INDICE

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1. OBJETIVOS

1.1.Objetivo general………………………………………………………….…..

1.2.Objetivos Específicos………………………………………………..............

2. INTRODUCCION………………………………………………………………….

3. MARCO TEORICO: CORRIENTE ELECTRICA

3.1.Concepto………………………………………………………………...........

3.2.Clases de Corriente eléctrica………………………………………………

3.2.1. Corriente

Continua………………………………………………………………

3.2.1.1. Corriente continua decreciente……………………………

3.2.1.2. Corriente continúa pulsatoria………………………………

3.2.2. Corriente alterna……………………………………………………..

3.2.2.1. Corriente alterna senoidal………………………………….

3.2.2.2. Corriente alterna cuadrada y rectangular………………...

3.2.2.3. Corriente alterna diente de sierra………………………….

3.3.Corriente Alterna frente a Continua……………….…………………….

4. UNIDADES ELECTRICAS: MULTIPLOS Y SUBMULTIPLOS…………….

4.1.Unidad de carga (Q)………………………………………………………

4.2.Unidad de potencial eléctrico (V)……………………………………...…

4.3.Unidad de resistencia eléctrica (Ω)………………………………………

4.4.Unidad de conductancia eléctrica(S)…………………………………....

4.5.Unidad de capacidad eléctrica (F)………………………………….........

4.6.Unidad de flujo magnético (Wb)………………………………...……….

4.7.Unidad de inductividad magnética (H)………………………………….

4.8.Unidad de intensidad de corriente eléctrica (Å)……………………….

5. LEY DE OHM.

5.1.Postulados General de la Ley de Ohm…………………………………

5.2.Concepto……………………………………………………………………

~ 1 ~

6. ESPECTROELECTROMAGNETICO………………………………………

6.1.Utilidades del Electroespectromagnetico……………………………

6.2.Ondas de radio…………………………………………………………..

6.3.Microondas……………………………………………………………….

6.4.Rayos infrarrojos…………………………………………………………

6.5.Luz visible………………………………………………………….…….

6.6.Luz ultravioleta…………………………………………………………..

6.6.1. Aplicaciones……………………………………………………....

6.6.2. Efectos en la salud…………………………………………....….

6.7.Rayos X………………………………………………………….……….

6.7.1. Riesgo en la Salud………………………………………………

6.7.2. Aplicaciones…………………………………………….………..

6.8.Rayos Alfa………………………………………………………………….

6.9.Rayos Beta…………………………………………………………............

6.10. Rayos Gamma………………………………………………….......

6.11. Laser…………………………………………………………………

6.11.1. Aplicaciones…………………………………………….…..

6.12. Efecto fotoeléctrico………………………………………..……….

6.13. Líneas espectrales………………………………………….….….

6.14. Cuerpo negro………………………………………………………

7. TUBO DE RAYOS CATODICOS…………………………………………….

7.1.Cañon eléctrico…………………………………………………………...

7.2.Enfoque magnético………………………………………………………

7.3.Trampa de iones…………………………………………………………

7.4.Problemas de brillo y contraste un tubos de imagen……………….

7.5.Propiedades y efectos de rayos catódicos……………………………

8. Transformadores………………………………………………………

9. CONCLUSIONES……………………………………………………………..

10.RECOMENDACIONES………………………………………………………

BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………....

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~ 3 ~

OBJETIVOS

~ 4 ~

INTRODUCCION

~ 5 ~

MARCO TEORICO CORRIENTE ELECTRICA

Definición.- La Corriente Eléctrica se define como el flujo de cargas eléctricas como

los electrones por unidad de tiempo que atraviesan un área transversal. Acosta A.

(2009). En nuestros hogares la corriente que conocemos, no es otra cosa que la

circulación de cargas eléctricas a través de un circuito eléctrico cerrado.

Fig. 1 Muestra un segmento de un hilo conductor

de corriente en el cual los portadores de cargas se mueven.

Si ∆Q es la carga eléctrica que fluye a través del área transversal A en el tiempo ∆t,

la corriente o intensidad de la corriente I es:

Definición-Corriente eléctrica o Intensidad de Corriente.

Si la tasa a la cual fluye la carga varía en el tiempo, la corriente también varía en el

tiempo, y definimos a la corriente instantánea I como el límite diferencial de la

ecuación:

La unidad de corriente del Sistema Internacional es el Amperio (A).

~ 6 ~

Se toma como sentido de la corriente el flujo de las cargas positivas. Esta

convención fue establecida antes de que se conociera que los electrones libres,

negativamente cargados, son las partículas que realmente se mueven y producen la

corriente en un alambre conductor. Figueroa at él. (2010)

Así pues, los electrones se mueven en sentido opuesto a la corriente convencional.

(En un acelerador que produce un haz de protones, el sentido del movimiento de

estas partículas, cargadas positivamente, es el sentido de la corriente.) Figueroa at

él. (2010)

El movimiento real de los electrones libres de un cable conductor metálico es muy

complicado. Si en el cable no existe campo eléctrico, estos electrones se mueven en

direcciones chocan repetidamente con los iones reticulares del alambre. Como los

vectores velocidad de los electrones están orientados al azar, la velocidad vectorial

media es cero. Cuando se aplica un campo eléctrico, un electrón libre de

experimenta una aceleración debida a la fuerza –eE y adquiere una velocidad

adicional en sentido opuesto al campo.

Sin embargo la energía cinética que adquiera es disipada rápidamente por choques

con los iones fijos del alambre. Durante el tiempo que transcurre entre choques

sucesivos, los electrones adquieren en término medio, una velocidad adicional en el

sentido opuesto al campo. El resultado neto de esta aceleración y disipación de

energía repetidas es q el electrón posee una pequeña velocidad media, llamada

velocidad de desplazamiento o velocidad derivada, opuesta al campo eléctrico.

(FOWER, 1994)

El movimiento de los electrones libres en un metal es semejante al de las moléculas

de un gas, tal como el aire. En el aire en calma, las moléculas de gas se mueven con

velocidades instantáneas grandes entre cada choque, pero la velocidad vectorial

media es cero. Cuando existe una brisa, las moléculas de aire tienen una pequeña

~ 7 ~

velocidad de desplazamiento en la dirección de la brisa, superpuesta a las

velocidades instantáneas, que son mucho mayores. De modo similar, en ausencia de

un campo eléctrico aplicado la velocidad vectorial media del gas de electrones de un

metal es cero, pero cuando se le aplica un campo eléctrico, este gas de electrones

adquiere una pequeña velocidad de desplazamiento.

Consideramos una corriente en un cable conductor de sección transversal A. Sea n

el número de partículas libres portadoras de carga por unidad de volumen. Este

número n suele llamarse densidad numérica de los portadores de carga.

Supongamos que cada partícula transporta una carga que se mueve con una

velocidad de desplazamiento vd. En el tiempo ∆t, todas las partículas contenidas en

el volumen Avd∆t y la carga total es

∆Q= qnAvd∆t

La intensidad de corriente es, por lo tanto,

La ecuación puede utilizarse para calcular la corriente debida al flujo de cualquier

clase de partícula cargada, simplemente sustituyendo la velocidad de

desplazamiento vd por la velocidad media de las partículas de dicha clase

En el tiempo, todas las cargas contenidas en el volumen sombreado pasan a través

de volumen. Si existen n portadores de carga por unidad de volumen, cada una de

carga q, la carga total de este volumen es ∆Q= qnAvd∆t, en donde vdes la velocidad

de desplazamiento de los portadores de carga. (FOWER, 1994)

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA

Hay distintas maneras de generar una corriente eléctrica, en el planeta en si la naturaleza es

una gran portadora de energía, desde la fotosíntesis, las olas, el sol, el aire, etc. El cuerpo

humano también es generador de corriente eléctrica ejemplo de ello son los llamados toques

que se producen cuando se toca algún otro cuerpo que genere electricidad.

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1. Energía solar: La energía solar viene directamente del sol. Esta energía maneja las

estaciones del año y el clima, ayuda prácticamente a toda la vida en la tierra. El calor y

la luz provienen del sol, las fuentes basadas en energía solar tales como, el viento y la fuerza

de las olas, la hidroelectricidad y la biomasa, se suma a la mayoría de las corrientes

disponibles de energía renovable.

Las tecnologías solares modernas nos proveen de calor, luz y electricidad. La potencia del sol

se utiliza como un sinónimo de energía solar o más específicamente se refiere a la conversión

de la luz del sol en electricidad. Esto puede hacerse de dos maneras, a través del efecto

fotovoltaico o por calor transferido a un fluido para producir vapor que manejara un

generador.

2. Celdas fotovoltaicas: Una celda fotovoltaica es un diodo semiconductor especializado que

convierte la luz visible en corriente directa. Algunas celdas fotovoltaicas pueden también

convertir los rayos infrarrojos o la radiación ultravioleta en electricidad las celdas PV son

parte integral de los sistemas de energía solar los cuales están incrementándose de manera

importante como fuentes alternativas de utilidad de energía.

