Instituto Universitario PolitcnicoSantiago MarioExtensin-Porlamar

Anlisis(Captulos)

ProfesorJulin carneiro

BachillerJhonathan Velsquez C.I V-23.590.659

Mayo, de 2015.AnlisisPrimero debemos entender que la electricidad siempre ha existido (es parte de la naturaleza que nos rodea), el hombre slo la ha descubierto. Esta electricidad natural se denomina "electricidad esttica".

Las primeras noticias del descubrimiento de la electricidad se remontan al siglo VII a. C. cuando Tales de Mileto (640-548 a. C.), uno de los Siete Grandes Sabios de la antigua Grecia, descubri que al frotar un trozo de mbar (resina fosilizada) con un pao, ste empezaba a atraer pequeas partculas como hojas secas, plumas e hilos de tejido. Tales de Mileto crey que esto se produca debido a un "espritu" que se encontraba dentro del mbar, al cual llam electrn y de ello se deriva la palabra electricidad.

A pesar de estos primeros estudios, ni la civilizacin Griega en su apogeo, ni Roma en su esplendor, ni el mundo feudal europeo contribuyeron de manera significativa a la comprensin de la electricidad y del magnetismo, ni de la interactividad de ambos (llamado electromagnetismo). Durante toda la edad media la ciencia cay en una poca oscura en la cual las creencias religiosas "la amordazaron de pies y manos".A Tales de Mileto se le otorga el descubrimiento de un mineral que tena la propiedad de atraer ciertos metales: la magnetita. Adems, Tales observara que frotando hierro a la magnetita, ste adquira las propiedades magnticas del mineral: el hierro se imantaba.Aunque el filsofo griego no consiguiera explicar correctamente la atraccin magntica, ya que su razonamiento se basaba en la atribucin de vida o alma a la magnetita, sus estudios s que dieron nombre al fenmeno fsico:el magnetismo.Tales de Mileto (630-550 AC) fue el primero, que cerca del 600 AC, conociera el hecho de que el mbar, al ser frotado adquiere el poder de atraccin sobre algunos objetos.Sin embargo fue el filsofo Griego Theophrastus (374-287 AC) el primero, que en un tratado escrito tres siglos despus, estableci que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando as constancia del primer estudio cientfico sobre la electricidad.En 1600, la Reina Elizabeth I ordena al Fsico Real William Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las Brjulas usadas en la navegacin, siendo ste trabajo la base principal para la definicin de los fundamentos de la Electrosttica y Magnetismo.

Lo que hoy conocemos como la industria elctrica moderna comenz en 1880. Esta industria surge a partir de la evolucin de los sistemas de iluminacin exteriores y de los sistemas elctricos de gas y de carbn comerciales. El 4 de Septiembre de 1882, Edison encendi el primer sistema de distribucin de energa elctrica en el mundo, este proporcionaba 110 voltios de corriente directa (DC) a cincuenta y nueve clientes, y as fue como la primera estacin comercial de energa comenz a funcionar. La estacin se localizaba en la calle Pearl, en la parte baja de Manhattan. Esta proporcionaba luz y electricidad a una milla a la redonda. La era elctrica haba comenzado. Esta estacin se llamaba"Estacin Generadora de Electricidad Thomas Edison en la Calle Pearl". La estacin contaba con los cuatro elementos necesarios para el funcionamiento de un sistema moderno de utilidad elctrica: Distribucin eficaz Precio competitivo Generacin central confiable Utilizacin final exitosa.

