CAPITULO I 1

FENOMENOS ELECTRICOS Y MAGNETICOS

Fundamentos de la Teoría Eléctrica

Un pre-requisito para la comprensión de este curso, es el conocer los efectos

producidos por el movimiento de unas partículas constitutivas del átomo,

llamadas electrones. Controlando el número y movimiento de estos, en una

dirección definida el diseñador de equipos eléctricos ha provisto a la

humanidad con luces, motores, calentadores y de una gran variedad de

cosas que dependen de la potencia eléctrica.

Todas las cosas del universo están hechas

de partículas increíblemente pequeñas

llamadas átomos, uno para cada elemento o

sustancia pura. Todas las otras substancias

son compuestos hechos de moléculas

conteniendo como mínimo dos átomos de

tipos diferentes. A pesar de que los átomos

son tan pequeños que no es posible

imaginar su tamaño, ellos están constituidos de partículas todavía más

pequeñas.

Si pudiéramos ampliar un átomo hasta que los detalles de su constitución

pudieran ser vistos, nosotros observaríamos algo como nuestro sistema

solar. Alrededor de un cuerpo central pesado llamado núcleo, partículas

prácticamente sin peso llamadas electrones orbitan a velocidades

fantásticas, y en proporción a su tamaño, a distancias enormes, igual que los

planetas girando alrededor del sol. El núcleo es como un racimo de

neutrones y de partículas muy pesadas llamadas protones. Todo el peso del

átomo esta concentrado en el núcleo, pero otras propiedades dependen

principalmente de los electrones exteriores.

CAPITULO I 2

Los electrones exteriores están situados en órbitas específicas llamadas

cascaras o capas (orbitales).

Los números de electrones en cada capa se calculan usando la formula:

2n2 Donde n = numero de cáscara (orbital).

El numero de electrones en cada capa es el mismo para todos los átomos, la

única diferencia esta en el numero de orbitales y en el grado de llenado de la

capa externa.

CAPITULO I 3

Cáscaras Máximo número de

electrones

1. K 2

2. L 8

3. M 18

4. N 32

5. O 50

Continua hasta Q

Los electrones se mantienen en su lugar por una fuerza de atracción entre

ellos y los protones del núcleo (cargados positivamente atraen electrones

cargados negativamente), balanceados por la fuerza centrifuga debido a su

gran velocidad. La mayoría de las capas externas que no están completadas,

tienen una órbita desbalanceada y circulan más lejos y más rápido que

cualquiera de las otras. Esto crea una unión débil lo que produce que el

electrón salte de su órbita para ser reemplazado por otro que ha escapado

por exactamente la misma razón de un átomo vecino.

Las bandas asociadas con las capas completas internas en los átomos

originarios tienen las cuotas exactas de electrones que les permite el

principio de exclusión de Pauli. En estas bandas los orbitales no sufren

alteraciones significativas y retienen su carácter atómico al formarse el

sólido. Sin embargo, la banda correspondiente a la capa atómica más

externa, ocupada por los electrones de valencia, es la más interesante en lo

que se refiere a las propiedades de los sólidos. Si la banda más externa no

está completamente llena, se denomina banda de conducción. Pero, si está

llena, se llama banda de valencia y la banda vacía que queda

inmediatamente encima de esta última recibe el nombre de banda de

conducción.

CAPITULO I 4

Estamos ahora en condiciones de definir los distintos tipos de materiales de

acuerdo a sus propiedades de trasporte de corriente eléctrica:

Conductor es toda sustancia en que la energía del primer estado

electrónico vacío se encuentra inmediatamente adyacente a la energía

del último estado electrónico ocupado. En otros términos, un conductor

es un material en el cual la última banda ocupada no está

completamente llena.

Aislador es toda sustancia en que la energía del primer estado

electrónico vacío se encuentra separada, por una brecha finita, de la

energía del último estado electrónico ocupado.

Semiconductor es un material aislador en que el ancho de banda

prohibida es menor que 1eV.

1 electron volt = 1.60217646 × 10-19 Joules

CAPITULO I 5

Carga Eléctrica, Corriente y Voltaje.