La primera celda PV fue creada de silicón combinado, o contaminado con otros elementos que

afectan la conducta de los electrones o los huecos (la ausencia de electrones en los átomos).

Otros materiales como diselenio de indio y cobre (CIS), teluro de cadmio (CDTE), arseniuro

de galio (GAAS) se han desarrollado para usarse en las celdas PV.

3. Energía eólica: Es la energía obtenida del viento es decir, aquella que se obtiene de la

energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire y así mismo las vibraciones que

el aire produce.

4. Central hidroeléctrica: Es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica

mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada

a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de

máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulica se produce la generación

de energía eléctrica en alternadores.

~ 9 ~

5. Energía mareomotriz: Se debe a las fuerzas de atracción gravitatoria entre la Luna, la

Tierra y el Sol. La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas es decir, la

diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que

resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los

mares.

6. Central termoeléctrica: Una central termoeléctrica es una instalación industrial empleada

para la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor,

normalmente mediante la combustión de algún combustible fósil como petróleo, gas natural o

carbón.

REQUSITOS PARA QUE CIRCULE LA CORRIENTE ELECTRICA

Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de cuatro

factores fundamentales:

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1. Fuente de fuerza electromotriz (FEM).- Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como,

por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner

en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico.

2. Conductor.- Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el

polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia

fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico, generalmente de

cobre.

3. Carga o resistencia conectada al circuito.- Una carga o consumidor conectado al circuito

que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier

dispositivo que para funcionar consuma energía eléctrica como, por ejemplo, una bombilla o

lámpara para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor

(calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo

electrodoméstico o industrial que funcione con corriente eléctrica.

4. Sentido de circulación de la corriente eléctrica.- Cuando las cargas eléctricas circulan

normalmente por un circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el libre flujo de

los electrones, decimos que estamos ante un “circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario,

la circulación de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga

conectada deja de recibir corriente, estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”. Por norma

general todos los circuitos eléctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un

interruptor que se instala en el camino de la corriente eléctrica en el propio circuito con la

finalidad de impedir su paso cuando se acciona manual, eléctrica o electrónicamente.

~ 11 ~

Clases de corriente eléctrica

El tipo de corriente eléctrica nos viene definido por la forma en que circula la

corriente por un conductor y por cantidad de corriente que circula por el mismo en la

unidad de tiempo.

Desde el punto de vista de la mecánica racional una recta cualquiera tiene una sola

dirección y dos sentidos opuestos (el positivo → y el negativo ←). En electricidad del

cambio de sentido se refiere siempre a la dirección marcada por el conductor.

Existen dos clases principales de corriente eléctrica: Corriente eléctrica continúa y

corriente eléctrica alterna, aunque cada una de ellas se subdivide en otras de

acuerdo con la forma de onda (VALLEJO, 2014)

Corriente Continúa

La corriente continua es aquella en la que la electricidad atraviesa los conductores

siempre en el mismo sentido de propagación; el generador que produce tal tipo de

electricidad mantiene los dos polos fijos, un positivo y otro negativo. Proporciona

esta clase de corriente la pilas, los acumuladores y los dinamos. Figueroa et al.

(2010)

Entre los tipos principales de corriente continua que se pueden encontrar está: la

corriente continua constante. En la corriente continua constante, el voltaje

permanece constante durante todo el tiempo en que la tensión es aplicada a un

circuito. (VALLEJO, 2014)

Corriente continua decreciente

~ 12 ~

El voltaje proporcionado por las pilas o baterías no es constante, ya que va

disminuyendo de valor a medida que se agota. Una batería o pila consume su carga

de acuerdo con la intensidad de corriente que tiene que suministrar. (VALLEJO,

2014)

Corriente Continúa Pulsatoria

Es aquella que sin cambiar de sentido, varía continuamente de valor. Son

numerosos los tipos de corriente continua pulsatoria, ya que van de acuerdo con él

funcionamiento y la aplicación. (VALLEJO, 2014)

Corriente alterna

La corriente alterna es aquella que circula por un conductos cambiando regularmente

de sentido a intervalos de tiempo constante; el generador que proporciona este tipo

de electricidad no tiene polos fijos, sino que cambian los polos positivos a negaticos

y viceversa un determinado número de veces por segundo. Figueroa et al. (2010).

Los alteradores son los principales aparatos en producir este tipo de corriente y que

se encuentran en nuestros hogares.

Aunque es cierto que la corriente que se encuentra de una toma es alterna y es la

que se suministra a los electrodomésticos, esta corriente se convierte en continua

para poder ser utilizada en el funcionamiento del televisor, esto se realiza por medio

~ 13 ~

de un rectificador. La corriente alterna es utilizada como tal en elementos que

poseen motores (ventilador, taladro, licuadora, compresores, etc).

En la práctica se encuentran diferentes tipos de corriente alterna, que se pueden

clasificar de acuerdo con la forma de onda. (VALLEJO, 2014)

Corriente alterna senoidal

Es la corriente más importante por sus múltiples aplicaciones. La corriente alterna

senoidal es la generada por las centrales eléctricas para el consumo industrial y

residencial, también es la utilizada por las emisoras y la televisión en calidad de

ondas radioeléctricas. Esta corriente aumenta progresivamente de valor hasta

alcanzar un valor máximo y una vez es alcanzado baja progresivamente de valor

hasta anularse, momento en que cambia de sentido para crecer hasta un valor

máximo en sentido contrario y este proceso se repite por tiempo indefinido.

(VALLEJO, 2014)

Corriente alterna cuadrada y rectangular

En la corriente alterna cuadrada la corriente tiene un valor dado y se mantiene

durante cierto tiempo.

Transcurrido este tiempo cambia instantáneamente de polaridad, es decir, que pasa

de un valor máximo positivo a un valor máximo negativo y así sucesivamente.

(VALLEJO, 2014)

~ 14 ~

Corriente alterna diente de sierra

Esta corriente tiene una variación con respecto a la corriente triangular y es que

entre una y otra los tiempos de subida y bajada, son diferentes.

Corriente alterna frente a continua

La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de

transformación, cualidad de la que carece la corriente continua.

La energía eléctrica viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el

tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de

energía eléctrica depende de la intensidad, podemos, mediante un transformador,

elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción

la intensidad de corriente. Con esto la misma energía puede ser distribuida a largas

distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas por

causa del efecto Joule y otros efectos asociados al paso de corriente tales como la

histéresis o las corrientes de Foucault. Una vez en el punto de consumo o en sus

cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o doméstico

de forma cómoda y segura. (VALLEJO, 2014)

~ 15 ~

UNIDADES ELÉCTRICAS: MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS.

Para ciertas aplicaciones de la electricidad, la unidad básica de cierta magnitud

puede parecer muy grande. Para otras aplicaciones, la misma unidad básica puede

parecer más bien pequeña. Por ejemplo, en dispositivos de estado sólido,

trabajamos con corrientes menores de 0,0000001 amperes (A). En una planta de

reducción de aluminio, estamos trabajando con corrientes menores de 110 000

amperes (A). Aunque estos pueden acortarse al expresarlos en potencias de 10, aun

son expresiones grandes. Además son largas al expresarlas verbalmente. Para

evitar expresiones tan largas, los científicos usan prefijos para indicar unidades que

son menores o mayores que la unidad básica .

Los múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades se forman empleando los

prefijos siguientes: (AGUILAR & SENET, 2002)

CUADRO DE MÚLTIPLOS Y SUBMULTIPLOS

Unidad de carga (Q)

Definición de culombio: Es la cantidad de electricidad tansportada en 1

segundo por una corriente de 1 amperio. (SENNER & SENNER, 1994)

~ 16 ~

Unidad de potencial eléctrico (V)

Definición de voltio: Un ohmio es la resistencia eléctrica que existe entre dos

puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1

voltio aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una

corriente de intensidad 1 amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el

conductor. (SENNER & SENNER, 1994)

Unidad de resistencia eléctrica (Ω)

Definición de voltio: es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de

un alambre conductor por el que circula una corriente constante de 1 ampere,

cuando la potencia disipada entre sus puntos es de 1 watt.

~ 17 ~

Unidad de conductancia eléctrica (S)

Definición de Siemens: Un siemens es la conductancia eléctrica que existe

entre dos puntos de un conductor que tiene un ohmio de resistencia. (SENNER

& SENNER, 1994)

Unidad de capacidad eléctrica (F)

Definición de Faradio: Es la capacitancia de un capacitor entre cuyas placas

aparece

una

diferencia

de

potencial

de 1 volt cuando se carga con una cantidad de electricidad de 1 culombio.

