CURSO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Y AUTOMATISMOS. SUBTEMA: SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA

Se denomina Simbología Eléctrica a la representación gráfica que se realiza de cada elemento de un circuito o instalación eléctrica.
Los símbolos eléctricos se rigen por la UNE-EN-60617, que fue aprobada en 1996 y está en concordancia con la norma europea.

  • 60617-2 Elementos de símbolos, símbolos distintivos y otros símbolos de carácter general.
  • 60617-3 Conductores y dispositivos de conexión.
  • 60617-4 Componentes pasivos básicos.
  • 60617-5 Semiconductores y tubos catódicos.
  • 60617-6 Producción y transformación de la energía eléctrica
  • 60617-7 Aparatos y dispositivos de control y protección.
  • 60617-8 Instrumentos de medida, lámparas y dispositivos de señalización.
  • 60617-9 Telecomunicaciones. Conmutación y equipos.
  • 60617-10 Telecomunicaciones. Transmisión.
  • 60617-11 Esquemas y planos. Arquitectura y topografía.
  • 60617-12 Operadores lógicos.
  • 60617-13 Operadores analógicos.

Cada país tiene su propia organización encargada de armonizar las normas internacionales con las propias del país.

Ejemplo:

Son las representaciones gráficas de los componentes de una instalación eléctrica que se usan para trasmitir un mensaje para identificar, calificar, instruir, mandar y advertir.
Ventajas
• Su empleo es universal.
• Ahorro de tiempo y dinero en el mantenimiento y reparación de instalaciones o equipos eléctricos a través de su interpretación de los componentes.
• Facilitar la interpretación de circuitos.
• Permite una comunicación universal entre las personas independientemente del idioma del país.
Características
• Debe ser lo más simple posible para facilitar su dibujo y evitar pérdida de tiempo en su representación.
• Debe ser claro y preciso.
• Debe indicar esquemáticamente el funcionamiento del aparato en un circuito.
• El nombre del símbolo debe ser preciso y claro. A continuación, se indica un listado de símbolos eléctricos para sistemas de control de máquinas eléctricas:
Normas electrotécnicas
Es un documento que simplifica, especifica, unifica un material, un producto, un ensayo, una unidad, una tecnología. Un documento que debe reunir un conjunto de propiedades intrínsecas para que su aceptación y utilización sea fácil y segura. Algo que, en síntesis, facilita la vida, estableciendo soluciones óptimas a todos los problemas que se repiten. Dentro de los esquemas de circuitos eléctricos, un aspecto muy importante de las normas es: ofrecer información suficiente, clara, sencilla, de criterios constantes y contrastada por personas competentes y responsables, que permita un rápido intercambio de información obteniendo una comprensión unívoca de concepto y terminología. Para llevar a buen puerto una actividad los técnicos se sirven entre otras cosas, de la información que les facilitan las normas que se publican por diversos organismos a nivel nacional e
Internacional, normas y organismos cuya proliferación es amplísima y cada vez con mayor exigencia de rigor.
NORMAS ANSI
El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI, por sus siglas en inglés: American National Standards Institute) es una organización sin ánimo de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos. ANSI es miembro de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) y de la Comisión electrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission, IEC). La organización también coordina estándares del país estadounidense con estándares internacionales, de tal modo que los productos de dicho país puedan usarse en todo el mundo. Por ejemplo, los estándares aseguran que la fabricación de objetos cotidianos, como pueden ser las cámaras fotográficas, se realice de tal forma que dichos objetos puedan usar complementos fabricados en cualquier parte del mundo por empresas ajenas al fabricante original. De éste modo, y siguiendo con el ejemplo de la cámara fotográfica, la gente puede comprar carretes para la misma independientemente del páis donde se encuentre y el proveedor del mismo.