El electrón cargado negativamente es la partícula más pequeña con carga

eléctrica, y es el movimiento de estas cargas eléctricas que constituyen una

corriente de electrones (corriente eléctrica).

Baterias

Corriente

Una corriente de un amperio es equivalente a 6,28 x 1018 electrones

moviéndose unidireccionalmente pasando por un punto en un segundo.

Cualquier material que permite el paso de corriente cuando esta conectado a

una batería u otra fuente de energía eléctrica es llamado conductor.

Conectando una batería en las puntas de un conductor causa que sus

electrones libres sean guiados en la dirección del voltaje, la dirección de este

movimiento es del terminal (-) al terminal (+) y constituye una corriente

eléctrica (el sentido universal de la corriente eléctrica es inverso al sentido

del movimiento de los electrones) del terminal (+) al terminal (-).

El lazo cerrado formado por la batería y el conductor es llamado circuito

eléctrico. Los electrones están siempre presentes en el conductor como

electrones libres y son forzados a moverse por la aplicación de un voltaje.

CAPITULO I 6

Tan pronto se cierra el circuito los electrones comenzaran a moverse en el

lazo. Este movimiento unidireccional de los electrones es llamado corriente

directa o continua. El número total de electrones libres en el conductor es

siempre el mismo. Cada vez que uno entra en el terminal positivo otro deja el

terminal negativo. La aplicación de un voltaje de corriente alterna a un

conductor hace que los electrones fluyan primero en una dirección y después

en la opuesta, oscilando continuamente.

Magnetismo e Imanes Permanentes

El fenómeno que ahora llamamos magnetismo, fue observado por primera

vez, hace por lo menos 2500 años en el distrito de Magnesia en el Asia

Menor. Se registra en la historia de Grecia y de Roma el descubrimiento de

un tipo especial de roca que tenía la extraña propiedad de atraer y retener

pedazos de hierro. Esta roca fue llamada Magnetita La leyenda original

cuenta que el bastón de un pastor que tenia las puntas de hierro, fue

fuertemente atraído por la roca, que tuvo que cavar la tierra para encontrar la

causa. (Uno de los científicos originales)

William Gilbert, médico de la Reina Isabel I de Inglaterra, publicó "de

Magnete", que marcó la fundación de la ciencia magnética. Este libro

describía en detalle la amplia variedad de experimentos en magnetismo,

basados en la importancia del método científico de acercamiento y llegando a

conclusiones después de cuidadoso experimento. No obstante, Gilbert tenía

ideas avanzadas para la época y su libro tuvo poco éxito o reconocimiento.

Por el año 1100 D.C. los Chinos descubrieron que una pieza alargada de

magnetita, suspendida por un hilo, se ponía apuntando el la dirección norte-

sur. Por la época que Colon descubrió América, compases de flotar y pivotar

eran de uso corriente, y los navegantes no tenían que depender más del sol

y las estrellas para determinar la dirección de sus viajes.

CAPITULO I 7

El magnetismo esta relacionado con el funcionamiento de casi todos los

aparatos eléctricos. El conocimiento de sus principios fundamentales, es

esencial por lo tanto para tener una idea clara del funcionamiento de los

mismos.

Imanes Naturales: Son aquellos que poseen propiedades magnéticas

naturales.

Imanes Permanentes: Tienen la propiedad de conservar su magnetismo

indefinidamente y no necesitan corriente de excitación. Los Imanes

permanentes se fabrican de acero al carbono templado y de aceros aleados

al cromo.

Teoría Magnética

Solamente hasta hace poco, al llegar a un conocimiento más detallado de la

estructura atómica y de las propiedades e interacciones entre los electrones

CAPITULO I 8

que la componen ha sido posible llegar a una explicación sobre el

magnetismo.

El átomo está constituido por un núcleo central positivo y varios electrones

que se mueven alrededor describiendo órbitas circulares o elípticas, además

estos electrones giran alrededor de un eje que pasa por su centro,

movimiento que se denomina “Spin Electrónico”.