(SENNER & SENNER, 1994)

6 Unidad de flujo magnético (Wb)

Definición de Weber: Es el flujo magnético que, ligado a un circuito de una

vuelta, produce en él una fuerza electromotriz de 1 volt cuando éste se reduce

a cero en un segundo a razón constante.

~ 18 ~

Unidad de inductividad magnética (H)

Definición de Henry: Es la inductancia de un circuito cerrado en el que se

produce una fuerza electromotriz de 1 volt cuando la corriente eléctrica en el

circuito varía uniformemente a razón de 1 ampere por segundo. (SENNER &

SENNER, 1994)

Unidad de intensidad de corriente eléctrica (Å)

Definición de Amperio: Es la intensidad de una corriente eléctrica constante

que, mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita,

de sección circular despreciable y colocados en el vacío a una distancia de un

metro uno de otro, produce entre estos dos conductores una fuerza igual a 2 x

10-7 Newton por metro de longitud. (RODRIGUEZ,1999:100-134),

~ 19 ~

I= V/ R

V= potencial eléctrico en voltios I= intensidad de corriente en amperiosR= resistencia del conductor en ohmios

LEY DE OHM

Postulado general de la ley de ohm

Ley de Ohm

El científico George Simon Ohm (1787- 1854)

al trabajar con la corriente eléctrica descubrió

que existía una relación entre las magnitudes

de tensión, corriente y resistencia

El número de electrones que se desplaza de un

lugar a otro en cambio se mide en amperios.

Está determinado por: la presión o voltaje de la

corriente que se mide en voltios y la resistencia

que ejerce el conductor al paso de la electricidad que se mide en ohmnios. De esta

manera se establece la Ley de Ohm a través de esta fórmula:

~ 20 ~

“La intensidad de corriente es directamente proporcional a la fuerza electromotriz

(potencial eléctrico) e inversamente proporcional a la resistencia en un conductor

metálico y a temperatura constante” (MOSCA, 2006).

Definicion

La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente

proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del

mismo. La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia

de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens

y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que “R” en

esta relación es constante, independientemente de la corriente.

Las cargas se mueven en un conductor para producir una corriente bajo la acción de

un campo eléctrico dentro del conductor. Un campo eléctrico puede existir en el

conductor en este caso debido a que estamos tratando con cargas en movimiento,

una situación no electrostática.

Considere un conductor de área transversal A que conduce una corriente I. La

densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de

área. Puesto que la corriente I=nqvdA, la densidad de corriente es:

Donde J tiene unidades del Sistema Internacional A/m2. La expresión es válida sólo

si la densidad de corriente es uniforme y sólo si la superficie del área de la sección

transversal A es perpendicular a la dirección de la corriente. En general, la densidad

de corriente es una cantidad vectorial:

~ 21 ~

A partir de esta definición, vemos otra vez que la densidad de corriente, al igual que

la corriente, está en la dirección del movimiento de los portadores de carga negativa.

Una densidad de corriente J y un campo eléctrico E se establece en un conductor

cuando se mantiene una diferencia de potencial a través del conductor. Si la

diferencia de potencia es constante, la corriente también lo es. Es muy común que la

densidad de corriente sea proporcional al campo eléctrico.

(27.7)

Donde la constante de proporcionalidad σ recibe el nombre de conductividad del

conductor. Los materiales que obedecen la ecuación 27.7 se dice que cumplan la ley

de Ohm, en honor de Simón Ohm (1787-1854). Más específicamente, la ley de Ohm

establece que en muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la

proporción entre la densidad de corriente y el campo eléctrico es una constante, σ,

que es independiente del campo eléctrico productor de la corriente.

Los materiales que obedecen la ley de Ohm y que, en consecuencia, presentan este

comportamiento lineal entre E y J se dice que son óhmicos. El comportamiento

eléctrico de la mayor parte de los materiales es bastante lineal para pequeños

cambios de la corriente.

Experimentalmente, sin embargo, se encuentra que no todos los materiales tienen

esta propiedad. Los materiales que no obedecen la ley de Ohm se dice que son no

óhmicos. La ley de Ohm no es una ley fundamental de la naturaleza sino más bien

una relación empírica válida sólo para ciertos materiales. (BUECHE, 2001)

~ 22 ~

Una forma de la ley de Ohm útil en aplicaciones prácticas puede obtenerse

considerando un segmento de un alambre recto de área de sección transversal A y

longitud e, como se ve en la figura 27.4. Una diferencia de potencial V =Vb — Va se

mantiene a través del alambre, creando un campo eléctrico en éste y una corriente.

Si el campo eléctrico en el alambre se supone uniforme, la diferencia de potencial se

relaciona con el campo eléctrico por medio de la relación

Por tanto, podemos expresar la magnitud de la densidad de la corriente en el

alambre como

Puesto que J=I/A, la diferencia de potencia puede escribirse

La cantidad / A se denomina la resistencia R del conductor. De acuerdo con la

última expresión, podemos definir la resistencia como la razón entre la diferencia de

potencial a través del conductor y la corriente. (BUECHE, 2001)

~ 23 ~

A partir de este resultado vemos que la resistencia tiene unidades del Sistema

Internacional (SI) de volts por ampere. Un volt por ampere se define como un ohm

(Ω).

Es decir, si una diferencia de potencial de 1V a través de un conductor produce una

corriente de 1ª, la resistencia del conductor es 1Ω. Por ejemplo, si un aparato

eléctrico conectado a una fuente de 120 V conduce una corriente de 6ª, su

resistencia es de 20 Ω.

El inverso de conductividad es resistividad ρ. (SANCHEZ, 2005)

ESPECTRO RADIO - ELÉCTRICO O ELECTROMAGNÉTICO.

Llamamos así a todas las ondas electromagnéticas que existen en el universo o que

han sido descubiertas por el hombre. Organizadas de forma continua según su

longitud, forman un espectro que va desde las ondas más largas (de kilómetros de

longitud) a las más cortas (millonésima de milímetro). En función de dicha longitud y

consecuentemente su frecuencia- las ondas electromagnéticas pueden ser

detectadas por distintos procesos en los que la electrónica juega un papel

fundamental. Así, por ejemplo, las ondas más largas estimulan receptores de radio o

de televisión (Ondas de Radio), mientras que las más cortas, son las llamadas

Ondas Gamma. (del CURA, PEDRAZA, & GALLETE, 2009)

~ 24 ~

Las cargas eléctricas estacionarias producen campos eléctricos, las cargas eléctricas

en movimiento producen campos eléctricos y magnéticos. Los cambios cíclicos en

estos campos producen radiación electromagnética, de esta manera la radiación

electromagnética consiste en una oscilación perpendicular de un campo eléctrico y

magnético. La radiación electromagnética transporta energía de un punto a otro, esta

radiación se mueve a la velocidad de la luz (siendo la luz un tipo de radiación

electromagnética).

Las ondas de radiación electromagnética se componen de crestas y valles,

convencionalmente las primeras hacia arriba y las segundas hacia abajo.

La distancia entre dos crestas o valles se denomina longitud de onda (λ). La

frecuencia de la onda está determinada por las veces que ella corta la línea de base

en la unidad de tiempo (casi siempre medida en segundos), esta frecuencia es tan

importante que las propiedades de la radiación dependen de ella y está dada en

Hertz. La amplitud de onda está definida por la distancia que separa el pico de la

cresta o valle de la línea de base (A). La energía que transporta la onda es

proporcional al cuadrado de la amplitud. La unidad de medida para expresar

semejantes distancias tan pequeñas es el nanómetro (10 -9 metros).

La luz visible, es decir las ondas electromagnéticas para las cuales el ojo humano

está adaptado, se encuentran entre longitudes de onda entre los 400 nm (violeta) y

700 nm (rojo). Como lo predijeron las ecuaciones de Maxwell existen longitudes de

~ 25 ~

onda por encima y por debajo de estos límites. Estas formas de "luz invisible" se han

encontrado y organizado de acuerdo a sus longitudes en el espectro

electromagnético. (del CURA, PEDRAZA, & GALLETE, 2009)

Utilidades del Electro espectro magnético

Con el espectro electromagnético los astrónomos calculan la distancia de las

estrellas, por la longitud de onda que se refleja por el color, también se puede

conocer por los elementos que están compuestos algunos planetas, cada elemento

se caracteriza por un color determinado en el espectro electromagnético. En física se

utiliza para saber qué tan radiactivo son algunos elementos, y al igual que en

astronomía, por qué elementos están compuestos ciertos sistemas.

En resumen, los espectros electromagnéticos se utilizan en campos como la física,

la astronomía, etc; para detectar la composición de los planetas y su distancia con la

tierra. (del CURA, PEDRAZA, & GALLETE, 2009)

Ondas de Radio

~ 26 ~

El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF,

se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre

unos 3 kHz y unos 300 GHz. El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las

ondas, y corresponde a un ciclo por segundo.1 Las ondas electromagnéticas de esta

región del espectro, se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en

un generador a una antena.