Por otro lado, el sistema de exposición fotográfico ASA se convirtió en la base para el sistema ISO de velocidad de película (en inglés: film speed), el cual es ampliamente utilizado actualmente en todo el mundo.
Esta organización aprueba estándares que se obtienen como fruto del desarrollo de tentativas de estándares por parte de otras organizaciones, agencias gubernamentales, compañías y otras entidades. Estos estándares aseguran que las características y las prestaciones de los productos son consistentes, es decir, que la gente use dichos productos en los mismos términos y que esta categoría de productos se vea afectada por las mismas pruebas de validez y calidad.
ANSI acredita a organizaciones que realizan certificaciones de productos o de personal de acuerdo con los requisitos definidos en los estándares internacionales. Los programas de acreditación ANSI se rigen de acuerdo a directrices internacionales en cuanto a la verificación gubernamental y a la revisión de las validaciones
Historia
En 1918, cinco sociedades dedicadas al mundo de la ingeniería y tres agencias gubernamentales fundaron el Comité Estadounidense de Estándares para la Ingeniería (en inglés AESC: American Engineering Standards Committee). Este comité se convirtió más tarde en el año 1928 en la Asociación de Estándares Estadounidense (en inglés ASA: American Standards Association). En 1966, ASA sufrió una reorganización para convertirse en el Instituto de Estándares de los Estados Unidos de América (en inglés USASI: the United States of America Standards Institute). El nombre tal cual lo conocemos actualmente fue adoptado en 1969.
La sede de la organización está ubicada en Washington D.C.
Connotaciones de la palabra ANSI
En Microsoft Windows, la palabra ANSI hace referencia a las páginas de código ANSI de Windows. La mayoría de estos códigos tienen la misión de arreglar la anchura aunque existen algunas anchuras variables para lenguajes ideográficos. Algunos de estos códigos se acercan bastante a las series ISO_8859-1 provocando que muchos asuman de una forma equivocada que son idénticos.
El Arte ASCII, el cual es coloreado o animado a partir de unos códigos de control denominados secuencias X3.64 que se reciben en un terminal ANSI, está relacionado comúnmente con el arte ANSI. Este fue muy popular en los foros a lo largo de los 1980s y los 1990s.
NORMAS DIN
DIN es el acrónimo de Deutsches Institut für Normung ("Instituto Alemán de Normalización", en idioma alemán).
El DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (su marca empresarial es DIN), con sede en Berlín es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad. El DIN representa los intereses alemanes en las organizaciones internacionales de normalización (ISO, CEI, etc.).
El DIN fue establecido el 22 de diciembre de 1917 como Normenausschuss der deutschen Industrie (NADI). El acrónimo DIN también ha sido interpretado como Deutsche Industrie Norm y Das Ist Norm.
A través de la metodología empleada en la elaboración de las normas se pretende garantizar que sus contenidos correspondan con el "estado de la ciencia".
La editorial Beuth-Verlag, relacionada con el DIN, se encarga de la venta y distribución de las normas editadas por el DIN y de las normas de otros organismos de normalización, tanto nacionales como extranjeros.
Una norma DIN de uso habitual es la DIN 476 que define los formatos (o tamaños) de papel y que ha sido adoptada por la mayoría de los organismos nacionales de normalización de Europa.
EVOLUCIÓN HISTÓRICA, NORMAS DIN E ISO