Algunas de las rotaciones propias de los electrones se realizan en una

dirección (positiva) y otras en la opuesta (negativa). Debido al movimiento de

los electrones en sus órbitas y a su rotación propia, se produce una

circulación de electricidad, o de minúsculas cargas eléctricas alrededor del

núcleo y en el interior de cada electrón. Por consiguiente, cada uno es un

pequeño giroscopio que posee un momento magnético definido, producido

por el movimiento de su carga eléctrica, así como un momento de rotación

definido, que se debe a la rotación de su masa.

Como los electrones, al moverse sobre sus órbitas, poseen también un

momento magnético y un momento de rotación, se considera que cuando

varia la acción de la fuerza magnetizante aplicada, los movimientos orbitales

no varían y todo el cambio se produce en la dirección o el sentido del Spin de

algunos de los electrones.

Imanación e Histéresis.

Los conocidos fenómenos de imanación, saturación e histéresis pueden

explicarse partiendo de las acciones mutuas entre los electrones, átomos,

dominios y cristales de hierro.

Ordinariamente los metales están compuestos de un gran número de

formaciones cristalinas (granos) que con frecuencia son demasiado

CAPITULO I 9

pequeños para percibirlos a simple vista, si bien, recientemente, se han

desarrollado métodos que permiten obtener grandes cristales, fácilmente

perceptibles en visión directa.

Los dominios tienden a agruparse, de por si, en cristales o granos, y cuando

no se ejerce sobre ellos ninguna acción magnética exterior, los dominios que

son pequeñas zonas locales, se alinean en cualquiera de las seis direcciones

equivalentes a los ejes de los cristales.

Para facilitar los razonamientos, los dominios se representan por pequeños

cubos y las flechas indican la dirección de imanación de los mismos.

Cuando actúa un campo magnético débil, los cristales comienzan a

manifestar una ligera orientación magnética, efecto inicial que es debido a un

ligero desplazamiento del contorno que limita los dominios.

Los dominios orientados en la dirección de la fuerza magnetizante aplicada

aumentan su dimensión en el sentido de esta, a expensas de los dominios

orientados en una dirección menos favorables.

CAPITULO I 10

Este efecto produce la iniciación del proceso de imanación que se pone de

manifiesto en el punto (1) de la curva en la figura 1, en la que se representa

la densidad del flujo B en Gauss o Tesla, en función de la fuerza

magnetizante H en Ampere/metro.

Si aumenta la fuerza magnetizante, la dirección de imanación de los

dominios tiende a cambiar pasando de una de las seis en la que la imanación

es fácil a aquella cuya dirección sea más próxima a la de H, con que los

dominios van progresivamente orientándose en esta dirección, con

variaciones mayores en unos que en otros.

Esta orientación de los dominios es más o menos uniforme, dando origen a

una parte de la curva que es casi rectilínea y que se señala con un (2).

Cuando la fuerza magnética llega a ser de gran intensidad, la dirección de las

orientaciones de los dominios es casi coincidente con la de aquella fuerza y

entonces cada cristal o grano, actúa como si fuese un dominio de gran

extensión. En la curva este hecho se refleja por la presencia del codo (a),

punto en que el hierro se encuentra muy próximo a su saturación.

Si entonces se aumenta aun más la fuerza magnetizante hasta alcanzar

valores muy elevados, se produce otro proceso en el interior del átomo. La

única posibilidad de que se pueda incrementar la imanación del hierro, más

allá del valor anterior, es que los spin electrónicos de los dominios

individuales giren separándose de sus posiciones estables. Este proceso se

CAPITULO I 11

denomina “Rotación de los dominios” y da origen a la porción (3) de la curva,

el hierro esta entonces, saturado.

Si una vez alcanzado el punto (b), disminuye la fuerza magnetizante H, la

desimanación no se produce, siguiendo en sentido inverso, la curva normal,

sino otra por encima de ella. Este hecho se debe a que la posición de los

dominios tiende a persistir en la última dirección que tomaron. Cuando la

fuerza magnetizante llega a anularse, aún persiste un flujo magnético que se

llama magnetismo remanente. Si posteriormente se incrementa el valor

negativo de la fuerza magnetizante H los dominios de los cristales van

perdiendo progresivamente la orientación, cuando se ha alcanzado el punto

(f). Para ello se ha requerido que la fuerza magnetizante alcance el valor

negativo -H que se denomina fuerza coercitiva.