Los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son:

~ 27 ~

NombreAbreviatura

inglesa

Banda IT

UFrecuencias

Longitud de

onda

Inferior a 3 Hz > 100.000 km

Extra baja

frecuenciaELF 1 3-30 Hz

100.000–10.000

km

Super baja

frecuenciaSLF 2 30-300 Hz

10.000–1000

km

Ultra baja

frecuenciaULF 3 300–3000 Hz 1000–100 km

Muy baja

frecuenciaVLF 4 3–30 kHz 100–10 km

Baja frecuencia LF 5 30–300 kHz 10–1 km

Media frecuencia MF 6300–3000

kHz1 km – 100 m

Alta frecuencia HF 7 3–30 MHz 100–10 m

Muy alta

frecuenciaVHF 8 30–300 MHz 10–1 m

Ultra alta

frecuenciaUHF 9

300–3000

MHz1 m – 100 mm

Super alta

frecuenciaSHF 10 3-30 GHz 100-10 mm

Extra alta

frecuenciaEHF 11 30-300 GHz 10–1 mm

~ 28 ~

Frecuencias extremadamente bajas: Este rango es equivalente a aquellas

frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de

percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe

ondas sonoras, no electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía

para poder hacer una mejor comparación.

Frecuencias super bajas: En este rango se incluyen las ondas

electromagnéticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe

el oído humano típico.

Frecuencias ultra bajas: Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora

normal para la mayor parte de la voz humana.

Frecuencias muy bajas: El intervalo de VLF es usado típicamente en

comunicaciones gubernamentales y militares.

Frecuencias bajas: Los principales servicios de comunicaciones que trabajan

en este rango están la navegación aeronáutica y marina.

Frecuencias medias: Las ondas más importantes en este rango son las de

radiodifusión de AM (530 a 1605 kHz).

Frecuencias altas: A estas se les conoce también como "onda corta". Es en

este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones

como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y militares. Las

comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil también ocurren

en esta parte del espectro.

Frecuencias muy altas. Es un rango popular usado para muchos servicios,

como la radio móvil, comunicaciones marinas y aeronáuticas, transmisión de

radio en FM y los canales de televisión

Frecuencias ultra altas: incluye los canales de televisión de UHF, se usan

también en servicios móviles de comunicación en tierra, en servicios de

telefonía celular y en comunicaciones militares.

~ 29 ~

Frecuencias super altas: Son ampliamente utilizadas para comunicaciones vía

satélite y radioenlaces terrestres. Además, pretenden utilizarse en

comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos a muy corto alcance

mediante UWB. También son utilizadas con fines militares, por ejemplo en

radares basados en UWB.

Frecuencias extremadamente altas: Los equipos usados para transmitir y

recibir estas señales son más complejos y costosos, por lo que no están muy

difundidos aún.

Utilidades de las ondas de radio

Radiocomunicaciones

Radio astronomía

Radar

Resonancia magnética nuclear

Calentamiento

Fuerza mecánica

Metalurgia: Templado de metales, soldaduras

Industria alimentaria: Esterilización de alimentos

Medicina: Implante coclear, diatermia

~ 30 ~

MICROONDAS

Las microondas son ondas lo suficientemente cortas como para emplear guías de

ondas metálicas tubulares de diámetro razonable.

La energía de microondas se produce con tubos klistrón y tubos magnetrón, y con

diodos de estado sólido como los dispositivos Gunn e IMPATT. Las microondas son

absorbidas por la moléculas que tienen un momento dipolar en líquidos. En un horno

microondas, este efecto se usa para calentar la comida. La radiación de microondas

de baja intensidad se utiliza en Wi-Fi.

Cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son

llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el

rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como

múltiples dispositivos de transmisión de datos, radares y hornos microondas.

(RODRIGUEZ & VIRGOS, 2004)

Aplicaciones de microondas

Aeronáutica:- tripulación de aviones, lanzamiento de misiles

Comunicaciones: televisión, telemetría, sistema satelital, radionavegación

Medicina: diatermia

Uso doméstico: hornos y calentadores

~ 31 ~

Investigación: meteorología, física nuclear (OMS,1984:45)

RAYOS INFRAROJOS

La radiación infrarroja, o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética y

térmica, de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las

microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor

que las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los

1000 micrómetros. La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya

temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero

absoluto).

Los infrarrojos son clasificados, de acuerdo a su longitud de onda, de este modo:

Infrarrojo cercano (de 800 nm a 2500 nm)

Infrarrojo medio (de 2.5 µm a 50 µm)

Infrarrojo lejano (de 50 µm a 1000 µm)

~ 32 ~

Usos de los rayos infrarrojos

Los infrarrojos se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad de luz

visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y después se

refleja en una pantalla. Los objetos más calientes se convierten en los más

luminosos.

Los infrarrojos también se utilizan para comunicar a corta distancia los ordenadores

con sus periféricos. Otra de las muchas aplicaciones de la radiación infrarroja es la

del uso de equipos emisores de infrarrojo en el sector industrial. En este sector las

aplicaciones ocupan una extensa lista pero se puede destacar su uso en

aplicaciones como el secado de pinturas o barnices, secado de papel, termofijación

de plásticos, precalentamiento de soldaduras, curvatura, templado y laminado del

vidrio, entre otras. Generalmente, cuando se habla de equipos emisores de

infrarrojo, se distinguen cuatro tipos en función de la longitud de onda que utilicen:

Emisores de infrarrojo de onda corta.

Emisores de infrarrojo de onda media rápida

Emisores de infrarrojo de onda media

Emisores de infrarrojo de onda larga

~ 33 ~

LUZ VISIBLE

Se le llama un espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo

humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de

longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos

en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde

400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes

de onda desde 380 a 780 nm.

Probablemente, no es una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las

longitudes de onda que emite el sol con más fuerza. La luz visible (y la luz del

infrarrojo cercano) es normalmente absorbida y emitida por los electrones en las

moléculas y los átomos que se mueven de un nivel de energía a otro. La unidad

usual para expresar las longitudes de onda es el Angstrom. (RODRIGUEZ &

VIRGOS, 2004)

~ 34 ~

La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas de luz

pueden modularse y transmitirse a través de fibras ópticas, lo cual representa una

ventaja pues con su alta frecuencia es capaz de llevar más información. Por otro

lado, las ondas de luz pueden transmitirse en el espacio libre, usando un haz visible

de láser. En la mayoría de las longitudes de onda, sin embargo, la información

transportada por la radiación electromagnética no es detectada directamente por los

sentidos humanos. Las fuentes naturales producen radiación electromagnética en el

espectro, y nuestra tecnología también se puede manipular una amplia gama de

longitudes de onda. La fibra óptica transmite luz que, aunque no es adecuado para la

visión directa, puede llevar los datos que se puede traducir en sonido o una imagen.

La codificación utilizada en estos datos es similar a la utilizada con las ondas de

radio. (RODRIGUEZ & VIRGOS, 2004)

LUZ ULTRAVIOLETA

Se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a la radiación electromagnética

cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los 400 nm (4x10-7

m) y los 15 nm (1,5x10-8 m). Su nombre proviene de que su rango empieza desde

longitudes de onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color

violeta. Esta radiación puede ser producida por los rayos solares y produce varios

efectos en la salud

Aplicaciones

Esterilización, junto con los rayos infrarrojos (pueden eliminar toda clase de

bacterias y virus sin dejar residuos, a diferencia de los productos químicos).

Lámparas fluorescentes. La exposición sin protección de la piel y ojos a

lámparas de mercurio que no tienen un fósforo de conversión es sumamente

peligrosa.

Luz ultravioleta. La luz ultravioleta también es conocida coloquialmente como

luz negra.

La radiación ultravioleta, al iluminar ciertos materiales, se hace visible debido al

fenómeno denominado fluorescencia. Este método es usado comúnmente para

~ 35 ~

autenticar antigüedades y billetes, pues es un método de examen no invasivo y no

destructivo.

Control de plagas. Las trampas de moscas ultravioleta se usan para eliminar

pequeños insectos voladores.

Dichas criaturas son atraídas a la luz UV para luego ser eliminadas por una

descarga eléctrica o atrapada después de tocar la trampa.

Espectrofotometría. La espectrometría UV/VIS (de luz ultravioleta y visible) es

ampliamente usada en química analítica.

Efectos en la salud

La radiación UV-B es parcialmente absorbida por el ozono y sólo llega a la superficie de la tierra en un porcentaje mínimo. Entre los daños que los rayos ultravioleta pueden provocar se incluyen el cáncer de piel, envejecimiento de ésta, irritación, arrugas, manchas o pérdida de elasticidad. También pueden desencadenar lupus eritematoso sistémico. La radiación UV es altamente mutagénica, es decir, que induce a mutaciones. En el ADN provoca daño al formar dímeros de pirimidinas (generalmente dímeros de timina) que acortan la distancia normal del enlace, generando una deformación de la cadena.