 Sus principios son paralelos a la humanidad. Basta recordar que ya en las civilizaciones caldea y egipcia, se habían tipificado los tamaños de ladrillos y piedras, según unos módulos de dimensiones previamente establecidos. Pero la normalización con base sistemática y científica nace a finales del siglo XIX, con la Revolución Industrial en los países altamente industrializados, ante la necesidad de producir más y mejor. Pero el impulso definitivo llegó con la primera Guerra Mundial (1914-1918). Ante la necesidad de abastecer a los ejércitos y reparar los armamentos, fue necesario utilizar la industria privada, a la que se le exigía unas especificaciones de intercambiabilidad y ajustes precisos.
NORMAS DIN
Fue en este momento, concretamente el 22 de Diciembre de 1917, cuando los ingenieros alemanes Naubaus y Hellmich, constituyen el primer organismo dedicado a la normalización:

NADI - Normen-Ausschuss der Deutschen Industrie - Comité de Normalización de la Industria Alemana.

Este organismo comenzó a emitir normas bajo las siglas:

DIN que significaban Deustcher Industrie Normen (Normas de la Industria Alemania).

En 1926 el NADI cambio su denominación por:

DNA - Deutsches Normen-Ausschuss - Comité de Normas Alemanas que si bien siguió emitiendo normas bajos las siglas DIN, estas pasaron a significar "Das Ist Norm" - Esto es normaY más recientemente, en 1975, cambio su denominación por:
DIN - Deutsches Institut für Normung - Instituto Alemán de Normalización

Rápidamente comenzaron a surgir otros comités nacionales en los países industrializados, así en el año 1918 se constituyó en Francia el AFNOR - Asociación Francesa de Normalización. En 1919 en Inglaterra se constituyó la organización privada BSI - British Standards Institution.
NORMAS IEC
La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI o IEC, por sus siglas del idioma inglés International Electrotechnical Commission) es una organización de normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnologías relacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC).
La CEI, fundada en 1906 y cuyo primer presidente fue Lord Kelvin, tenía su sede en Londres hasta que en 1948 se trasladó a Ginebra. Integrada por los organismos nacionales de normalización, en las áreas indicadas, de los países miembros, en 2003 pertenecían a la CEI más de 60 países.
A la CEI se le debe el desarrollo y difusión de los estándares para algunas unidades de medida, particularmente el gauss, hercio y weber; así como la primera propuesta de un sistema de unidades estándar, el sistema Giorgi, que con el tiempo se convertiría en el sistema internacional de unidades.
En 1938, el organismo publicó el primer diccionario internacional (International Electrotechnical Vocabulary) con el propósito de unificar la terminología eléctrica, esfuerzo que se ha mantenido durante el transcurso del tiempo, siendo el Vocabulario Electrotécnico Internacional un importante referente para las empresas del sector.

COMITÉS DE NORMALIZACIÓN IMPLICADOS EN ESTAS NORMAS: 
CEI o IEC (International Electrotechnical Commission), Comité Internacional Electrotécnico. Se estableció en 1906 para elaborar normas internacionales con el objetivo de promover la calidad, la aptitud para la función, la seguridad, la reproducibilidad, la compatibilidad con los aspectos medioambientales de los materiales, los productos y los sistemas eléctricos y electrónicos. En la actualidad, forman parte de IEC, 51 comités nacionales. CEN (Comité Europeo de Normalización). 
Normas Europeas (EN). Creado en 1961 para el desarrollo de tareas de normalización en el ámbito europeo para favorecer los intercambios de productos y servicios, está compuesto por los organismos de normalización de los quince Estados miembros de la Unión Europea (AENOR por España) y tres países miembros de la Asociación Europea de Libre Cambio (AELC/EFTA). 

CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica). Comenzó sus actividades de normalización en el campo electrónico y electrotécnico en 1959. Está compuesto por los organismos de normalización de los quince Estados miembros de la Unión Europea (AENOR por España) y tres países miembros de la Asociación Europea de Libre Cambio (AELC/EFTA). AENOR, es responsable de adoptar como normas UNE (Normas Españolas) todas las normas Europeas que se elaboren en el seno de CEN y CENELEC, y de su posterior difusión, distribución, promoción y comercialización, con el objetivo de colaborar en la consecución del Mercado Interior eliminando las barreras técnicas creadas por la existencia de normas diferentes en los distintos Estados miembros de la Unión Europea

SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA. NORMAS ANSI Y DIN 
COMPONENTES DE SALIDA
'S�mbolos y esquemas el�ctricos normalizados'
'S�mbolos y esquemas el�ctricos normalizados'


En próximos subtemas veremos  más simbología. 




CURSO GRATUITO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Y AUTOMATISMOS. TEMA 4: MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO

Campo magnético

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos B y H.
Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espin. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

EXTRA AVANZADO EN MAGNETISMO:

Fuerza de Lorentz
Artículo principal: Fuerza de Lorentz.


Entre las definiciones de campo magnético se encuentra la dada por la fuerza de Lorentz. Esto sería el efecto generado por una corriente eléctrica o un imán, sobre una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor (q), que se desplaza a una velocidad V, experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad (v) como al campo (B). Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.


donde F es la fuerza magnética, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será




La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre puede ser considerada un magnetómetro.
Historial
Si bien algunos materiales magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad, como por ejemplo el poder de atracción que la magnetita ejerce sobre el hierro, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.
Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una demostración científica a sus amigos y estudiantes. Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brújula montada sobre una peana de madera.
Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la brújula. Se calló y finalizó las demostraciones, pero en los meses sucesivos trabajó duro intentando explicarse el nuevo fenómeno.¡Pero no pudo! La aguja no era ni atraída ni repelida por ella. En vez de eso tendía a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell.
Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos magnéticos.
Nombre
El nombre de campo magnético o intensidad del campo magnético se aplica a dos magnitudes:
  • La excitación magnética o campo H es la primera de ellas, desde el punto de vista histórico, y se representa con H.
  • La inducción magnética o campo B, que en la actualidad se considera el auténtico campo magnético, y se representa con B.
Desde un punto de vista físico, ambos son equivalentes en el vacío, salvo en una constante de proporcionalidad (permeabilidad) que depende del sistema de unidades: 1 en el sistema de Gauss, 

