La corriente eléctrica Tipos y efectos de la misma

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1 La corriente eléctrica Tipos y efectos de la misma Tras haber estudiado los principales conceptos y elementos de la electricidad, vamos a prestar más detalle al movimiento de electrones, cómo se produce y a qué velocidad. En esta ficha, se hace un breve repaso de los tipos de corriente eléctrica que existen y de sus aplicaciones en la vida real. Por el principio de la conservación de la energía, sabemos que la energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma, por ello, también estudiaras cómo a lo largo de los años, el ser humano, ha ido encontrando soluciones prácticas al uso y transformación de la energía eléctrica. I. Tipos de corriente eléctrica 1. Corriente continua (CC) La corriente continua tiene su origen, cuando el científico italiano Alessandro Volta, inventa la pila voltaica, pero su primer funcionamiento se remonta a finales al siglo XIX cuando Thomas Alva Edison, trabaja en la generación de la electricidad. Llamamos corriente continua al flujo de carga eléctrica que no cambia ni el sentido ni la intensidad con el paso del tiempo. Este tipo de corriente, la generan las pilas, baterías y las dínamos. Los electrones en estos circuitos van siempre desde el polo positivo al polo negativo. Las primeras centrales eléctricas del mundo fueron impulsadas por Edison y generaban la 1 La linterna como es un objeto que funciona

2 corriente continua haciendo girar dinamos, pero tenían un inconveniente importante, y es que no podían cambiar el nivel de voltaje, lo que hacía necesario que estuvieran situadas cerca de los lugares que consumían esta electricidad para evitar el mayor número posible de pérdidas. Desde hace unos años a partir del año 2008 y hasta la actualidad, se está promoviendo el uso de la corriente continua para emplearla en células fotoeléctricas. Estas células transforman los fotones de la luz solar en electrones, generando energía eléctrica continua. Lo bueno de esta energía es que es limpia y es renovable. 2. Corriente alterna (CA) Para hablar de corriente alterna, tenemos que remontarnos al año 1882, en el que el ingeniero Nikola Tesla, construyó el primer motor por inducción de corriente alterna. Después el físico William Stanley, utilizó dos bobinas de inducción (a base de hierro), para transferir la corriente alterna entre dos circuitos aislados. Pero el sistema actual de corriente alterna, se lo debemos a Nikola Tesla. Llamamos corriente alterna al flujo de carga eléctrica que cambia de intensidad y de sentido con el paso del tiempo. La forma en la que normalmente oscila la corriente es senoidal, consiguiendo una transmisión de la energía más eficiente. Este tipo de corriente, la generan los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. Los enchufes que tenemos en casa, emiten corriente alterna. Cuando se conecta cualquier aparto eléctrico a un enchufe, se enciende debido a que los electrones cambian la intensidad y el sentido de la corriente 50 veces por segundo. 2

3 Tras ver las limitaciones de las centrales eléctricas de corriente continua, Tesla, apostó por las centrales de corriente alterna, ya que, permitían cambiar el nivel de voltaje de forma fácil y barata, pudiendo transportar la electricidad a distancias largas. 3. Formas de representar las señales eléctricas Las señales eléctricas son las variaciones que hay de cualquier parámetro eléctrico con respecto al tiempo. Un ejemplo es, la señal eléctrica que llega a nuestras viviendas, son variaciones de la tensión con respecto al tiempo. Para representar las señales eléctricas se utilizan dos ejes de coordenadas perpendiculares. En el eje de las coordenadas o eje vertical situamos la tensión (V) y en el eje de las abscisas o eje horizontal situamos el tiempo en segundos (s) Corriente continua Corriente alterna 4. Valor eficaz de la corriente alterna Si pudiéramos medir los voltios que hay en un enchufe veríamos que sucede lo siguiente: -La tensión comienza siendo de 0V y sube hasta los 325V -Después, la tensión desciende de nuevo hasta los 0V -La tensión ahora empieza a ser negativa hasta llegar a los -325V 3