~ 36 ~

El índice UV también señala la capacidad de la radiación UV solar de producir

lesiones en la piel. Ya que el índice y su representación variaban

dependiendo del lugar, la Organización Mundial de la Salud junto con la

Organización Meteorológica Mundial, el Programa de las Naciones Unidas

para el Medio Ambiente y la Comisión Internacional de Protección contra la

Radiación no Ionizante publican un sistema estándar de medición del índice

UV y una forma de presentarlo al público incluyendo un código de colores

asociado. (SALUD, 1984)

RAYOS X

La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible,

capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas.

Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la

imagen radiográfica directamente en una computadora (ordenador) sin

necesidad de imprimirla. La longitud de onda está entre 10 a 0,01

nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz

(de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).

Riesgos para la salud

~ 37 ~

La exposición a cantidades masivas puede producir daños graves. Por lo

tanto, es aconsejable no exponerse a más radiación ionizante que la

necesaria. La exposición a cantidades altas de rayos X puede producir efectos

tales como quemaduras en la piel, caída del cabello, defectos de nacimiento,

cáncer, retraso mental y la muerte.

Aplicaciones

Médicas. Los rayos X son especialmente útiles en la detección de

enfermedades del esqueleto, aunque también se utilizan para diagnosticar

enfermedades de los tejidos blandos, como la neumonía, cáncer de pulmón,

edema pulmonar, abscesos.

Otras. Los rayos X pueden ser utilizados para explorar la estructura de la

materia cristalina mediante experimentos de difracción de rayos X por ser su

longitud de onda similar a la distancia entre los átomos de la red cristalina.

También puede utilizarse para determinar defectos en componentes técnicos,

como tuberías, turbinas, motores, paredes, vigas, y en general casi cualquier

elemento estructural. (SALUD, 1984)

RAYOS ALFA (α)

Son núcleos completamente ionizados, es decir, sin su envoltura de electrones

correspondiente, de helio-4 (4He). Estos núcleos están formados por dos protones y

dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva (+2qe),

mientras que su masa es de 4 uma.

Su capacidad de penetración es pequeña; en la atmósfera pierden rápidamente su

energía cinética, porque interaccionan fuertemente con otras moléculas debido a su

gran masa y carga eléctrica, generando una cantidad considerable de iones por

centímetro de longitud recorrida. En general no pueden atravesar espesores de

varias hojas de papel. Van a una velocidad de 16mil y 32mil km/s. (RODRIGUEZ &

VIRGOS, 2004)

~ 38 ~

RAYOS BETA (β)

Es un electrón que sale despedido de un suceso radiactivo. Por la ley de Fajans, si

un átomo emite una partícula beta, su carga eléctrica aumenta en una unidad

positiva y el número de masa no varía. Ello es debido a que la masa del electrón es

despreciable frente a la masa total del átomo. En cambio, al ser emitida una carga

negativa, el átomo queda con una carga positiva más, para compensar el total de la

carga eléctrica, con lo cual el número de electrones disminuye. Este proceso es

debido a la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón (desintegración

beta).Estas partículas van a una velocidad de 160mil km/s.

RAYOS GAMMA (γ)

Es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida

generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la

aniquilación de un par positrón-electrón.

Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos

astrofísicos de gran violencia. Debido a las altas energías que poseen, los rayos

gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia

más profundamente que la radiación alfa o beta.

Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que

son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. Estos Rayos van a una

Velocidad de 320km/s. (RODRIGUEZ & VIRGOS, 2004)

~ 39 ~

LASER

Un láser (de la sigla inglesa light amplification by stimulated emission of radiation,

amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza

un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un

haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza

controlados. El rayo láser es un sistema de amplificación de la luz que produce

rayos coincidentes de enorme intensidad, los cuales presentan ondas de igual

frecuencia que siempre están en fase.

Aplicaciones

Medicina: operaciones sin sangre, tratamientos quirúrgicos, ayudas a la

cicatrización de heridas, tratamientos de piedras en el riñón,

operaciones de vista, operaciones odontológicas.

Industria: cortado, guiado de maquinaria y robots de fabricación,

mediciones de distancias precisas mediante láser.

Defensa: Guiado misiles balísticos, alternativa al Radar, cegado a las

tropas enemigas. En el caso del Tactical High Energy Laser se está

empezando a usar el láser como destructor de blancos.

~ 40 ~

Ingeniería civil: guiado de máquinas tuneladoras en túneles, diferentes

aplicaciones en la topografía como mediciones de distancias a lugares

inaccesibles o realización de un modelo digital del terreno (MDT).

Arquitectura: catalogación de patrimonio.

Arqueológico: documentación.

Investigación: espectroscopia, interferometría láser, LIDAR,

distanciometría.

Desarrollos en productos comerciales: impresoras láser, CD, ratones

ópticos, lectores de código de barras, punteros láser, termómetros,

hologramas, aplicaciones en iluminación de espectáculos.

Tratamientos cosméticos y cirugía estética: tratamientos de Acné,

celulitis, tratamiento de las estrías, depilación. (CARVAJAL, 2002)

EFECTO FOTOELECTRICO

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra

de carbono cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética

(luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluyen en el término otros

tipos de interacción entre la luz y la materia:

Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o

en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el

selenio hacia la mitad del siglo XIX.

Efecto fotovoltaico: transformación parcial de la energía luminosa en energía

eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884.

Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.

~ 41 ~

Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que

el efecto fotoeléctrico indica que los fotones luminosos pueden transferir

energía a los electrones. Los rayos X (no se sabía la naturaleza de su

radiación, de ahí la incógnita "X") son la transformación en un fotón de toda o

parte de la energía cinética de un electrón en movimiento. Esto se descubrió

casualmente antes de que se dieran a conocer los trabajos de Planck y

Einstein (aunque no se comprendió entonces). (CANALES, HERNANDEZ, &

PEÑALOSA, 1999)

Efecto fotoeléctrico en la actualidad

El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por

radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto

fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los

detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas.

Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores

utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles

tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas y en electroscopios o

electrómetros. (CARVAJAL, 2002)

LINEAS ESPECTRALES

Los átomos poseen un núcleo el cual tiene la mayor parte de su masa y toda

su carga positiva. Rodeando al núcleo se encuentra un enjambre de

electrones con carga negativa. En estado estable el átomo debe ser neutro,

de esta manera, la carga positiva del núcleo se contrarresta con la carga

negativa de los electrones.

El núcleo está formado por dos tipos de partículas, los protones y los

neutrones unidos por una fuerza llamada fuerza nuclear fuerte. Los protones

tienen toda la carga positiva y el número de ellos da las características

fisicoquímicas al átomo. De cada elemento químico se pueden tener varias

formas o isótopos; en los isótopos el número protones se mantiene constante

pero no el de neutrones. El hidrogeno por ejemplo tiene dos isótopos muy

~ 42 ~

comunes el 1H y el 2H (deuterio) y uno menos común el tritio 3H. El número

que precede al símbolo químico es el número de nucleones (protones y

neutrones) que posee.

Los electrones de un átomo solo pueden encontrase en unas órbitas

permitidas y no en cualquier posición con respecto al núcleo. Ahora bien, un

electrón puede cambiar de una órbita a otra siempre y cuando la de destino

esté desocupada. Al pasar un electrón a una órbita más baja este necesita

emitir energía, la cual libera en forma de paquete o cuánto. Para pasar a una

órbita más alta requiere absorber energía también en forma de cuanto de luz.

El cuanto de luz emitido o absorbido es específico para cada órbita de cada

átomo específico. De esta manera al estudiar la energía electromagnética

emitida o absorbida por un átomo se puede determinar qué tipo de átomo es.

Cuando se tiene un material excitado como por ejemplo un gas calentado por

la luz estelar, una gran multitud de sus átomos puede estar sufriendo cambios

en la órbita de sus electrones y por este motivo se presenta gran cantidad de

absorción y/o emisión de cuantos de energía. El estudio de estos fotones dan

las "huellas" de identificación de los átomos presentes en el gas.

Al analizar el espectro proveniente de la luz de un gas o estrella se pueden

apreciar "huecos" en el espectro estudiado (líneas espectrales de absorción),

corresponden a las longitudes de onda absorbidas por el átomo. Igualmente al

estudiar material incandescente podremos ver espectros con líneas

característicamente brillantes a las que se denominan líneas de emisión. Las

moléculas también emiten y absorben radiación en longitudes características,

una de las más utilizadas en astronomía es la emisión de 21 cm de las

moléculas de hidrogeno. (CARVAJAL, 2002)

~ 43 ~

CUERPO NEGRO

Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética por el simple hecho de

tener cierta temperatura. Para estudiar la liberación de energía por cuerpos

calientes se debe considerar un objeto especial de características ideales en

el cual toda la luz que absorba no se refleje; a tal objeto se le denomina

cuerpo negro.

