Unidad Didácica Corriene Alerna
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Unidad Didácica Corriene Alerna Hasa el momeno e hemos hablado de la corriene coninua, que es el paso de elecrones a ravés de un maerial, siempre en el mismo senido. Sin embargo, habrás podido observar que las empresas elécricas suminisran a las fábricas o a las casas oro ipo de corrienes elécricas. Las caracerísicas de dicha corriene son diferenes a las que ú ya conoces. Para ello, en esa unidad e explicaremos los siguienes concepos: Uilización de la corriene alerna (c.a.). Secuencia de una corriene alerna. Represenación gráfica de una c.a. Ciclo, frecuencia y período. alor máximo y eficaz de una c.a. Desfase enre dos c.a. Corriene Alerna 3
Al final de esa unidad, deberías ser capaz de: Explicar el moivo del uso de la corriene alerna. Definir una corriene alerna. Tus objeivos Represenar gráficamene una corriene alerna. Definir los érminos: ciclo, frecuencia y período. Explicar los concepos de valor máximo y valor eficaz de una corriene alerna. Diferenciar dos corrienes alernas. Consejos de esudio Para comprender correcamene, leerás lenamene el conenido de la unidad didácica, y, a la vez, subrayarás las ideas y palabras clave más imporane uilizando un lápiz. El subrayado e ayudará a manener la aención sobre la lecura y e permiirá reorganizar las ideas ransmiidas. Procura no realizar subrayados de fragmenos compleos de exo, subraya sólo ideas y palabras clave. Fíjae en las palabras que aparecen en negria o cursiva, e ayudarán a seleccionar ideas. Puedes uilizar diferenes ipos de subrayado: lineal, de achado, circular, ec. Un buen subrayado e permiirá repasos rápidos de la unidad didácica sin necesidad de leer de nuevo odo el aparado. 4 Corriene Alerna
Uilización de la corriene alerna (c.a.) La corriene alerna es algo muy común en la elecricidad. Sin ir más lejos, en u domicilio dispones de corriene alerna. La razón por la que nos llega esa c.a. a las casas y a las empresas es debido a inereses de la compañía disribuidora. eneralmene, la producción de elecricidad es de carácer hidráulico, érmico o nuclear y esará siuado en una presa o en las proximidades del mar o de algún río. Parece evidene enonces que la insalación de las líneas que ransporan la elecricidad, desde donde se produce hasa el lugar de consumo, sean muy largas. Teniendo en cuena la elevada poencia que se precisa hoy en día, el cose en cables y sopores sería muy alo. Si conseguimos reducir el valor de la inensidad en dicho ranspore, el diámero de los cables sería mucho menor y su peso ambién. Mediane los ransformadores de c.a., que son los más esudiados en la acualidad, verás que conseguiremos elevar la ensión de forma considerable para poder disminuir la corriene, maneniendo la poencia consane. emos, por ano, que el uso de la corriene alerna favorece considerablemene la generación, ranspore y consumo de muchos recepores uilizados hoy en día. Para poder enender correcamene la corriene alerna (c.a.), vamos a ir analizando poco a poco cada uno de los punos por los que pasa dicha corriene. Secuencia de una corriene alerna Cuando esudiábamos la corriene coninua, vimos que la corriene se esablecía del posiivo al negaivo. Ese hecho de circular del (+) al (-) es lo que denominamos polaridad. En la corriene alerna endremos dos polaridades, es decir, que la corriene no circulará siempre en el mismo senido, sino que a veces circulará en un senido y oras en el conrario. Una corriene alerna es aquella que cambia de senido a inervalos de iempos iguales. Corriene Alerna 5