. Solo se diferencian en medios materiales con el fenómeno de la magnetización.
Uso
El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad de campo magnético, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eran ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación matemática de H con E, por un lado, y de B con D, por otro, se pueden establecer paralelismos útiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinámicas; las fórmulas correspondientes en el sistema electromagnético de Gauss son:


En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta práctico.
Con la llegada de las teorías del electrón de Lorentz y Poincaré, y de la relatividad de Einstein, quedó claro que estos paralelismos no se corresponden con la realidad física de los fenómenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo en física, que el nombre de campo magnético se aplique a B (por ejemplo, en los textos de Alonso-Finn y de Feynman).[1] En la formulación relativista del electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino con B.
En 1944, F. Rasetti preparó un experimento para dilucidar cuál de los dos campos era el fundamental, es decir, aquel que actúa sobre una carga en movimiento, y el resultado fue que el campo magnético real era B y no H.[2]
Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. Así, H describe cuan intenso es el campo magnético en la región que afecta, mientras que B es la cantidad de flujo magnético por unidad de área que aparece en esa misma región. Otra distinción que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo en función de sus fuentes (las corrientes eléctricas) y B al campo en función de sus efectos (fuerzas sobre las cargas).

Fuentes del campo magnético
Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de conducción, que da lugar a un campo magnético estático, si es constante. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.
La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampère. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampère-Maxwell.



Campo magnético producido por una carga puntual
El campo magnético generado por una única carga en movimiento (no por una corriente eléctrica) se calcula a partir de la siguiente expresión:


Esta última expresión define un campo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresión es diferente, pero puede probarse que el campo magnético sigue siendo un campo solenoidal

Campo magnético producido por una distribución de cargas
La inexistencia de cargas magnéticas lleva a que el campo magnético es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial vector , es decir:
                                               
A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector densidad de corriente mediante la relación:

La ecuación anterior planteada sobre R3, con una distribución de cargas contenida en un conjunto compacto, la solución es expresable en forma de integral. Y el campo magnético de una distribución de carga viene dado por:

Inexistencia de cargas magnéticas aisladas
Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no se ha comprobado la existencia de monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie. Un claro ejemplo de esta propiedad viene representado por las líneas de campo de un imán, donde se puede ver que el mismo número de líneas de campo que salen del polo norte vuelve a entrar por el polo sur, desde donde vuelven por el interior del imán hasta el norte.


Ilustración de un campo magnético alrededor de un alambre a través del cual fluye corriente eléctrica.
Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su dirección dependiendo de si la carga es positiva o negativa. La dirección del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas las siguientes:
  • en primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. La dirección de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda;
  • a continuación, vamos señalando con los cuatro dedos de la mano derecha (índice, medio, anular y meñique), desde el primer vector qv hasta el segundo vector Ur, por el camino más corto o, lo que es lo mismo, el camino que forme el ángulo menor entre los dos vectores. El pulgar extendido indicará en ese punto la dirección del campo magnético.
Energía almacenada en campos magnéticos

La energía es necesaria para generar un campo magnético, para trabajar contra el campo eléctrico que un campo magnético crea y para cambiar la magnetización de cualquier material dentro del campo magnético. Para los materiales no-dispersivos, se libera esta misma energía tanto cuando se destruye el campo magnético para poder modelar esta energía, como siendo almacenado en el campo magnético.