Estos cuerpos negros emiten energía y lo hace según un espectro

característico, durante muchos años no se logró explicar la radiación de

energía de un cuerpo negro hasta que Max Plank en 1900 lo hizo suponiendo

que la energía se liberaba en paquetes o cuantos. La emisión de energía por

parte de las estrella semeja mucho a la de un cuerpo negro (salvo por las

líneas de absorción y emisión).

Cuando un objeto emite radiación de manera similar a un cuerpo negro se

puede asegurar que esta energía es de tipo térmico; existe sin embargo otro

tipo de energía electromagnética de tipo no térmico a la cual se le conoce

como radiación sincrotón.

Está es producida por partículas cargadas, casi siempre electrones, que giran

alrededor de líneas de campo magnético y emiten radiación. La liberación de

energía sincrotón tiene como característica que se emite en longitudes de

onda muy pequeñas en el rango de los rayos X y Gamma.

Cuando existen líneas espectrales, estas líneas tiene cambios característicos,

en presencia de campos magnéticos muy fuertes; las líneas espectrales se

~ 44 ~

desdoblan en parejas con una distancia entre ellas relacionada a la magnitud

del campo, a este fenómeno se le conoce como fenómeno de Zeemany fue

descubierto a estudiar las propiedades espectrales de las manchas solares.

(CARVAJAL, 2002)

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS

El tubo de rayos catódicos (TRC o CRT) es una válvula o tubo electrónico en el que

un haz de electrones se enfoca sobre un área pequeña de una superficie emisora de

luz que constituye la pantalla y cuya intensidad y posición sobre ella pueden

variarse. Originalmente se conoció como “tubo de Braun”1. El tubo de rayos

catódicos tiene su origen en el “tubo de Crookes”2, una forma primitiva desde un

tubo de descarga de baja presión, cuyo cátodo era un disco plano de aluminio en un

extremo del tubo y el ánodo un alambre en uno de los lados del tubo, fuera de la

zona del haz electrónico. El tubo se utilizó para estudiar los rayos catódicos.

(CANALES, HERNANDEZ, & PEÑALOSA, 1999)

El tubo de rayos catódicos (CRT, del inglés CathodeRayTube) es una tecnología que

permite visualizar imágenes mediante un haz de rayos catódicos constante dirigido

contra una pantalla de vidrio recubierta de fósforo y plomo. El fósforo permite

reproducir la imagen proveniente del haz de rayos catódicos, mientras que el plomo

bloquea los rayos X para proteger al usuario de sus radiaciones. Fue desarrollado

por William Crookes en 1875. Se emplea principalmente en monitores, televisores y

osciloscopios, aunque en la actualidad se está sustituyendo paulatinamente por

tecnologías como plasma, LCD, LED o DLP.

Orígenes

El tubo de rayos catódicos, o CRT, fue inventado en 1897 por Ferdinand Braun, un

científico alemán, pero no se utilizó hasta la creación de los primeros televisores a

finales de la década de 1940. El primer televisor fue creado el 26 de enero de 1926

por John Logie Baird. A pesar de que los CRT que se utilizan en los monitores

~ 45 ~

modernos tuvieron muchas modificaciones que les permitieron mejorar la calidad de

la imagen, siguen utilizando los mismos principios básicos.

La primera versión del tubo catódico fue un diodo de cátodo frío, en realidad una

modificación del tubo de Crookes con una capa de fósforo sobre el frontal. A este

tubo se le llama a veces tubo Braun. La primera versión que utilizaba un cátodo

caliente fue desarrollada por J. B. Johnson y H. W. Weinhart de la sociedad Western

Electric. Este producto se comercializó en 1922.

En televisión, el tubo de rayos catódicos se designa frecuentemente como tubo de

imagen o simplemente como pantalla y tiene características particulares para esta

aplicación, distintas a las de los tubos de rayos catódicos utilizados en los

osciloscopios, en particular su forma, dimensiones y método de deflexión del haz

electrónico.

En el tubo de rayos catódicos, un cañón electrónico produce y confina un haz de

electrones que envía hacia una pantalla recubierta de material luminiscente, de

forma que cuando los electrones chocan contra ella emite luz cuya intensidad o

brillo, es proporcional a la cantidad y velocidad delos electrones incidentes. En otras

palabras, la energía cinética del haz electrónico se transfiere al material de la

pantalla convirtiéndose en energía luminosa. Entre el cañón electrónico y la pantalla

se tiene un sistema deflector constituido por bobinas colocadas en el exterior del

tubo, para desviar el haz electrónico horizontal y verticalmente. A diferencia del

sistema de deflexión magnética usado en televisión, los osciloscopios emplean

deflexión electrostática, desviando el haz electrónico mediante plazas horizontales y

verticales colocadas en el interior del tubo. El brillo puede variarse, si se varía la

densidad del haz electrónico mediante una rejilla de control, cuya acción es similar a

la que se tiene en un tríodo u otras válvulas como el tetrodo o el pentodo.

(CANALES, HERNANDEZ, & PEÑALOSA, 1999)

En el caso de televisión monocromática, la pantalla está recubierta de un tipo de

material homogéneo que emite luz de un solo color. Los tubos de imagen para

televisión en color funcionan bajo el mismo principio, excepto que la pantalla está

~ 46 ~

recubierta de diferentes tipos de material fosforescente que emite luz de diferentes

colores al recibir el impacto del haz electrónico y están distribuidos sobre la

superficie pantalla en forma de pequeños puntos contiguos. Los colores

corresponden a los primarios utilizados en televisión, es decir, rojos, verdes y azules.

Puede decirse que un tubo de imagen de color está constituido por tres tubos

monocromáticos en una misma ampolla de vidrio; así, en un tubo de color el cañón

electrónico está formado de hecho, por tres cañones individuales que producen tres

haces electrónicos de modo que cada uno de éstos impacta sobre el material

fosforescente de cada uno de los colores primarios. Cuando sobre los tres puntos

fosforescentes contiguos de diferentes colores, inciden los tres haces electrónicos

con la misma intensidad, la pantalla emite luz blanca y las diversas mezclas de

colores se consiguen variando la intensidad de los correspondientes haces

electrónicos que inciden sobre cada punto de un color particular. La intensidad o

brillo se controla variando el número de electrones en los haces electrónicos

respectivos. Para asegurar que cada haz electrónico incide sobre un punto de un

color particular se emplean varias técnicas. Una de ellas consiste en colocar una

máscara perforada, designada también como máscara de apertura o máscara de

sombra, inmediatamente antes de la superficie de la pantalla, de forma tal que las

perforaciones queden alineadas con las triadas de puntos cromáticos, de forma tal

que cada haz electrónico pueda “ver” solamente el punto correspondiente a su color.

(PEREZ, 1994)

Cañón electrónico.

En la figura 1 se ilustra un tubo de rayos catódicos y la posición del cañón

electrónico, en la parte trasera del tubo, opuesta a la pantalla.

~ 47 ~

Pantalla

Cañón electrónico

Fig 1. Tubo de rayos catódicos para televisión.

El cañón electrónico contiene el cátodo emisor, reja de control y electrodos

aceleradores y de enfoque del haz electrónico, designados generalmente como

sistema de lentes electrónicas.

Con la excepción de los cañones electrónicos en los tubos de cámara, casi todos los

cañones empleados en televisión se basan en el principio de dos lentes consistentes

en una fuente de electrones termoiónicos, una primera lente, generalmente

electrostática y una segunda lente que puede ser electrostática, magnética o una

combinación de ambas3.

En la primera lente se encuentra el cátodo, la reja de control y el primer ánodo. El

cátodo es de caldeo indirecto y tiene la forma mostrada en la figura 2. En el interior

de un manguito cilíndrico de níquel se encuentra el filamento calefactor y el cátodo,

es decir la superficie emisora propiamente dicha, en un disco sobre la cara plana del

cilindro en dirección a la pantalla. (AGUILAR & SENET, 2002)

Cilindro de níquel

~ 48 ~

Area emisora

Filamento calefactor

Fig. 2. Estructura del cátodo en un tubo de rayos catódicos.

La reja de control no es de la forma habitual que se encuentra en los triodos u otras

válvulas de vacío. En este caso es un cilindro metálico, con un pequeño orificio a

través del que pueden pasar los electrones. Esta configuración ayuda a reducir el

área efectiva del cátodo a la vez que permite la configuración del haz electrónico en

esa zona, como consecuencia del campo eléctrico entre la reja y el cátodo. A

continuación de la reja y separada de ésta por un pequeño espacio, se localiza el

primer ánodo en el que mediante paredes cuidadosamente ajustadas se controla y

configura el haz electrónico hacia la pantalla. La estructura de la primera lente así

configurada se muestra esquemáticamente en la figura 3.