4 -Por último, aumenta hasta los 0V Esto se repite 50 veces por cada segundo. Por eso decimos que la señal es alterna (porque tiene valores positivos y negativos) y senoidal (por la forma gráfica de la señal). Pero los aparatos electrodomésticos suelen funcionar a 230 V de tensión y en la gráfica anterior, no aparece esa cifra en ningún momento. Esto es debido al valor eficaz, que es el valor que debería tener una señal eléctrica continua para que ambas señales (continua y alterna) produjeran el mismo efecto energético. En el caso de la corriente alterna viene dada por la siguiente fórmula: V ef V máx 1,41 Símbolo de un generador de corriente altera II. Efectos de la corriente eléctrica El movimiento de electrones en los materiales que conducen la electricidad ocasiona efectos importantes que se pueden utilizar en muchas aplicaciones: producción de calor, luz, movimiento, sonido, etc. A continuación vamos a estudiar los más importantes: 1. Efecto térmico Cuando conectas un elemento a la corriente eléctrica, por ejemplo tu teléfono móvil o cuando enciendes el interruptor de la luz de tu habitación, al cabo del tiempo notas que tanto la batería del teléfono como la bombilla se calientan, esto es debido al efecto Joule. El efecto Joule es el nombre que recibe el fenómeno irreversible por el que, cuando la corriente eléctrica pasa por un conductor, parte de esa energía cinética se transforma en energía calorífica. Esto, es debido a que el movimiento de los electrones por el conductor es desordenado haciendo que los electrones choquen con los átomos del 4 El tostador, aprovecha el efecto

5 material, elevando la temperatura del mismo. El descubridor fue el físico inglés James Prescott Joule. Se puede calcular la energía por la siguiente fórmula: E I 2 R t En la vida cotidiana son muchos los objetos que conocemos que hacen el efecto Joule, como por ejemplo: el secador, el tostador, un radiador eléctrico o las bombillas incandescentes El exceso de calor en los aparatos electrónicos, no es bueno, pues se puede producir sobrecargas y se pueden romper estos aparatos por exceso de calor. Por eso, los aparatos electrónicos están dotados de elementos refrigerantes para evitar sobrecalentamientos. 2. Efecto lumínico Hay tres formas de producir luz a partir de la corriente eléctrica: por el efecto Joule o calentamiento de un hilo conductor (lámparas incandescentes) por excitación de un gas a través de descargas eléctricas (lámparas fluorescentes o de vapor de sodio) o por polarización de un material semiconductor (lámparas Led) a) Lámparas incandescentes Estas lámparas funcionan gracias a un filamento de tungsteno, que al estar en contacto con la corriente eléctrica se calienta y emite luz. A este fenómeno se le llama incandescencia. En la imagen de la derecha tienes el esquema de una lámpara incandescente. La temperatura que alcanza el filamento de tungsteno es de a C, para evitar Esquema de una bombilla incandescente 5

6 que se sobrecaliente, se aísla del exterior, haciendo el vacio en una ampolla de vidrio. En el interior de la ampolla se introduce una mezcla de gases de argón y nitrógeno, ya que si fuera oxígeno, se quemaría. b) Lámparas fluorescentes Cuando encendemos el interruptor de estas lámparas, comienza la corriente de electrones a fluir. Lo primero que se calienta es el filamento, que puede ser de wolframio o de tungsteno. En el interior del la lámpara hay un gas inerte (por lo común argón y mercurio), los átomos de estos gases chocan con los electrones, produciendo luz ultravioleta, que no es visible a los ojos humanos. Además estas lámparas tienen en la cara interior un revestimiento de fósforo, que es el elemento que hace que se transforme esa luz ultravioleta en luz visible. Como ventajas tiene, que son más económicas que las lámparas incandescentes, pues gastan menos energía para producir la misma luz. Pero presenta un inconveniente importante; utiliza elementos contaminantes como el fósforo y el mercurio. Esquema de una lámpara fluorescente c) Lámparas LED Las lámparas Led en lugar de un filamento tienen un diodo, que funciona al pasar electrones del ánodo al cátodo. No se calienta tanto como las lámparas 6