A finales del siglo XIX,Nikola Teslaempez a trabajar con la generacin, uso y transmisin de electricidad de corriente alterna (AC), la cual puede transmitirse a distancias mucho mayores que la corriente directa (DC). Tesla, con la ayuda de Westinghouse, introdujo la iluminacin interior a nuestros hogares y a las industrias.En 1881,Lucien Gaulardde Francia yJohn Gibbsde Inglaterra hicieron una demostracin de un transformador de energa en Londres.George Westinghousese interes en el transformador y comenz a experimentar con redes de corriente alterna, AC, en Pittsburgh. l trabaj en refinar el diseo del transformador y en construir una red prctica de energa de corriente alterna (AC). Westinghouse utiliz el transformador para resolver el problema de enviar la electricidad a distancias ms largas. Esta invencin hizo posible proporcionar electricidad a negocios y hogares que se encontraban lejos de las plantas generadoras. En 1886, Westinghouse y William Stanley instalaron el primer sistema de energa de corriente alterna (AC) de voltaje mltiple en Great Barrington, Massachusetts. Este sistema obtena la energa por medio de un generador hidroelctrico que produca 500 volts AC. El voltaje se transmita en 3,000 volts y despus se"bajaba"a 100 voltios para dar energa a las luces elctricas. Ese mismo ao, Westinghouse form la"Compaa de Electricidad y Manufactura Westinghouse"En 1888, Westinghouse y su ingeniero de cabecera, Oliver Shallenger desarrollaron el medidor de energa. Este medidor se pareca al medidor de gas y utilizaba la misma tecnologa que utilizamos actualmente.En el ao 1747, Benjamn Franklin, frente a lo que haban mantenido alguno de sus colegas, propuso que no existan dos tipos de fluidos y crea que la electricidad era algo que estaba en todas las cosas y que sta se poda presentar en exceso o en defecto, bautizando estas dos posibilidades su electricidad negativa como faltaba y electricidad positiva su exceso. Hoy da se mantienen estos trminos, pero con una comprensin distinta del fenmeno. Se utiliza en las pilas con sus signos ms y menos La observacin de la naturaleza llevo a Franklin a establecer una relacin entre el mbar y los rayos que caan al suelo. La potencia de la naturaleza tiene una de sus manifestaciones ms bellas y terrorficas en el rayo. Es la electricidad en accin como resultado de una descarga elctrica en una nube. La observacin de los relmpagos fue fundamental para desvelar los secretos de la carga elctrica. En su clebre experimento de 1752, Franklin hizo volar una cometa en medio de una tor-menta para demostrar que el rayo era electricidad y lo prob al pasar ste a travs de la cuerda hmeda a la cual haba atado una llave. Cuando toc la llave salieron chis-pas como con el mbar o al tocar una alfombra o algn material como un pica-porte. El cientfico arriesg su vida, otros haban muerto en el intento, y con ello salvo tambin la de muchos otros al inventarse el pararrayos o barra metlica que atrae los rayos y los conducen al suelo para descargarlos. A pesar de este avance el mbar todava era un material de experimentacin, hasta que tres dcadas despus, en 1780, fue cuando Luigi Galvani descubri que la electricidad poda excitar la contraccin muscular, sin embargo fue el conde Alessandro Volta quien explic este comportamiento al observar distintos metales sumergidos en agua salada. Y lo ms importante para la humanidad que esta se poda producir: los aparatos de Volta, sus "pilas" producan cargas elctricas por medio de una reaccin qumica originada con dos placas de zinc y cobre sumergidas en cido sulfrico. Las bautiz como corriente, trmino que seguimos utilizando hoy, incluidas las propias pilas que estn basadas en el mimo principio. Al mismo tiempo, George Simn Ohm sent las bases del estudio de la circulacin de las cargas elctricas en el interior de materiales conductores. Pero para sentar las bases de nuestro mundo, impensable sin electricidad, hubo que fijarse en otra parte de la moneda: el magnetismo. En 1819, Hans Oersted descubri que una aguja magntica colgada de un hilo se apartaba de su posicin inicial cuando pasaba prxima a ella una corriente elctrica y postul que estas producan un efecto magntico. Lo que llev al futuro telgrafo y a Andr Ampre a deducir que las corrientes elctricas deban comportarse del mismo modo que lo imanes. Un anillo de hierro con carretes de cobre enrollados alrededor y separados por bramante fue el que utiliz Michael Faraday para descubrir la induccin electromagntica. Fue el primer transformador aunque no se utiliz como ya que Faraday no dispona de corriente alterna. Pero cre una terminologa que todava se emplea hoy: electrolito, electrolisis, nodo y ctodo. El croata-americano Nikola Tesla pens que un da la fuerza de los rayos poda ser utilizada, estas imaginaciones le llevaron a inventar un tipo de transformador, el carrete de Tesla, que produce las seales de alta frecuencia empleadas en radio y televisin, demostrar que las mquinas funcionan mejor con corriente alterna que con continua y en 1888 inventar el motor de induccin. Los transformadores en una moderna central hacen que el transporte de la electricidad sea eficiente al elevar el voltaje producido. La empresa Westinghouse no tardo en utilizar este avance clave de la explotacin industrial de la corriente alterna. En 1895 Westinghouse pone en servicio la primera planta de generacin de electricidad comercial con su La Planta del Nigara. Los experimentos de Faraday se volvieron matemticos gracias a James Maxwell, quien en 1873 present sus ecuaciones que unificaban la descripcin de los comportamientos elctricos y magnticos y su desplazamiento a travs del espacio en forma de ondas. De manera sencilla se puede decir que la materia est formada por tomos y estos a su vez contienen electrones, diminutas partculas con carga negativa que giran entorno al ncleo con carga positiva; ciertas sustancias como los metales tienen electrones libres que pueden pasar de un tomo a otro. Este movimiento y sobre todo cuando son obligados a ello produce electricidad.El electrn fue descubierto por J. J Thompson en 1897 y a la vez que explicaba los rayos catdicos probaba que exista una partcula an ms pequea que el tomo. Ahora slo quedaba domesticar a esta energa, que se ha convertido en indispensable, limpia, de bajo costo y de fcil trans-porte. Y por ltimo, no podemos dejar de meter en la lista de hombres ilustres a Thomas Alva Edison. De nio fue expulsado del colegio porque los profesores crean que era retrasado. A los quince aos trabaj de telegrafista, realiz mejoras en el funcionamiento del sistema y con el dinero ganado se dedic a generar nuevos inventos. Y entre ellos estaba esa humilde bombilla y por supuesto enchufes para ellas. El 21 de octubre de 1879 consigui el primer filamento que duraba incandescente 40 horas y con slo 10 voltios. Con este gran avance comenzara la universalizacin del uso de la electricidad. Pero para cambiar el mundo las bombillas tenan que mantenerse encendidas todo el da. Edison, para ello dio otro grande paso para la humanidad: la primera central elctrica con generadores accionados por mquinas de vapor. 52 clientes fueron los primeros en iluminar su casa con electricidad. Con ello comenzara esa distincin entre investigacin bsica y otra que suele llamarse aplicada o investigacin y desarrollo.