Para materiales lineales y no dispersivos (tales que
donde μ es independiente de la frecuencia), la densidad de energía es:


Si no hay materiales magnéticos alrededor, entonces el μ se puede substituir por μ0. La ecuación antedicha no se puede utilizar para los materiales no lineales, se utiliza una expresión más general dada abajo.
Generalmente la cantidad incremental de trabajo por el δW del volumen de unidad necesitado para causar un cambio pequeño del δB del campo magnético es: δW= H*δB

Una vez que la relación entre H y B se obtenga, esta ecuación se utiliza para determinar el trabajo necesitado para alcanzar un estado magnético dado. Para los materiales como los ferromagnéticos y superconductores el trabajo necesitado también dependerá de cómo se crea el campo magnético

Si no hay materiales magnéticos alrededor, entonces el μ se puede substituir por μ0. La ecuación antedicha no se puede utilizar para los materiales no lineales, se utiliza una expresión más general dada abajo.
Generalmente la cantidad incremental de trabajo por el δW del volumen de unidad necesitado para causar un cambio pequeño del δB del campo magnético es: δW= H*δB

Una vez que la relación entre H y B se obtenga, esta ecuación se utiliza para determinar el trabajo necesitado para alcanzar un estado magnético dado. Para los materiales como los ferromagnéticos y superconductores el trabajo necesitado también dependerá de cómo se crea el campo magnético.

Determinación del campo de inducción magnética B[









La figura muestra las relaciones entre los vectores. Se observa que:


* (a) la fuerza magnética se anula cuando ,  V tiende a 0 
(b) la fuerza magnética se anula si v es paralela o antiparalela a la dirección de B (en estos casos o bien 




*(c) si v es perpendicular a B                         la fuerza desviadora tiene su máximo valor, dado por: 



El campo magnético para cargas que se mueven a velocidades pequeñas comparadas con velocidad de la luz, puede representarse por un campo vectorial. Sea una carga eléctrica de prueba q_0en un punto P de una región del espacio moviéndose a una cierta velocidad arbitraria v respecto a un cierto observador que no detecte campo eléctrico. Si el observador detecta una deflexión de la trayectoria de la partícula entonces en esa región existe un campo magnético. El valor o intensidad de dicho campo magnético puede medirse mediante el llamado vector de inducción magnética B, a veces llamado simplemente "campo magnético", que estará relacionado con la fuerza F y la velocidad v medida por dicho observador en el punto P: Si se varía la dirección de v por P, sin cambiar su magnitud, se encuentra, en general, que la magnitud de F varía, si bien se conserva perpendicular a v . A partir de la observación de una pequeña carga eléctrica de prueba puede determinarse la dirección y módulo de dicho vector del siguiente modo:
  • La dirección del "campo magnético" se define operacionalmente del siguiente modo. Para una cierta dirección de v, la fuerza F se anula. Se define esta dirección como la de B.
  • Una vez encontrada esta dirección el módulo del "campo magnético" puede encontrarse fácilmente ya que es posible orientar a v de tal manera que la carga de prueba se desplace perpendicularmente a B. Se encuentra, entonces, que la F es máxima y se define la magnitud de B determinando el valor de esa fuerza máxima:
En consecuencia: Si una carga de prueba positiva q0 se dispara con una velocidad v por un punto P y si obra una fuerza lateral F sobre la carga que se mueve, hay una inducción magnética B en el punto P siendo B el vector que satisface la relación:


La magnitud de F, de acuerdo a las reglas del producto vectorial, está dada por la expresión:


Expresión en la que  es el ángulo entre v y B.

El hecho de que la fuerza magnética sea siempre perpendicular a la dirección del movimiento implica que el trabajo realizado por la misma sobre la carga, es cero. En efecto, para un elemento de longitud dl de la trayectoria de la partícula, el trabajo dW es FB.d.l que vale cero por ser F y dl perpendiculares. Así pues, un campo magnético estático no puede cambiar la energía cinética de una carga en movimiento.

Si una partícula cargada se mueve a través de una región en la que coexisten un campo eléctrico y uno magnético la fuerza resultante está dada por:


Esta fórmula es conocida como Relación de Lorentz


PRÓXIMO TEMA AVANZADO EN MAGNETISMO RELATIVIDAD

CURSO GRATUITO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Y AUTOMATISMOS (POR ENTREGA): TEMA 3 : ENERGÍA Y POTENCIA ELÉCTRICA

La energía o trabajo eléctrico, W, es el producto de la fuerza electromotriz necesaria para transportar las cargas eléctricas por el valor de estas cargas.

Se mide en Julios (J).

Un Julio es un watio por segundo,
 J = w · s
 E = W = fem · carga = V · q = V · I · t

 La potencia eléctrica podemos definirla como la cantidad de energía eléctrica generada o transformada por unidad de tiempo.