CAPITULO I 12

Comportamiento de distintos materiales situados en un campo externo

Se distingue los materiales siguientes según su comportamiento poniéndolos

en un campo externo:

1. Materiales diamagnéticos

2. Materiales paramagnéticos

3. Materiales ferromagnéticos

• ferromagnéticos verdaderos

• antiferromagnéticos

• ferrimagnéticos

1. Los materiales diamagnéticos están caracterizados por

susceptibilidades magnéticas negativas, lo que significa, que la

imantación inducida en ellos está orientada en sentido opuesta con

respecto al campo externo aplicado. Las susceptibilidades magnéticas

CAPITULO I 13

de la mayoría de los materiales diamagnéticos no dependen de la

temperatura. Solo las susceptibilidades magnéticas de antimonio y

bismuto varían a T = -180ºC. Materiales diamagnéticos son entre otros

las sales, la anhidrita, cuarzo, feldespato y grafito. El diamagnetismo

se basa en el movimiento de un electrón alrededor de su núcleo

generando una corriente de poca intensidad. El momento magnético

(o espín) es un vector, que en presencia de un campo magnético

externo toma un movimiento de precesión alrededor de este campo

externo. Este movimiento periódico adicional del electrón produce un

momento magnético orientado en sentido opuesto con respecto al

campo aplicado. El diamagnetismo puro sólo aparece si los momentos

magnéticos de los átomos son nulos en ausencia de un campo

exterior como en los átomos o iones que poseen capas electrónicas

completas.

2. Los materiales paramagnéticos son ligeramente magnéticos,

caracterizados por susceptibilidades magnéticas pequeñas positivas.

En los materiales paramagnéticos la susceptibilidad magnética es

inversamente proporcional a la temperatura absoluta según la Ley de

Curie. La mayoría de los componentes formadores de las rocas como

por ejemplo los silicatos comunes son para- o diamagnéticos. Los

granos de materiales para- y diamagnéticos tienden alinearse con sus

ejes longitudinales transversal- u oblicuamente con respecto al campo

externo aplicado. Los átomos o las moléculas de los materiales

paramagnéticos están caracterizados por un momento magnético en

ausencia de un campo externo y por una interacción magnética débil

pasando entre sus átomos. Normalmente sus átomos están

distribuidos al azar, pero aplicando un campo externo tienden

alinearse paralelamente a la dirección del campo. Esta alineación es

una tendencia, que se opone a su agitación térmica. El

paramagnetismo se basa en los espines (momentos magnéticos) no

compensados de los electrones, que ocupan capas atómicas

CAPITULO I 14

incompletas como los subpisos 3-d de los elementos escandio y

manganeso por ejemplo. Minerales paramagnéticos son olivino,

piroxeno, anfibol, granate y biotita. En un separador magnético

dependiendo de sus susceptibilidades magnéticas respectivas estos

minerales son imantizados a distintas intensidades del campo

magnético engendrado por el separador magnético .

3. Los materiales ferromagnéticos tienen susceptibilidades positivas y

relativamente altas. Sin aplicar un campo magnético externo la

interacción de los momentos magnéticos de sus átomos resulta en un

comportamiento colectivo de grupos de átomos, llamados dominios.

En los elementos hierro, cobalto y níquel esta interacción es

característica para los espines no compensados de los subpisos 3-d

de sus átomos. Estos elementos pueden lograr un estado de

imantación espontáneo consistente en la configuración ordenada de

los momentos magnéticos de todos los átomos. Aplicando un campo

magnético los dominios se alinean en configuraciones paralelas y con

sus ejes longitudinales paralelas a la dirección del campo externo de

tal modo generando una susceptibilidad magnética alta. A los cuerpos

ferromagnéticos corresponden ciclos de histéresis típicos.

CAPITULO I 15

• En los materiales antiferromagnéticos los momentos magnéticos de

los átomos vecinos son de la misma magnitud, pero antiparalelos.