CORRIENTE ELCTRICALacorriente elctricaes el flujo de carga elctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el sistema internacin de unidades se expresa en C/s (culombiossobresegundo), unidad que se denominaamperio. Una corriente elctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce uncampo magntico, un fenmeno que puede aprovecharse en electro imn.El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente elctrica es elgalvanmetroque, calibrado en amperios, se llamaampermetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Corriente continuaSe denomina corriente continua o corriente directa al flujo de cargas elctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente elctrica a travs de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre s. Es errnea la identificacin de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batera). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulacin es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.

Usos de la corriente contina.La corriente continua es empleada en infinidad de aplicaciones y aparatos de pequeo voltaje alimentados con bateras (generalmente recargables) que suministran directamente corriente continua, o bien con corriente alterna como es el caso, por ejemplo, de los ordenadores, siendo entonces necesario previamente realizar la conversin de la corriente alterna de alimentacin en corriente continua.Tambin se est extendiendo el uso de generadores de corriente continua mediante celulassolares, dado el nulo impacto medioambiental del uso de laenergia solarfrente a las solucionesconvencionales (combustible fsil y energa nuclear).Generadores de corriente continua (C.C)Los generadores de corriente continua son mquinas que producen tensin su funcionamiento se reduce siempre al principio de la bobina giratorio dentro de un campo magntico. Si una armadura gira entre dos polos magnticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolucion, y en el otro sentido durante la otra mitad.Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolucin. Las dos mitades del anillo se aslan entre s y sirven como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbn se mantenan en contacto con el conmutador, que al girar conectaba elctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posicin en el momento en el que la corriente inverta su sentido dentro de la bobina de la armadura. As se produca un flujo de corriente de un sentido en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial ms alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 voltios. En algunas maquinasms modernas estainversionse realiza usando aparatos de potencia electronica, como por ejemplo rectificadores de diodo.

