Corriente
alternada, generación de una onda sinusoidal
La corriente eléctrica es uno de
los fenómenos más importantes para la vida del hombre, a su producción,
almacenamiento y distribución se dedican muchísimos recursos.
Para producir corriente eléctrica
es necesario cualquier otro tipo de energía, ya sea hidráulica, eólica, nuclear
o la térmica al combustionar petróleo en el movimiento de unos electroimanes,
los cuales generarán por inducción una corriente alterna que luego se
distribuirá por las redes de cableado. Ya que todos los materiales ofrecen
resistencia al paso de a corriente, cada cierta distancia es necesario colocar
transformadores.
A través de lo estudiado, hemos
interpretado que una corriente eléctrica está constituida por el pasaje de
electrones a través de un circuito cerrado en una dirección determinada. Una
corriente eléctrica que fluye siempre en una misma dirección recibe el nombre
de corriente continua. Una corriente continua puede ser suministrada
ordinariamente por pilas o acumuladores y también por generadores o dínamos. Existe, sin embargo,
otro tipo de corriente eléctrica, que pasaremos a estudiar enseguida, y que
recibe el nombre de corriente alterna o alternada.
Una fuente de corriente alternada
es capaz de suministrar una tensión tal que, si se conecta a la misma un
artefacto eléctrico cualquiera, a modo de circuito cerrado, se observará un flujo
de electrones de sentido o dirección variable. En otras palabras, es posible
producir mediante generadores, una tensión eléctrica de polaridad variable, y
consecuentemente dar lugar a una corriente de electrones cuyo sentido de
circulación sea también variable. Veamos cómo es posible llegar a esto.
Ya estudiamos que si un conductor
es movido en el ámbito del campo magnético de un imán se genera en dicho
conductor una fem inducida, ocurriendo exactamente lo mismo si en lugar de
agitar el conductor se imprimen un movimiento de vaivén al imán cuyo campo
magnético influencie al conductor.
Vimos también que el sentido de circulación de
esta corriente inducida depende de los movimientos del campo magnético, este
principio es utilizado para la producción de corriente alterna.Una forma de generar un voltaje de CA es girar una bobina de alambre a una velocidad angular constante en una campo magnético fijo, como se observa en las figuras a continuación. (Los anillos deslizantes y las escobillas conectan la bobina a la carga).
Supongamos que la espira gira con velocidad angular constante w. Al cabo de un cierto tiempo t el ángulo que forma el campo magnético y la perpendicular al plano de la espira es w t. El flujo del campo magnético B a través de una espira de área S es:
F = B.S
=B.S.cos(w t)
producto escalar de dos vectores (B y
S).
Donde
la fem inducida en la espira (recordando la formula anterior) es:
e = -N dΦ
y derivando el flujo respecto del tiempo
obtenemos:
dt
dΦ = -B.S.w.sen(w t)
dt
Además
en este caso tenemos una sola espira, entonces N = 1.
Por todo lo anterior la
fem nos queda: e = B.S.w.sen(w t)
Flujo magnético == >
F =B.S.cos(w t)
Tensión generada == > e = B.S.w.sen(w t)
Simulación
Para entender un poco mejor, comenzaremos con algunas de las simulaciones interactivas que la universidad de Colorado ha realizado, actualmente muchas de ellas se encuentran traducidas a nuestro idioma.
Las simulaciones son divertidas e
interactivas además de ser gratuitas, están basadas en investigaciones del
proyecto PhET de la Universidad de Colorado.
Algunas usan Flash otras usan Java, en
cualquier caso ambas están disponibles como descargas libres para todos los
sistemas operativos.
Los beneficios de contar con las nuevas
tecnologías para facilitar una "visión" más comprensiva de los
conceptos que exponemos en las clases son muchos y muy buenos.
A continuación tenemos una simulación de generación de corriente alterna
de una forma muy sencilla. Y en las distintas pestañas podemos observar distintas
aplicaciones para ver cómo interactúan distintos objetos según los movimientos
del campo magnético.