Cada una de estas subredes recuerda un estado de un cuerpo

ferromagnético. Las dos subredes ordenadas orientadas en sentido

opuesto entre sí se anulan mutuamente resultando en un momento

magnético total igual a cero. La susceptibilidad magnética de un

material antiferromagnético es relativamente baja a temperaturas

debajo del punto de Curie, sube con la temperatura acercándose a la

temperatura de Curie característica para el material en cuestión,

alcanza su máximo a la temperatura de Curie y encima de la

temperatura de Curie su susceptibilidad decrece. A los materiales

antiferromagnéticos pertenecen entre otros la hematita (Fe2O3, TCurie =

675ºC), los óxidos de manganeso, de hierro, de cobalto y de níquel.

• Los materiales ferrimagnéticos tienen dos subredes de iones metálicos

con momentos magnéticos orientados antiparalelamente, pero de

magnitud diferente dando lugar a un momento resultante desigual a

cero, incluso en ausencia de un campo exterior. La magnetita Fe3O4 es

un material ferrimagnético y el mineral más importante en contribuir al

magnetismo de las rocas. Otros minerales ferrimagnéticos son la

ilmenita FeTiO3, Titanomagnetita Fe(Fe,Ti)2O4, la pirotina Fe1-xS y los

óxidos de la formula general XOFe2O3, donde X puede ser ocupado

por Mn, Co, Ni, Mg, Zn y Cd. El magnetismo de las rocas se debe a

magnetita y a otros minerales del sistema ternario FeO - Fe2O3 - TiO2.

La composición de cada cristal mixto junto con su temperatura de

Curie se presenta en el triángulo siguiente.

CAPITULO I 16

Propiedades de un Magneto

• Un magneto atrae material magnético.

• Un magneto atrae a un material magnético con mayor fuerza, según

las dos substancias se acercan.

• Un magneto va a establecer en el material magnético propiedades

similares

• Polos diferentes de magnetos se atraen, polos iguales se repelen.

• Cuando un magneto está libremente suspendido en posición

horizontal se va a alinear de manera que el eje longitudinal será

paralelo a las líneas magnéticas de fuerza de la tierra. El polo que

mira hacia el polo Norte magnético de la tierra se llama simplemente

polo Norte.

• El magneto ejerce una fuerza de variada intensidad a su alrededor y

esta fuerza, se llama campo magnético.

Campo Magnético

El campo magnético es el campo donde las fuerzas magnéticas, actúan, o es

el espacio alrededor del magneto, en el que materiales ferromagnéticos son

atraídos. El campo magnético se compone de líneas de fuerza o líneas de

flujo.

Propiedades de las Líneas de Fuerza o Líneas de Flujo

• Las líneas de fuerza están en un estado de tensión longitudinal, y por

lo tanto tienden a contraerse en longitud.

• Las líneas de fuerza toman trayectoria paralela y tienden a repelerse.

• Líneas de fuerza nunca se cruzan.

CAPITULO I 17

• Las líneas de fuerza salen del magneto por el polo norte y vuelven a

entrar por el polo sur y completan su curva cerrada a través del

magneto.

• Las líneas de fuerza buscan la trayectoria de menor RELUCTANCIA

para completar su círculo.

• La concentración de líneas de fuerza determina la fuerza del campo

magnético. Así, el campo es más fuerte cerca de los polos.

Campos Magnéticos que rodean un Conductor.

Durante largo tiempo se sospecho que existían relaciones entre la

electricidad y el magnetismo, pero correspondió a Oersted, en 1919 probar

no solo que esta relación existe, sino que esta completamente definida.

Si se acerca una aguja imanada a un conductor simple por el que circula una

corriente eléctrica, la aguja se desvía, indicando la presencia de un campo

magnético.

Se observa, además, que la aguja tiende a colocarse en una dirección

perpendicular a la corriente, las líneas de flujo magnético forman

circunferencias que rodean al conductor y tienen sus centros en el eje del

mismo. Si se invierte el sentido de la corriente, se invierte también la posición

de la aguja, lo que demuestra que la dirección del flujo magnético depende

de la dirección de la corriente.

CAPITULO I 18

Regla de la Mano Derecha

Si se agarra al conductor con la mano derecha de manera que el dedo pulgar

señale la dirección de la corriente, los restantes dedos señalaran la dirección

de las líneas de flujo.