Corriente alternaSe denomina corriente alterna a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccin varan cclicamente. La forma de onda de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una ondasinoidal.En eluso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas.El sistema usado hoy en da fue ideado fundamentalmente porNikola Tesla, y la distribucin de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueronLucien Gaulard,John GibbsyOliver Shallengerentre los aos 1881 y 1889. La corriente alterna super las limitaciones que aparecan al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribucin de energa a gran escala debido a problemas en la transmisin de potencia.

Algunas fuentes de electricidad (en particular, los generadores electromecnicos rotativos) producen naturalmente voltajes alternando la polaridad, la inversin de positivo y negativo con el tiempo. Ya sea como una polaridad de conmutacin de tensin o como una direccin de conmutacin de corriente de ida y vuelta, esta " especie" de la electricidad se conoce como corriente alterna. Corriente trifsica:Es el conjunto de tres corrientes alternas de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120, y estn dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre de fase.

Corriente monofsica:Es la corriente que se obtiene de tomar una fase de la corriente trifsica y un cable neutro. En Espaa y dems pases que utilizan valores similares para la generacin y trasmisin de energa elctrica, este tipo de corriente facilita una tensin de 230 voltios, lo que la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayora de electrodomsticos y luminarias que hay en las viviendas.Corriente elctrica estacionaria:Es la corriente elctrica que se produce en un conductor de forma que la densidad de carga de cada punto del conductor es constante, es decir que se cumple que: .Circuito en serieLoscircuitos en serieson aquellos circuitos donde la energa elctrica solamente dispone de un camino, los elementos que la componen no pueden ser independientes. O sea aqu solamente existe un nico camino desde la fuente de corriente hasta el final del circuito (que es la misma fuente). Este mecanismo hace que la energa fluya por todo lo largo del circuito creado de manera tal que no hay ni independencia ni distincin en los diferentes lugares de este.

Lascaractersticas de los circuitos en serieson fciles de diferencias, comenzando con que la suma de las cadas de la tensin que ocurren dentro del circuito es iguales a toda la tensin que se aplica. Adems, la intensidad de la corriente es la misma en todos los lugares, es decir en cualquier punto de la distribucin. Un ejemplo de los circuitos en serie son sin duda las luces de los arbolitos de navidad, en los cuales podemos observar las luces parpadeantes, todas conectadas a una misma fuente de electricidad, de manera tal que con una nica fuente toda estn bajo la misma frecuencia.Lo que este tipo de circuitos tiene de desventaja es que si uno de los componentes (en este caso sera una de las luces) se rompe o se saca, todo el circuito deja de funcionar por eso hoy en da loscircuitos en serieno son los favoritos a la hora de ser elegidos y se opta mayoritariamente por circuitos mixtos, formados entre los circuitos paralelos y los circuitos en serie.

Circuito paraleloElcircuito elctrico en paraleloes una conexin donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores,resistencias,condensadores, etc.) conectados coincidan entre s, lo mismo que sus terminales de salida. La conexin en paralelo se encuentra muy frecuentemente en las casas es all en donde se puede entender mejor. Pero una forma fcil de distinguirlo es identificar que lasresistenciasno se encuentren seguidas unas de otras, de esta forma si se desconecta una de las resistencias el circuito no se suspender.

Batera ElctricaSe denominabatera,batera elctrica,acumulador elctricoo simplementeacumulador, al dispositivo que consiste en una o msceldas electroqumicasque pueden convertir la energa qumica almacenada en electricidad. Cada celda consta de unelectrodopositivo, octodoy un electrodo negativo, onodoyelectrolitosque permiten que los iones se muevan entre los electrodos, facilitando que la corriente fluya fuera de la batera para llevar a cabo su funcin.Las bateras vienen en muchas formas y tamaos, desde las celdas en miniatura que se utilizan en audfonos y relojes de pulsera, a los bancos de bateras del tamao de las habitaciones que proporcionan energa de reserva a las centrales telefnicas y ordenadores de centros de datos.