Reja de control

cilíndrica Cilindro del primer

ánodo acelerador

Pared metálica

Cátodo

con ventana

Haz

electrónic

o

~ 49 ~

Campo electrostático

Fig. 3. Estructura esquemática de la primera lente

En ausencia de campos eléctricos, los electrones abandonan el cátodo con baja

velocidad y forman una nube electrónica o carga de espacio en la zona entre el

cátodo y la reja. Esta carga de espacio actúa como repulsor para los nuevos

electrones emitidos por el cátodo y se alcanza una condición de equilibrio. Si se

aplica un voltaje positivo, relativamente elevado, al primer ánodo, se establece un

campo eléctrico en el espacio a su alrededor que arrastra a los electrones a través

del orificio en el cilindro de la reja de control, conformándose un haz electrónico de

sección circular y en la forma aproximada que se indica en la figura 3. La curvatura

longitudinal de los bordes del haz está determinada por la distancia entre el primer

ánodo y la reja de control, así como por el voltaje de este último. Los electrones del

haz convergen en un punto en el interior del cilindro de la primera lente y luego

nuevamente se separan. Este punto, situado en el eje del cañón electrónico y del

tubo de rayos catódicos se designa como punto de cruce y puede considerarse que

actúa como un cátodo virtual de muy pequeñas dimensiones4. La cantidad de

electrones que pasan hacia el primer ánodo depende del voltaje aplicado a la reja de

control que, si es suficientemente negativo, impedirá el paso de cualquier electrón

hacia la pantalla. La perforación o ventana en el primer ánodo sirve para conformar

el haz electrónico, junto con la segunda lente, en la región entre estas y la pantalla, a

fin de que nuevamente converja en un punto sobre la pantalla.

La posición del punto de cruce puede variar como consecuencia de los voltajes del

primer ánodo y de la reja de control, así como de la densidad del haz electrónico en

la zona del primer ánodo y tiene efectos sobre el enfoque del haz en la pantalla. Una

forma de ajustar el enfoque de la imagen es, por consecuencia, variar el voltaje del

primer ánodo.

La segunda lente está constituida también por un cilindro metálico de diámetro algo

mayor que la primera y separada de ésta, en la forma que se ilustra en la figura 4. Su

función es la de extraer los electrones del punto de cruce o cátodo virtual, acelerarlos

~ 50 ~

y enfocarlos sobre la pantalla. El voltaje aplicado al segundo ánodo es positivo

respecto al cátodo y mayor que el del primer ánodo.

Los electrones que emergen del primer ánodo no viajan todos paralelos al eje del

tubo y el haz tiende a ser divergente. Aun cuando el ángulo de divergencia sea

pequeño, el rastro sobre la pantalla no sería un punto y la imagen resultaría

desenfocada. El campo producido por el potencial aplicado al segundo ánodo obliga

nuevamente a los electrones a converger en un nuevo punto de cruce, ahora mucho

más lejano y sobre la pantalla del tubo de rayos catódicos.

Segundo ánodo

Primer ánodo

Líneas

equipoten

ciales

Haz electrónico

Fig. 4. Sistema de la segunda lente

El funcionamiento de la segunda lente depende de los diferentes potenciales

aplicados al primero y segundo ánodos y de la distribución del campo eléctrico

resultante. En la figura 4 se muestran las líneas equipotenciales para esta lente y es

conveniente hacer notar que su curvatura cambia en la intersección de los dos

ánodos. Del lado izquierdo son convexas respecto al haz electrónico incidente, en

tanto que a la derecha de la intersección son curvas, con lo que se producen efectos

opuestos sobre el haz. La configuración de las líneas, o más propiamente,

superficies equipotenciales en la zona del segundo ánodo es hacer converger

nuevamente a los electrones del haz. La relación entre los voltajes del primero y

segundo ánodo, así como el tamaño de los respectivos cilindros y la relación entre

~ 51 ~

sus diámetros es la que determina la curvatura y distribución de las líneas de fuerza

y de las superficies equipotenciales. El voltaje del segundo ánodo respecto al

primero se sitúa en una relación que va de 3:1 a 6:1 (RODRIGUEZ & VIRGOS, 2004)

Enfoque magnético

En las secciones anteriores se trató el papel que desempeñan el primero y segundo

ánodos en el enfoque del haz electrónico sobre la superficie de la pantalla. Sin

embargo, el ajuste del punto de cruce en el interior del primer ánodo no suele ser

suficiente para evitar la dispersión de una parte de los electrones fuera del haz,

dando como resultado o bien un enfoque pobre, o una disminución de la intensidad

luminosa de la pantalla. Para mejorar la convergencia del haz sobre la pantalla se

utilizan imanes fijos o bobinas de enfoque alimentadas con corriente continua y

colocada en el exterior del cañón electrónico, adelante del primer ánodo en dirección

a la pantalla.

La función de la primera lente se mantiene esencialmente igual a como se describió

en las secciones anteriores, haciendo converger los electrones en el punto de cruce.

A partir de este punto, la sección transversal del haz vuelve a ensancharse y los

electrones divergen del eje del tubo. Es entonces cuando el campo magnético

producido por las bobinas de enfoque o los imanes permanentes juega un papel

importante para mantener el haz colimado y por tanto, puede decirse que el sistema

de enfoque forma parte de la segunda lente.

El campo magnético producido por el sistema externo de enfoque, es paralelo al eje

del tubo, de modo que los electrones que emergen del punto de cruce o cátodo

virtual viajen paralelamente al eje del tubo, el campo externo no interfiere con ellos.

Sin embargo, los electrones con trayectorias divergentes al eje entran al campo con

trayectorias oblicuas y son sometidos a una fuerza que los hace seguir una

trayectoria helicoidal, cuyo diámetro y paso dependen básicamente de la velocidad

de los electrones y de la intensidad del campo magnético. La fuerza circular a que se

ven sometidos los electrones les obliga a moverse alrededor del eje del tubo en

dirección a la pantalla. Ajustando adecuadamente la intensidad del campo

magnético, es posible hacer que los electrones dispersos vuelvan al eje del tubo

~ 52 ~

precisamente en la superficie de la pantalla, convergiendo con el centro del haz.

Cuando se usan imanes fijos, se colocan sobre un anillo en el exterior del cañón

electrónico. Suelen 0usarse tres o cuatro imanes aquí espaciados sobre el anillo, en

el primer caso a 120º y a 90º en el segundo. (RODRIGUEZ & VIRGOS, 2004)

Trampa de iones.

Un aspecto de importancia considerable en los tubos de rayos catódicos es el de

impedir que los iones producidos en el interior del tubo, ya sea por el vacío

imperfecto de la ampolla de vidrio, o porque los metales en el interior liberan iones,

alcancen la pantalla. Los iones negativos, al tener la misma carga que los electrones

son acelerados igual que éstos hacia la pantalla, sin embargo, al ser

considerablemente más pesados que los electrones, pueden destruir el

recubrimiento de aquélla. En el caso particular de la deflexión magnética, los iones

pesados no sufren la misma deflexión que los electrones y tienden a chocar en el

centro de la pantalla destruyendo el material foto emisivo de ésta y dando como

resultado un punto negro incapaz de emitir luz.

La producción de iones en el tubo de rayos catódicos es inevitable, pero pueden

emplearse técnicas que impidan que estos iones lleguen a la pantalla. Una de estas

técnicas utiliza cañones inclinados, como se muestra en la figura 5.

Segundo Anodo

Cátodo

Haz

electróni

co

Reja de control

~ 53 ~

Iones

Fig. 5. Trampa de iones con cañón inclinado.

En esta técnica, el cátodo está inclinado respecto al eje del tubo y tanto los iones

como los electrones viajarán en trayectorias rectas. Sin embargo el campo eléctrico

que produce el segundo ánodo, hace que los electrones, más ligeros, modifiquen su

trayectoria en la dirección deseada del haz, en tanto que los iones, más pesados no

se desvían con la misma rapidez y chocan con el cilindro metálico del segundo

ánodo siendo absorbidos por éste y evitando que alcancen la pantalla. Para reforzar

este efecto, suele colocarse un imán externo cuya función es desviar, tanto los

electrones como los iones. Sin embargo, debido a la mayor masa de éstos la

desviación es menor y terminan chocando contra el metal del segundo ánodo.

(RODRIGUEZ & VIRGOS, 2004)

Fig. 6. Trampa con corte diagonal en el cañón electrónico.