De forma más deallada podemos decir que, pariendo de un valor nulo, aumena hasa llegar a un máximo, y luego disminuye hasa anularse de nuevo; después, con polaridad y senido conrario, llega a un máximo de igual magniud, disminuyendo ora vez hasa anularse. Ese proceso se repie indefinidamene. En la figura 1 puedes ver su forma gráfica. Fig. 1: Forma de la corriene alerna. Comparemos a coninuación el símbolo del generador de c.c. (corriene coninua) y el de c.a. (corriene alerna). En la figura 2 podemos observar que en el generador de c.a. no ponemos ninguna polaridad por esar cambiando ésa consanemene: a veces el posiivo esá a un lado, y oras veces al revés. + - enerador de c.c. enerador de c.a. Fig. 2: eneradores de corriene coninua y corriene alerna. 6 Corriene Alerna
Represenación gráfica de una corriene alerna Supongamos que un generador de c.a. arda 4 milisegundos (ms) en realizar oda la secuencia anerior. Si el valor máximo es de 3 volios, podríamos punualizar cinco momenos significaivos de oda la onda. A coninuación, vamos a ver esos cinco momenos: 1. En ese puno, la ensión que nos suminisra el generador es cero. Hemos represenado en un diagrama de coordenadas la ensión del generador en función del iempo. Si la ensión es cero en el momeno inicial, obenemos el puno de la figura 3. =0 =0 Fig. 3: enerador con ensión cero. 2. Según va ranscurriendo el iempo, el valor de la ensión va aumenando hasa alcanzar el valor máximo ( = 3 ). En la figura 4 puedes ver la forma que va omando la ensión: es la curva de una senoide o ambién llamada curva senoidal*. + - = 3 = 3 Fig. 4: Represenación de una ensión máxima. 3. En el ercer puno que hemos omado de la curva, observarás que la ensión vuelve a omar el valor nulo. Ha disminuido del valor máximo al valor cero (fig. 5). = 0 = 0 Fig. 5: alor nulo de ensión. Corriene Alerna 7
4. En el cuaro puno caracerísico, la ensión oma un valor negaivo ( = -3 ). Eso quiere decir que la corriene circulará en senido conrario al anerior, pueso que el erminal (+) y el (-) se han inverido. La corriene seguirá circulando del posiivo al negaivo, pero esos dos erminales han cambiado de posición (fig. 6). + - = -3 = -3 Fig. 6: Tensión con valor negaivo. 5. Por úlimo, la ensión del generador vuelve a omar el valor nulo, regresando a la posición inicial (fig. 7). Ese ciclo se repeirá indefinidamene. = 0 = 0 Fig. 7: Tensión con valor nulo. Siguiendo con el ejemplo anerior, podemos decir que los valores obenidos para diferenes iempos son los siguienes: TIEMPO (ms) TENSIóN () = 0 ms = 1 ms = 2 ms = 3 ms = 4 ms = 0 = 3 = 0 = -3 = 0 (valor nulo) (valor máximo) (valor nulo) (valor máximo con polaridad conraria) (valor nulo) 8 Corriene Alerna
La represenación de esos valores nos da una curva que suele ener forma senoidal. De ahí viene el nombre de corriene alerna senoidal. Puedes observar la represenación correspondiene en la figura 8. 3 =0 =1 =2 =3 =4 (ms) -3 Fig. 8: Corriene alerna senoidal. Como habrás podido observar, pare de la curva esá por encima, y ora pare por debajo del eje horizonal. Eso significa que cuando la curva esá por arriba, el generador iene ciera polaridad, y, en caso conrario, el generador iene polaridad opuesa. De esa manera, la corriene va en un senido durane la miad del iempo oal, y en senido conrario durane la ora miad. Puedes observarlo en la figura 9. I + - + - I I I Fig. 9: Senido de la corriene alerna. Como ya sabemos por la ley de Ohm: Inensidad = Tensión/Resisencia I = /R Eso quiere decir que si la ensión va variando de forma senoidal, ambién lo hará la corriene. Corriene Alerna 9
