Explorando la Electricidad y el Magnetismo: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones

1. Experimento de Oersted: Campo Magnético y Corriente Eléctrica

El experimento de Oersted consiste en acercar una brújula a un cable por el cual circula una corriente eléctrica y observar que la aguja de la brújula se orienta de una manera particular. Esto demostró que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un campo magnético en su entorno. En el caso de un alambre recto, este campo resulta directamente proporcional a la intensidad de corriente que lo atraviesa e inversamente proporcional a la distancia al conductor.

2. Ley de Inducción Electromagnética de Faraday

La ley de Faraday establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con la que cambia el flujo magnético que atraviesa una superficie delimitada por dicho circuito.

3. Funcionamiento de un Motor de Corriente Continua (CC)

Un motor de corriente continua (CC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, generando un movimiento rotatorio gracias a la acción de un campo magnético.

Según la ley de fuerza de Lorentz (o ley de fuerza simplificada), cuando un conductor por el que circula una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor experimenta una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la dirección de la corriente. Es importante recordar que para determinar el sentido de la fuerza en un motor se utiliza la regla de la mano izquierda de Fleming, mientras que para un generador se aplica la regla de la mano derecha.

4. La Dinamo: Generación de Corriente Continua

La corriente se genera en una dinamo cuando el campo magnético creado por un imán o un electroimán fijo (el inductor) atraviesa una bobina (el inducido) colocada en su centro. La corriente inducida en esta bobina giratoria, que es inicialmente alterna, se transforma en corriente continua mediante la acción de un conmutador giratorio, solidario con el inducido, denominado colector. Este colector está constituido por segmentos metálicos llamados delgas. Desde el colector, la corriente es conducida al exterior a través de contactos fijos llamados escobillas, que conectan por frotamiento con las delgas.

5. Ley de Ohm: Magnitudes y Unidades (V=I·R)

La Ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica (I) que circula por un circuito es directamente proporcional al voltaje (V) aplicado e inversamente proporcional a la resistencia (R) que los conductores y receptores del circuito ofrecen al paso de la corriente eléctrica.

Intensidad (I)

Se define como la cantidad de carga eléctrica (electrones) que circula por un conductor en un tiempo determinado. Su unidad de medida es el Amperio (A).

Voltaje (V) o Tensión

Es la diferencia de potencial eléctrico o la energía por unidad de carga entre dos puntos de un circuito (por ejemplo, entre los polos positivo y negativo de un generador). Su unidad de medida es el Voltio (V).

Resistencia (R)

Es la oposición que un material o componente ofrece al paso de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el Ohmio (Ω).

6. Transporte de Potencia Eléctrica a Alto Voltaje (P=V·I)

Las líneas de alta tensión se utilizan para transportar electricidad minimizando las pérdidas de energía y, así, conseguir un mayor rendimiento. El transporte de electricidad se realiza principalmente en corriente alterna (CA) debido a la facilidad para generarla y, sobre todo, para transformar su voltaje. No obstante, existen estudios y aplicaciones de transmisión de corriente continua de alta tensión (HVDC) para mejorar el rendimiento en distancias muy largas o para interconexiones específicas.

7. Funcionamiento de un Transformador Eléctrico

Un transformador es una máquina eléctrica estática de corriente alterna (CA) que permite modificar los valores de voltaje (tensión) e intensidad de corriente, manteniendo la frecuencia y, en un transformador ideal, la potencia.

Para lograrlo, el transformador convierte la energía eléctrica del devanado primario (entrada) en energía magnética en su núcleo, la cual es luego reconvertida en energía eléctrica en el devanado secundario (salida) con los valores de voltaje e intensidad deseados. La importancia de los transformadores es fundamental para el desarrollo de la industria eléctrica, ya que su invención hizo posible el transporte práctico y económico de energía eléctrica a grandes distancias.

8. ¿Por qué un Transformador no Funciona con Corriente Continua (CC)?

Un transformador solo puede funcionar con corriente alterna (CA) porque su principio de operación se basa en la variación del flujo magnético. La corriente alterna genera un campo magnético variable en el tiempo, lo que induce un voltaje en el devanado secundario según la ley de Faraday. La corriente continua (CC), al ser constante, no produce esta variación de flujo magnético necesaria para la inducción.

9. Cálculo de Corriente de Salida en un Transformador Ideal

Fórmula de Potencia:

P = V · I

Datos de Entrada (Primario):

• Voltaje de entrada (V_i) = 100 V
• Corriente de entrada (I_i) = 1 A

Calculamos la potencia de entrada (P_i):

Pi = Vi · Ii = 100 V · 1 A = 100 W

Datos de Salida (Secundario):

• Voltaje de salida (V_s) = 5 V
• Corriente de salida (I_s) = ? A

En un transformador ideal, la potencia de entrada es igual a la potencia de salida (P_i = P_s).

Por lo tanto:

Ps = Vs · Is

100 W = 5 V · Is

Despejamos I_s:

Is = 100 W / 5 V

Is = 20 A

Resultado:

La corriente de salida (I_s) es de 20 Amperios.