Bateras de celdas primaria y Secundarias.En los pases que no hacen la diferencia anteriormente expuesta, los elementos suministradores de electricidad se clasifican en dos categoras: Lasceldas primarias, lo que antes se han llamado pilas, transforman laenerga qumicaenenerga elctrica, de manerairreversible(dentro de los lmites de la prctica). Cuando se agota la cantidad inicial de reactivos presentes en la pila, la energa no puede ser fcilmente restaurada o devuelta a la celda electroqumica por medios elctricos. Lasceldas secundarias, lo que antes se han llamado bateras, pueden ser recargadas, es decir, que pueden revertir sus reacciones qumicas mediante el suministro de energa elctrica a la celda, hasta el restablecimiento de su composicin original.

BATERIA DE CELDA PRIMARIA

BATERIA DE CELDAS SECUNDARIAS

Ampermetros.Unampermetroes un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que est circulando por un circuito elctrico.Los ampermetros, en esencia, estn constituidos por un galvanmetro cuyaescalaha sido graduada en amperios.El aparato descrito corresponde aldiseooriginal, ya que en la actualidad los ampermetros utilizan un conversor analgico/digital para la medida de la cada de tensin sobre un resistor por el que circula la corriente a medir.La lecturadel conversor es leda por unmicroprocesadorque realiza los clculos para presentar en un display numrico el valor de la corriente circulante.VoltmetroUnVoltmetroes un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito elctrico cerrado pero a la vez abiertos en los polos.ClasificacinPodemos clasificar los voltmetros por su funcionamiento mecnico, siendo en todos los casos el mismo instrumento.Voltmetros electromecnicosEstos voltmetros, en esencia, estn constituidos por un galvanmetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existenmodelosque separan las corrientes continua y alterna de la seal, pudiendo medirlas independientemente.Voltmetros electrnicosAaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del orden de los 20 megaohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden el verdadero valor eficaz es por que miden el valor de pico a pico, y suponiendo que se trata de una seal sinusoidal perfecta, calculanel valor eficaz por medio de la siguiente frmula:

Voltmetros vectorialesSe utilizan con seales demicroondas. Adems del mdulo de la tensin dan una indicacin de su fase.Voltmetros digitales.Dan una indicacin numrica de la tensin, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tenerprestacionesadicionales comomemoria, deteccin de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades.El sistema de medida empleatcnicasde conversin analgico-digital (que suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numrico mostrado en una pantalla numrica LCD.El primer voltmetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.

LEY DE OHMLaley de Ohm, postulada por el fsico y matemticoalemnGeorge Simn Ohm, es una ley de laelectricidad. Establece que la diferencia de potencialque aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corrienteque circula por el citado conductor. Ohm complet la ley introduciendo la nocin deresistencia elctrica; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relacin entre V e I:V=R.ILa frmula anterior se conoce como ley de Ohm incluso cuando la resistencia vara con la corriente, y en la misma,corresponde a la diferencia de potencial,a la resistencia ea la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente,voltios(V),ohmios() yamperios(A).Otras expresiones alternativas, que se obtienen a partir de la ecuacin anterior, son: I=V/Rvalida siRno es nulo. R=V/Ivalida siIno es nula.

EjerciciosProblema 1.En los extremos de un conductor hay una diferencia de potencial de 80 voltios cuando lo atraviesa una corriente de 4 amp. Calcular su resistencia?Datos:V=80VoltiosI=4Amp.R=?

V=i*R R= = Problema 2.Un conductor de 800 metros, tiene una resistencia de 40 ohmios y una seccin de 2mm2.Calcular el valor desu resistencia especifica? Datos:L=800metros.R=40ohmnios.S=2mm2p=?

R=p p= = =0,1

p=0,1.mm2/mProblema 3.En el modelo de Bohr del tomo de hidrogeno, un electrn gira en una rbita circular de radio r=5,3x10-11m alrededor del ncleo.a.- halle la velocidad del electrn.b.- Cul es la corriente efectiva asociada al electrn?a.-Aplicando la segunda ley de Newton, tenemos:

Despejando obtenemos:

b.- El tiempo empleado en dar una vuelta completa es y la corriente es:

.Recuerde:m= 9,1x10-31kg ye=1,6x10-19C.