 10-6 micro 10-9 nano n pico p

29 GLOSARIO DE TÉRMINOS Admitancia: Medición de la facilidad que presenta un conductor al flujo de la corriente eléctrica, ( es inversa a la impedancia ). Amperio ( A ): Unidad de medida de la corriente eléctrica, es la cantidad de carga que circula por un conductor por unidad de tiempo. Banda de conducción: Región de un átomo, molécula o red de átomos o moléculas en la que los electrones circulan libremente. Banda de valencia: Región de un átomo, molécula o red de átomos en la cual los electrones están ligados al núcleo atómico. Banda prohibida: Región que está entre la banda de valencia y la de conducción, en la cual los electrones de un átomo, molécula o red de átomos o moléculas atraviesan por un proceso cuántico para que, por ejemplo, los electrones de la banda de valencia lleguen a la de conducción. El ancho de la banda prohibida se mide en unidades de energía y determina que un material sea conductor, semiconductor o aislante. Capacitancia: Es la relación entre la carga electrostática entre dos conductores y la diferencia de potencial requerida para mantener esa carga. Circuito paralelo: Circuito que tiene más de un camino para la corriente, donde los elementos comparten los terminales. Circuito serie: Circuito con un único camino para la corriente, donde los elementos van uno a continuación del otro. Condensador: Dispositivo que almacena carga eléctrica. En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Conductancia ( G ): G = 1 / Resistencia. Es el inverso de la resistencia. Un elemento (resistor) con alta resistencia tiene baja conductancia, un resistor con baja resistencia tiene alta conductancia.

30 Corriente Eléctrica: Es equivalente al flujo de carga ( generalmente electrones ) a través de un conductor. Corriente Alterna ( CA ): Corriente eléctrica que cambia su amplitud en forma periódica en el tiempo. Corriente Continua (CC): Es la corriente que fluye en una sola dirección. Las baterías, las celdas solares, etc. producen corriente en CC. Este tipo de corriente no cambia su magnitud ni su sentido en el tiempo. Coulombio ( C ): Unidad de medición de la carga eléctrica. Un coulombio equivale a 6.25x10 18 electrones. Electricidad: Forma de la energía debida a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos, cuya manifestación más característica es la propiedad que por fricción, compresión, etc., adquieren ciertas sustancias de atraer cuerpos ligeros y producir chispas. Electrónica: Ciencia que trata del comportamiento de los electrones libres; del paso de los electrones a través de espacios vacíos o de gases más o menos enrarecidos. Faradio ( F ): Unidad de Capacidad. Es la carga de un condensador que aplicándole la tensión de 1 voltio, admite la carga de 1 Culombio. Henrio ( H ): Unidad de Inductancia. Es la inductancia de una bobina que haciendo variar en 1 amperio/seg, se induce en ella la tensión de un voltio. Hertz ( Hz ): Cantidad de ciclos completos de una onda en una unidad de tiempo. 1 Hertz = 1 ciclo/s. Impedancia: Oposición total que un circuito ofrece al paso de la corriente eléctrica alterna, esta es una combinación de la Resistencia, Capacitancia ( reactancia capacitiva ) e Inductancia ( reactancia inductiva ), se mide en ohmios. Inductancia: Propiedad de un circuito para oponerse al cambio en el flujo de la corriente, provoca que la corriente se retrase con respecto al voltaje, se mide en Henrios.

31 Multímetro: Instrumento todo propósito, también llamado Téster, VOM, DMM, etc., utilizado para efectuar mediciones de tensión ( voltaje ), corriente continua, corriente alterna, resistencia y a veces también: diodos, transistores, condensadores, etc. Ohmio ( ): Unidad de medición de la resistencia eléctrica, representada por la letra griega omega. Potencia: Velocidad con que se suministra o consume energía. Resistencia Eléctrica: Medida de la oposición al paso de la corriente eléctrica al aplicarse un voltaje, se mide en ohms. Siemens (Mho): Unidad de medida de la conductancia (G). Vatio ( W ): Unidad de la potencia. Voltaje: Diferencia de potencial, término comúnmente usado para referirse a la fuerza electromotriz. Voltio ( V ): Unidad de medición de la diferencia de potencial eléctrico o tensión eléctrica, comúnmente llamado voltaje.

32 BIBLIOGRAFÍA [ 1 ] MÓDULO DE ESTUDIO: Física Electrónica UNAD [ 2 ] MÓDULO DE ESTUDIO: Campos Electromagnéticos UNAD [ 3 ] MÓDULO DE ESTUDIO: Física Electrónica UNISUR [ 4 ] MÓDULO DE ESTUDIO: Electromagnetismo UNAD [ 5 ] GUSSOW, Milton. Fundamentos de Electricidad. Editorial Mc Graw Hill. [ 6 ] HALLIDAY, D.; RESNICK, R. y WALKER, J. Fundamentos de Física (6ª edición, 2 volúmenes). Editorial CECSA. [ 7 ] SEARS, F.W.; ZEMANSKY, M.W. y YOUNG, H.D. Física Universitaria (6ª edición). Addison-Wesley. [ 8 ] SERWAY, R.A. y JEWETT, J.W. Física (3ª edición, 2 volúmenes). Editorial Thomson-Paraninfo. [ 9 ] TIPLER, P. A. Física (2 volúmenes). Editorial Reverté (Barcelona) [ 10 ] WILSON, J.D.: Física (2ª edición). Editorial Prentice-Hall.