En la gráfica de la figura 10, puedes observar cómo varía la ensión y cómo lo hace la corriene. Si la ensión aumena, ambién lo hace la corriene, y si la primera disminuye, la corriene ambién disminuye. max I ma Imax = x R Fig. 10: ariación de la ensión y de la corriene alerna. ACTIIDAD 1 Dada la siguiene abla, dibujar una ensión alerna en función del iempo, ayudándose de la gráfica dada. T 0 +3 +5 +3 0-3 -5-3 0 1 ms 2 ms 3 ms 4 ms 5 ms 6 ms 7 ms 8 ms 9 ms 5 4 3 2 1-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9-2 -3-4 -5 (ms) 10 Corriene Alerna
Ciclo, frecuencia y período Ciclo Es la pare de la onda que se repie indefinidamene. Si comparamos una onda de c.a. con una circunferencia, podemos decir que una onda iene 360 grados. El valor máximo se alcanza a los 90, que es la cuara pare de un ciclo. En el gráfico de la figura 11, puedes apreciarlo con mayor claridad. Ciclo Semiciclo posiivo 0º 90º 180º 270º 360º Semiciclo negaivo Fig. 11: Ciclo de una corriene alerna. Como ves, hay dos pares que son iguales, pero una de ellas esá inverida. Es la diferencia enre el semiciclo posiivo y el semiciclo negaivo. Dichos semiciclos oman los mismos valores en valor absoluo, es decir, despreciando el signo. Frecuencia Podemos definir frecuencia de una corriene alerna como el número de ciclos que hay en un segundo. La frecuencia uilizada en las casas y fábricas en Europa es de 50 ciclos por segundo. Como acabas de ver, la unidad de la frecuencia es el ciclo por segundo o Herzio (Hz). Corriene Alerna 11
Período Es el iempo que dura un ciclo. Se puede obener mediane la siguiene fórmula: 1 T = f Así, si la frecuencia es de 50 Hz, el período será la inversa de la frecuencia: T= 1/50 = 0.020 seg. ACTIIDAD 2 En EE. UU. la frecuencia es de 60 Hz. Cuál será su período? alor máximo y valor eficaz de una corriene alerna alor máximo de una c.a. El valor máximo de una c.a. es el mayor valor que se alcanza durane un ciclo de la misma. Puedes observarlo en la figura 12. I Imax Imax Fig. 12: alor máximo de la corriene alerna. 12 Corriene Alerna
alor eficaz de una c.a. Seguro que en la vida coidiana habrás oído hablar de 220 volios ó 125 volios. Es posible que supieras, incluso, que esa ensión genera c.a. en un circuio. Cuando en un aparao aparece la ensión de rabajo, generalmene se sobreeniende que será el valor eficaz de la ensión alerna que se debe aplicar a ese elemeno. El valor eficaz de una corriene alerna (c.a.) es el equivalene a uno de corriene coninua (c.c.), que desarrolla la misma poencia. También se suele expresar de la siguiene forma: I ef=220 Calor producido por una c.a. Si suminisramos una corriene alerna a una resisencia durane un iempo, ésa se calenará. Si a esa misma resisencia le aplicamos una corriene coninua cuyo valor sea el valor eficaz de la corriene alerna anerior, esa resisencia se calenará exacamene lo mismo. Por ano, ambas corrienes desarrollan el mismo calor en una resisencia en el mismo iempo (fig. 13). I Para c.a. senoidal, se puede calcular el valor eficaz de una ensión alerna mediane la siguiene fórmula: I = I máx / Ö2 = máx / Ö2 =220 Calor producido por una c.c. Fig. 13 Calor producido por la c.a. y la c.c. ACTIIDAD 3 Calcula el valor eficaz de una corriene alerna cuyo valor máximo alcanza 5 A. R ACTIIDAD 3 El valor eficaz de la corriene es el siguiene: I = I máx / Ö2 = 5 / Ö2 = 3,54 A Corriene Alerna 13