2. Tipos de corriente eléctrica
La corriente eléctrica es el flujo de electrones o cargas dentro de un circuito eléctrico cerrado. Esta corriente siempre viaja desde el polo negativo al positivo de la fuente suministradora de FEM, que es la fuerza electromotriz. Existen dos tipos de corriente: la continua y la alterna.

Corriente continua (C.C.): a esta también se la conoce como corriente directa (C.D.) y su característica principal es que los electrones o cargas siempre fluyen, dentro de un circuito eléctrico cerrado, en el mismo sentido. Los electrones se trasladan del polo negativo al positivo de la fuente de FEM. Algunas de estas fuentes que suministran corriente directa son por ejemplo las pilas, utilizadas para el funcionamiento de artefactos electrónicos. Otro caso sería el de las baterías usadas en los transportes motorizados. Lo que se debe tener en cuenta es que las pilas, baterías u otros dispositivos son los que crean las cargas eléctricas, sino que estas están presentes en todos los elementos presentes en la naturaleza. Lo que hacen estos dispositivos es poner en movimiento a las cargas para que se inicie el flujo de corriente eléctrica a partir de la fuerza electromagnética. Esta fuerza es la que moviliza a los electrones contenidos en los cables de un circuito eléctrico. Los metales son los que permiten el mejor flujo de cargas, es por esto que se los denomina conductores.




Corriente alterna (C.A.): a diferencia de la corriente anterior, en esta existen cambios de polaridad ya que esta no se mantiene fija a lo largo de los ciclos de tiempo. Los polos negativos y positivos de esta corriente se invierten a cada instante, según los Hertz o ciclos por segundo de dicha corriente. A pesar de esta continua inversión de polos, el flujo de la corriente siempre será del polo negativo al positivo, al igual que en la corriente continua. La corriente eléctrica que poseen los hogares es alterna y es la que permite el funcionamiento de los artefactos electrónicos y de las luces.








2.1 Corriente continúa
2.1.1 Corriente continúa constante
2.1.2 Corriente continua decreciente
2.1.3 Corriente continua pulsante
2.1.4 Pilas, acumuladores y generadores
2.2 Corriente Alterna
2.2.1 Corriente Alterna senoidal
2.2.2 Corriente alterna cuadrada y rectangular
2.2.3 Corriente alterna triangular
2.2.4 Corriente alterna en diente de sierra
2.2.5 Corriente alterna de impulso de aguja
dos clases principales de corriente eléctrica:

Corriente eléctrica continua y corriente eléctrica alterna, aunque cada una de ellas se subdivide en otras de acuerdo con la forma de onda.

La corriente continua es proporcionada por pilas o baterías. En estos generadores de energía eléctrica se tiene un polo positivo y un polo negativo, que siempre son fijos. El polo positivo siempre será positivo y el negativo siempre negativo, al conectar una pila o batería a un circuito, la corriente de electrones siempre circulará del polo negativo al positivo y nunca en sentido contrario.

La corriente continua se abrevia con las letras DC (Direct Current). La corriente alterna es aquella que cambia continuamente de sentido. Es proporcionada por los alternadores utilizados en automóviles y en las centrales productoras de energía eléctrica. Debido al continuo cambio de sentido de circulación y consiguientemente de polaridad, en la corriente alterna no se puede decir que existen dos polos, sino fases, las cuales alternan su polaridad continuamente. Las inversiones de polaridad se efectúan continuamente, dentro de un intervalo de 50 a 60 veces por segundo. La corriente alterna se abrevia con las letras AC (Alternating Current).





Corriente continúa

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.




Corriente continua decreciente


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. 



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.


Corriente alterna

Las corrientes alternas no sirven para alimentar los aparatos electrónicos, aunque son importantes en electrónica, pues son las que normalmente se utilizan para un fin concreto. 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 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.

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 residensial, 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.






 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.



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.




2.2.6 Corriente alterna asimétrica, periódica y aperiódica
Simétrica es toda aquella señal en la que puedas trazar un eje de simetría horizontal (son iguales de arriba y de abajo), y a simétricas son en las que no se puede.
Una señal simétrica por ejemplo una senoidal es la que se utiliza para la distribución de la energía eléctrica (es la mas fácil de generar), o un clock electrónico, a gran escala genera una señal simétrica.. También existen ondas simétricas residuales, mas conocidas como armónicas (Ruido en la linea).