Otra técnica para desviar los iones e impedir que lleguen a la pantalla, es que

emplea cortes diagonales en el primero y segundo ánodos como se muestra en la

figura 6. En esta caso, el campo eléctrico producido entre el primero y el segundo

ánodos desvía el haz que contiene tanto electrones como iones más pesados. El

efecto es similar al descrito para el caso anterior, nuevamente con la ayuda de un

campo magnético externo. (RODRIGUEZ & VIRGOS, 2004)

Las técnicas anteriores estuvieron en uso mucho tiempo. Sin embargo, actualmente

~ 54 ~

la mayoría de los tubos de imagen utilizan otro procedimiento para impedir que los

iones alcancen la pantalla, que consiste en colocar en el interior de ésta una película

de aluminio extremadamente delgada, de tal forma que permite el paso de los

electrones, pero impide el de los iones, al mismo tiempo que impide que la luz

emitida por el material luminiscente de la pantalla se refleje al interior del tubo,

haciendo que toda la luz se emita hacia el frente. La razón de que los iones queden

atrapados por esta película de aluminio radica en la profundidad de penetración de

una partícula, que obedece la siguiente relación:

δ Km

Ve

Donde δ es la profundidad de penetración, que no debe confundirse con la

relacionada con el efecto pelicular (skin), K es una constante que depende del

material con el que choca la partícula, Ve es la energía de la partícula y V su masa.

Como los iones tienen una masa considerablemente mayor que los electrones, su

profundidad de penetración es menor y quedan atrapados por la película metálica sin

alcanzar el material luminiscente de la pantalla. La tendencia en las últimas décadas

ha sido la de aluminizar todas las pantallas y, en la mayoría de los casos eliminar la

trampa de iones, particularmente en los cañones de corta longitud. (RODRIGUEZ &

VIRGOS, 2004)

Problemas de brillo y contraste en los tubos de imagen5

El principal objetivo en el diseño de un tubo de rayos catódicos para televisión es la

producción de una imagen con buen brillo y elevado contraste. Cuando el haz

electrónico choca contra el lado interior del tubo recubierto de material luminiscente.

La luz emitida se distribuye aproximadamente de la siguiente forma:

~ 55 ~

50% se refleja hacia el interior del tubo.

20% se pierde por reflexión interna en el propio cristal del tubo.

30% se emite hacia la parte frontal donde se sitúa el observador.

Como se aprecia de las cifras aproximadas anteriores, el proceso es muy poco

eficiente ya que sólo la tercera parte de la luz emitida llega al observador y, además,

el contraste se ve degradado a causa de la luz que se refleja de nuevo a la pantalla

después de haber alcanzado otros puntos en el interior del propio tubo. Algunas de

estas causas de interferencia en orden de importancia son la formación de halos o

halación, las reflexiones debidas a la curvatura de la pantalla, las reflexiones en la

propia superficie de la pantalla y las reflexiones procedentes del interior del propio

tubo.

La formación de halos es debida a la dispersión de luz alrededor de los puntos

emisores impactados por el haz electrónico, en forma de anillos alrededor de dichos

puntos. La luz que emite el material luminiscente depositado en el interior del tubo

penetra en el vidrio y se refracta, sufriendo una nueva refracción al pasar del vidrio al

aire, como se ilustra en la figura 7.

Exteri

or

θ

(aire)

Vidr

io

Interior del tubo Material

~ 56 ~

luminiscente

(vacío)

Haz electrónico

incidente sobre la

pantalla

Fig. 7. Reflexiones internas causantes de la formación de halos.

Los rayos luminosos que inciden sobre la superficie vidrio-aire a un ángulo mayor

que θ se reflejan de nuevo al interior y, en cada punto en el que inciden sobre la

superficie de material luminiscente se dispersan, produciendo anillos o halos

alrededor del punto original. Estos halos son de dimensiones muy reducidas y

pueden apreciarse con un lente de aumente suficiente; sin embargo son suficientes

para para producir un cierto resplandor que hace borroso el punto emisor original

sobre el que incide el haz electrónico. Este efecto tiene como consecuencia una

reducción en el máximo detalle del contraste. El contraste es la relación entre el brillo

de dos puntos adyacentes, de modo que si el haz electrónico incide completamente

sobre un punto de la pantalla y se corta en el siguiente (negro), la dispersión

producida por el fenómeno de halación hará que este último no se vea

completamente negro, lo que resulta en pérdida de calidad en los bordes de una

imagen. Con otras palabras, las áreas de una imagen que debieran ser totalmente

obscuras recibirán cierta cantidad de luz reduciéndose la relación de contraste

Las reflexiones debidas a la curvatura de la pantalla se ilustran en la figura 8 y

también dan lugar a reducción del contraste. La solución a este problema es el

empleo de pantallas planas en cuyo desarrollo se ha progresado considerablemente.

(BUECHE, 2001)

~ 57 ~

Punto emisor

Fig. 8. Reflexión debida a la curvatura de la pantalla.

Los rayos luminosos reflejados hacia el interior del tubo representan una pérdida de

energía luminosa en la dirección frontal y, además pueden reflejarse nuevamente por

las paredes del tubo incidiendo sobre la pantalla. Este tipo de reflexión interna puede

reducirse con una geometría adecuada del tubo para reducirlas. Sin embargo, la

técnica más adecuada, ya mencionada en la sección anterior es la de utilizar una

película metálica muy delgada que impida la reflexión hacia el interior y que además,

actúa como trampa de iones. (BLUMENTHAL & BLUMENTHAL, 1973)

Propiedades y efectos de los rayos catódicos

Los rayos catódicos salen del cátodo perpendicularmente a su superficie y en

ausencia de campos eléctricos o magnéticos se propagan rectilíneamente.

Son desviados por un campo eléctrico, desplazándose hacia la parte positiva

del campo.

Producen efectos mecánicos; la prueba de ello es que tienen la capacidad de

mover un molinete de hojas de mica que se interpone en su trayectoria.

Transforman su energía cinética en térmica, elevando la temperatura de los

objetos que se oponen a su paso.

Impresionan placas fotográficas. Excitan la fluorescencia de algunas

sustancias, como pueden ser el vidrio o el sulfuro de Zinc.

Ionizan el aire que atraviesan. (NN)

Transformadores

Un transformador es una máquina estática de corriente alterno, que permite

variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la

frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.

Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada

en magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones

deseadas, en el devanado secundario.

~ 58 ~

La importancia de los transformadores, se debe a que, gracias a ellos, ha sido

posible el desarrollo de la industria eléctrica. Su utilización hizo posible la realización

práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias.

Componentes de los transformadores eléctricos

Los transformadores están compuestos de diferentes elementos. Los componentes

básicos son:

Modelización de un transformador monofásico ideal

Núcleo: Este elemento está constituido por chapas de acero al silicio aisladas

entre ellas. El núcleo de los transformadores está compuesto por las columnas, que

es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte donde se

realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir el flujo

magnético, ya que es un gran conductor magnético.

Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno

de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz. Está

compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de vueltas del

hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicará larelación de

transformación. El nombre de primario y secundario es totalmente simbólico. Por

definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario y donde

obtengamos la tensión de salida será el secundario.

Esquema básico y funcionamiento del transformador

~ 59 ~

Esquema básico de funcionamiento de un transformador ideal

Los transformadores se basan en la inducción electromagnética . Al aplicar una

fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un flujo

magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado primario hasta

el secundario. Con su movimiento originará una fuerza electromagnética en el

devanado secundario.

Según la Ley de Lenz, necesitamos que la corriente sea alterna para que se

produzca esta variación de flujo. En el caso de corriente continua el transformador

no se puede utilizar.

La relación de transformación del transformador eléctrico

Una vez entendido el funcionamiento del transformador vamos a observar cuál es la

relación de transformación de este elemento.

Donde N p es el número de vueltas del devanado del primario, N s el número de

vueltas del secundario, V p la tensión aplicada en el primario, V s la obtenida en el

secundario, I s la intensidad que llega al primario, I p la generada por el secundario y

r t la relación de transformación.

Como observamos en este ejemplo si queremos ampliar la tensión en el secundario

tenemos que poner más vueltas en el secundario (N s), pasa lo contrario si queremos

reducir la tensión del secundario.

~ 60 ~

Transformadores eléctricos elevadores

Los transformadores eléctricos elevadores tienen la capacidad de aumentar el voltaje

de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el número de

espiras del devanado secundario es mayor al del devanado primario.

Modelización de un transformador elevador

Transformadores eléctricos reductores

Los transformadores eléctricos reductores tienen la capacidad de disminuir el voltaje

de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el número de

espiras del devanado primario es mayor al secundario.

Podemos observar que cualquier transformador elevador puede actuar como

reductor, si lo conectamos al revés, del mismo modo que un transformador reductor

puede convertirse en elevador.

Modelización de un transformador reductor

Autotransformadores

~ 61 ~

Modelización de un autotransformador

Se utilizan cuando es necesario cambiar el valor de un voltaje, pero en cantidades

muy pequeñas. La solución consiste en montar las bobinas de manera sumatoria. La

tensión, en este caso, no se introduciría en el devanado primario para salir por el

secundario, sino que entra por un punto intermedio de la única bobina existente.

Esta tensión de entrada (V p) únicamente recorre un determinado número de espiras

(N p), mientras que la tensión de salida (V s) tiene que recorrer la totalidad de las

espiras (N s).

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