Desfase enre dos corrienes alernas Podemos comparar dos corrienes alernas a la vez. Según lo que ya sabemos, podríamos diferenciarlas por su valor eficaz, su valor máximo, su frecuencia o su período. Pero además enemos oro facor llamado desfase. Desfase se puede definir como el adelano o araso que llevan dos ondas de la misma frecuencia. Puedes verlo con más dealle en la figura 14. 0º 90º 180º 270º 360º Fig. 14: Desfase de 90º enre dos corrienes alernas. ACTIIDAD 4 Dibujar dos ensiones alernas cuyos valores eficaces son 220 y 127, suponiendo que la segunda va rerasada 180 respeco a la primera. Si consideras que has concluido el esudio de esa unidad, responde ahora a las siguienes cuesiones de auoevaluación. 14 Corriene Alerna
Cuesiones de auoevaluación 1 Complea el exo con las palabras siguienes: valor eficaz, ciclo, ciclo/segundo, frecuencia, herzio. La pare de la onda que se repie indefinidamene se llama....... La unidad de frecuencia es el..., o lo que es lo mismo el.... En una corriene alerna senoidal, el valor máximo es igual al...... muliplicado por Ö2. El período es igual a 1 dividido por la.... 2 Indica si las siguienes afirmaciones son verdaderas o falsas: F a. Frecuencia es el iempo que dura una ciclo. b. El valor eficaz de una c.a. desarrolla la misma poencia que la propia c.a. c. En la vida coidiana se uiliza más la c.c. que la c.a. o o o o o o 3 Complea el exo con las palabras siguienes: ransformadores, semiciclos, negaivo, frecuencia, desfase. El período es la inversa de la.... Se llama... al adelano o araso que llevan dos ondas. Un ciclo consa de dos..., uno posiivo y oro....... Los aparaos uilizados para elevar la ensión y disminuir la corriene se llaman.... Corriene Alerna 15
Respuesas a las acividades R ACTIIDAD 1 Como resulado de los valores de la abla, obenemos la siguiene gráfica: 5 4 3 2 1-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9-2 -3-4 -5 (ms) R ACTIIDAD 2 La relación que liga la frecuencia y el período es la siguiene: T = 1/ f = 1/ 60 = 0,016 seg = 16 mseg. R ACTIIDAD 4 La gráfica soliciada es la siguiene: 220 Ö2 127 Ö2 max1= 220 Ö2 max2= 127 Ö2 16 Corriene Alerna
Respuesas a las cuesiones de auoevaluación La pare de la onda que se repie indefinidamene se llama ciclo. 1 La unidad de frecuencia es el herzio, o lo que es lo mismo el ciclo/segundo. En una corriene alerna senoidal, el valor máximo es igual al valor eficaz muliplicado por Ö2. El período es igual a 1 dividido por la frecuencia. a. Falsa: el iempo que dura un ciclo se llama período y no frecuencia. 2 b. erdadera. c. Falsa: en la vida coidiana, se uiliza más la c.a. El período es la inversa de la frecuencia. 3 Se llama desfase al adelano o araso que llevan dos ondas. Un ciclo consa de dos semiciclos, uno posiivo y oro negaivo. Los aparaos uilizados para elevar la ensión y disminuir la corriene se llaman ransformadores. Corriene Alerna 17
Resumen de Unidad Corriene alerna Ciclo Frecuencia Período alor máximo alor eficaz Desfase Llamamos corriene alerna a aquella que cambia de senido a inervalos de iempos iguales. Recuerda que un ciclo es la pare de la onda que se repie indefinidamene. En la enumeración de los parámeros relaivos a la corriene alerna, la frecuencia se define como el número de ciclos que hay en un segundo. También aparece el período, que es el iempo que dura un ciclo. El valor máximo de una c.a. es el mayor valor que se alcanza durane un ciclo de la misma. El valor eficaz de una c.a. es el equivalene al de una c.c. que desarrolla la misma poencia (calor desprendido en un segundo). Hemos viso que desfase se puede definir como el adelano o araso que llevan dos ondas de la misma frecuencia. 18 Corriene Alerna
Noas ocabulario Curva senoidal: es una curva que iene ciera forma sinuosa y ondulada. Corriene Alerna 19