Una señal asimétrica puede ser desde la señal de avance de barrido de un tubo de rayos catódicos, la señal de salida de un parlante, hasta un insigne ruido en la linea (el ruido que no es simétrico no se llama armónica, se las llama así solo cuando la señal es suceptible de ser separada en una sumatoria de señales senoidales)

Corriente Simétrica
Se refiere a la corriente alterna cuyas variaciones alrededor del eje cero son iguales por ejemplo una onda sinusoidal.

Corriente Asimétrica
Es la definición de la corriente alterna cuyas variaciones alrededor del eje cero no son iguales, esta condición generalmente está asociada a los primeros cinco ciclos de la circulación de la corriente de falla en un circuito que tenga reactancia inductiva, (todos los circuitos de potencia tienen una cantidad de reactancia inductiva).

A diferencia de la corriente continua que posee siempre el mismo valor, esto es, un flujo de cargas constantes a lo largo del tiempo, en una corriente periódica el flujo de cargas toma una serie de valores distintos que se repiten con el tiempo.





 Ondas de régimen periódico: a) Senoidal, b) Impulsos positivos, c) Rectangular de impulsos positivos, d) Cuadrada, e) Triangular, f) Diente de sierra.
Si las cargas se desplazan siempre en la misma dirección se dice que la corriente es pulsatoria y en caso contrario alterna.
En la figura de la derecha pueden observarse algunos ejemplos de ondas de distintas corrientes periódicas. Los tipos a, d y e son corrientes alternas y b, c y f son pulsatorias.


Parámetros característicos
Ademaś de la frecuencia o el período de una corriente periódica, se pueden considerar otros parámetros relacionados con sus valores de intensidad, I, o tensión, V. A continuación se indican los más frecuentes (a ó A pueden sustituirse por I ó V según interese):
  • Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado.
  • máximo (A0): Equivale a la amplitud de la onda. También se conoce como valor de pico.
  • Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.
  • Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo.
  • Valor eficaz (A): El que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período:




  • Factor de amplitud : Cociente entre el valor máximo y el eficaz.
  • Factor de forma: Cociente entre el valor eficaz y su valor medio en un semiperíodo.
En la tabla siguiente se indican los valores de algunas corrientes periódicas:

FACTOR
Senoidal
Cuadrada
Media onda senoidal
Doble onda senoidal
Triangular

n/d
n/d
n/d
n/d
n/d
n/d
n/d
n/d




2.2.7 Magnitudes de la corriente alterna

Magnitudes de la corriente alterna.
En una señal de corriente alterna podemos tener diferentes magnitudes que resultan interesantes conocerlas. Es más, resulta esencial conocer los diferentes conceptos para poder realizar ciertos cálculos de máquinas eléctricas (transformadores, motores, etc.).



Valor instantáneo.
El valor instantáneo de una señal de corriente alterna es cualquier punto de esa señal alterna. O dicho de otra manera más técnica, es el valor que se obtiene en cada instante de tiempo en la función senoidal.
Su ecuación es




Valor máximo o valor pico.
La señal tiene dos valores pico. Uno es positivo y el otro negativo, pues cada uno de ellos corresponde a un semiciclo de la señal. Ahora bien, el valor máximo o valor pico es el mayor de esos dos valores picos que tiene un ciclo de señal senoidal, independientemente si es positivo o negativo.
Existe otro concepto, el de valor pico-pico. Como os podréis imaginar en este concepto se abarca los dos semiciclos, es decir, sería la distancia que hay entre las dos crestas de la señal, la positiva y la negativa.

Valor eficaz o tensión eficaz.
El valor eficaz o tensión eficaz es el valor de la corriente alterna que nos garantiza la misma eficacia calorífica que la tensión equivalente en corriente continua.
También hay que decir, que el valor eficaz es el valor que muestra un voltímetro en realidad cuando se toma la medida de tensión.
La ecuación para poder calcularla es:

La frecuencia.
La frecuencia es el número de ciclos de una señal alterna durante un segundo.
Se mide en hertzios o, también, en ciclos/segundo. La fórmula para calcularla es:



Donde T es el periodo: tiempo que tarda en realizarse un ciclo, medido en segundos.

Próxima entrega: 


Magnetismo y electromagnetismo