Los Electroimanes

Cuando un conductor por el que circula una corriente se arrolla sobre un

núcleo de hierro se obtiene un electroimán. La acción electromagnética de la

corriente produce un flujo magnético en el núcleo de hierro, del mismo modo

que se genera en el aire. Sin embargo, debido a que la permeabilidad del

hierro es mucho mayor, el flujo generado por un número dado de amperio-

vuelta en un núcleo de hierro es también mucho mayor que en el aire. Los

Imanes permanentes se fabrican de acero al carbono templado y de aceros

aleados al cromo. Los electroimanes se hacen de hierro o de acero dulce,

que son más sensibles a las variaciones en los efectos de imanación de la

corriente eléctrica.

CAPITULO I 19

Campo Magnético de un Solenoide

Se llama solenoide a un conductor enrrollado en hélice y atravesado por una

corriente eléctrica. Cada una de las vueltas de la hélice se denomina espira.

El interior del solenoide se llama núcleo y puede ser de aire, o de cualquier

material magnético.

Las líneas de fuerza del campo magnético producido por la corriente que

atraviesa el solenoide, presentan el aspecto que muestra la figura inferior, es

decir, que estas líneas parten de un extremo, para llegar al otro, cerrándose

por el núcleo: lo mismo que en el caso de un imán el solenoide tiene dos

polos: Norte y Sur. Para comprobar la polaridad de un solenoide se utiliza la

regla del sacacorchos, llamada también regla de Maxwell.

La intensidad del campo magnético en el interior del solenoide, vale:

CAPITULO I 20

LINH 25,1= Oersteds

I = Intensidad de la corriente. N = Número de espiras. L = Longitud del solenoide.

Propiedades de un circuito eléctrico

Para entender con mayor claridad como se transmite la electricidad a través

de un circuito eléctrico, es importante observar algunas de las propiedades

de la electricidad y el circuito eléctrico.

Una de las más fundamentales propiedades de la electricidad, es que esta

solo puede viajar a través de ciertos materiales. Estos materiales se llaman

conductores eléctricos. El cobre, el hierro y el aluminio se usan como

conductores.

Los materiales a través de los cuales no puede conducirse la electricidad se

llaman aislantes. Algunos plásticos son excelentes aislantes para uso

domestico.

CAPITULO I 21

Estos aislantes permiten que los cables de un circuito eléctrico estén juntos

sin causar un corto circuito.

Un circuito eléctrico se define como una disposición de conductores a través

de los cuales fluye la electricidad.

CAPITULO I 22

Aunque es imposible ver el flujo de electricidad a través del circuito eléctrico,

es de gran ayuda asociarlo con el agua que fluye a través de los tubos de un

circuito hidráulico. Estos dos circuitos tienen muchas propiedades similares.

Por ejemplo, en donde la fuerza de presión del agua a través del tubo se

mide en libras por pulgada cuadrada (psi), la presión eléctrica que ocasiona

el flujo de electricidad se mide en voltios. Esta presión eléctrica se conoce

como fuerza electromotriz (fem).

CAPITULO I 23

De manera similar, mientras que la cantidad de agua que pasa por un tubo

se mide en galones por minuto (gpm), la cantidad de fluido o corriente

eléctrica se mide en amperios (amp).

Otro factor que afecta el flujo de agua en un tubo es el diámetro del tubo.

Entre mas angosto sea el tubo es mayor la resistencia a fluir.

CAPITULO I 24

De igual manera, la propiedad por la cual los conductores eléctricos resisten

el flujo de electricidad se llama resistencia (R). La resistencia eléctrica se

mide en ohms. Para los filamentos de las lámparas hechos del mismo

material, entre mas delgado sea el filamento es mayor la resistencia.

Y, de la misma forma que la presión de la bomba, la proporción de flujo y el

diámetro del tubo están interrelacionados en el circuito de agua, así también

CAPITULO I 25

lo están la fuerza electromotriz, la corriente y la resistencia en un circuito

eléctrico.

De hecho, las unidades: voltios, amperios y ohms han sido definidas de tal

forma que la fem en voltios es igual a la corriente multiplicada por la

resistencia.

REI =

IER =

De estas fórmulas se puede deducir que en un circuito con un voltaje fijo, si

la resistencia se reduce, el flujo de corriente aumentara. Por el contrario, si la

resistencia se aumenta, el flujo de corriente decrecerá.