7 incandescentes y se iluminan por el movimiento de los electrones por el semiconductor. Son lámparas que necesitan menos tensión y consumen menos que las lámparas incandescentes y las fluorescentes, por eso están siendo en la actualidad las más utilizadas, pues aun siendo elevadas en precio son muy eficientes energéticamente. Además tienen más duración que las lámparas vistas anteriormente. Esquema de una lámpara LED. 3. Efecto electromagnético En 1820, el científico danés Hans Christian Oersted, demostró que al colocar una brújula en el centro de un cable que está conectado a una pila o batería, la aguja de brújula detectaba corriente y se orientaba con respecto al circuito. Por tanto Oersted, descubrió que la corriente eléctrica crea campos magnéticos. Efecto electromagnético Recuperado de Éste fenómeno, es la base del funcionamiento de los electroimanes, transformadores y altavoces que se estudiarán en otra ficha. Pero la mayor parte de la energía que se consume en la actualidad se genera a través de electroimanes y transformadores. 7

8 Más tarde cuando Michael Faraday, descubrió el efecto contrario: comprobó que, al mover un imán entre un cable eléctrico, se generaba electricidad. Este es lo que ocurre en el caso de las dinamos y los alternadores, descubriendo que los campos magnéticos crean corrientes eléctricas. Al fenómeno que tanto Oersted como Faraday concluyen sus experimentos se le denomina inducción electromagnética. 8

9 Test 1. El primer funcionamiento de la corriente continua es debido a: a) Nikola Tesla b) Thomas Alva Edison c) James Prescott Joule d) Hans Christian Oersted 2. En qué se está utilizando la corriente continua en la actualidad? a) En las bobinas de inducción b) En las lámparas Led c) En las células fotoeléctricas d) En electrocardiogramas 3. Qué es la corriente alterna? a) Es el flujo de cargas eléctricas que mantienen tanto la intensidad como el sentido de la corriente con el paso del tiempo. b) Es la resistencia que presenta un material al paso de la electricidad. c) Es el conjunto de electrones que atraviesas un circuito en un tiempo determinado. d) Es el flujo de cargas eléctricas negativas que cambian de intensidad y de sentido con el paso del tiempo. 4. Qué tipo de corriente genera una dínamo? a) Corriente continua b) Corriente mixta c) Corriente alterna d) No genera corriente 5. Los enchufes que tenemos en casa emiten corriente. En esta corriente, los electrones cambian de sentido e intensidad : a) 30 veces por segundo b) 50 veces por segundo c) 60 veces por segundo d) 55 veces por segundo 9

10 6. Por qué decimos que la señal eléctrica es alterna en la corriente alterna. a) Porque los electrones circulan mezclados con los protones y neutrones. b) Porque alcanza valores de tensión tanto positivos como negativos. c) Porque se mueve en todas las direcciones de un circuito. d) Porque la representación gráfica de la misma es una línea. 7. Debido al efecto Joule, la aplicación de la corriente eléctrica puede ser para: a) Producir luz b) Producir calor c) Producir campos magnéticos d) Producir calor y luz 8. Por qué los aparatos electrónicos están dotados de elementos refrigerantes? a) Para transformar la corriente de electrones en energía eléctrica. b) Para reducir la contaminación de los gases contaminantes de estos aparatos. c) Para evitar sobrecalentamiento y la rotura de estos aparatos. d) Para evitar un consumo mayor de electricidad en las viviendas. 9. Señala la ventaja de las lámparas fluorescentes frente a las lámparas incandescentes a) Ocupan menos espacio b) No emplean gases inertes c) Son más económicas d) Son menos contaminantes 10. Qué descubrió Hans Christian Oersted: a) Que los campos magnéticos crean corriente eléctrica. b) Que cuando la corriente eléctrica pasa por un conductor parte de la energía se transforma en energía calorífica c) Que la corriente eléctrica crea campos magnéticos.d) Que en un circuito los electrones van siempre del polo positivo al negativo Respuestas: 1 b/2 c/3 d/4 a/5 b/6 b/7 d/8 c/9 c/10 c 10