En la siguiente figura, la bombilla de la izquierda con el filamento más grueso

tiene una resistencia menor. Esto significa, que si el mismo voltaje fuera

aplicado a ambos circuitos, fluiría más corriente a través del circuito de la

izquierda, de la que fluiría a través del circuito de la derecha.

Potencia eléctrica

CAPITULO I 26

Como lo hicimos anteriormente, es útil comparar el circuito eléctrico con el

circuito hidráulico. La potencia es una expresión de la cantidad de trabajo

realizado en un periodo de tiempo dado. También se conoce como la

capacidad de realizar un trabajo. En un sistema hidráulico, la bomba esta

realizando un trabajo al elevar el agua. La cantidad de agua que eleva en un

periodo de tiempo dado representa la potencia de la bomba.

En los sistemas mecánicos la fuerza se mide en caballos de fuerza (HP). Los

caballos de fuerza desarrollados por la bomba en la siguiente figura serán

proporcionales a la presión que se desarrolla en la bomba para elevar el

agua multiplicada por la proporción del flujo.

En un circuito eléctrico, la potencia (P) es igual al voltaje (E) por las veces de

la corriente (I). Se mide en vatios. Un vatio es la cantidad de potencia

generada por una corriente de un amperio con una fuerza electromotriz de un

voltio.

La potencia en un circuito se expresa con la formula:

CAPITULO I 27

VIP = 2RIP =

En los circuitos que llevan grandes corrientes a grandes voltajes, la potencia

a menudo se mide en kilovatios Kw o megavatios Mw.

Una comparación de las unidades de potencia mecánica con las unidades de

potencia eléctrica genera:

1 caballo de fuerza = 746 vatios

1 megavatio = 1340 caballos de fuerza

De estas cifras, es posible igualar la salida de un turbo generador de

quinientos magavatios con una cantidad de potencia mecánica igual a

670.000 caballos de fuerza.

CAPITULO I 28

Transmisión de Energía Eléctrica

El propósito primario de una planta de fuerza es convertir la energía química

del combustible (carbón, gas, petróleo, diesel, nuclear, etc.) en energía

eléctrica a través de una serie de conversiones de energía.

La energía química del combustible se convierte primero en energía calórica.

Posteriormente, la energía calórica se convierte en energía térmica. La

energía térmica se convierte en energía mecánica en un eje rotatorio a través

de las turbinas. Y finalmente, la energía mecánica del eje es convertida en

energía eléctrica por el generador.

En vez de cargar toneladas de combustible a la casa o industria, la energía

química del combustible se convierte en energía eléctrica en la planta de

fuerza y posteriormente se transmite la electricidad a los consumidores.

Una vez que ha llegado a su destino, la electricidad se puede usar para

operar cualquier número de aparatos y se puede convertir en muchas formas

de energía. Por ejemplo, la energía eléctrica se puede convertir en energía

mecánica al operar el motor eléctrico de un taladro.

El calentador eléctrico convierte la electricidad en energía térmica. Y un

aparato como una batería recargable convierte la electricidad en energía

química.

Estos son solamente unos pocos ejemplos de los circuitos eléctricos que se

usan diariamente. Estos comunes circuitos domésticos son todos parte de un

gigantesco sistema de circuitos eléctricos que se extienden por todo el país

suministrando energía eléctrica a todos los rincones de este. Este sistema se

llama la red de distribución. Algunas de las principales líneas de esta red se

pueden ver diariamente en nuestros recorridos.

CAPITULO I 29

Por supuesto, todos estos circuitos no son iguales. Una de las principales

diferencias entre los circuitos es la presión eléctrica o el voltaje presente en

la línea. Las unidades turbo generadoras, por ejemplo, típicamente generan

electricidad entre 11.000 y 25.000 voltios.

Este voltaje es elevado en un transformador ubicado en el patio de

distribución de la estación. Desde la fuente generadora, líneas de potencia

de larga distancia llevan la electricidad con voltajes entre 70.000 y 700.000

voltios a través del país hasta subestaciones ubicadas cerca del área en

donde se utilizara la energía.