Medidas eléctricas

MEDIDAS ELÉCTRICAS

INTRODUCCIÓN GENERAL

Podemos definir a las mediciones eléctricas como la determinación numérica de valores eléctricos instantáneos (en un instante dado) o en un período de tiempo prefijado (valor medio). Dichas mediciones eléctricas son realizadas por medio de diversos medidores, instrumentos, circuitos y dispositivos especiales. Para poder realizar comparaciones entre diferentes valores eléctricos medidos, se debe poseer un sistema de unidades que resulte compatible. 

DESCRIPCIÓN SOBRE LAS UNIDADES DE MEDIDA

Tanto las mediciones a realizar como los instrumentos a emplear para tal fin son denominados con símbolos, unidades y términos, los cuáles en la mayoría de los casos son de uso exclusivo en electricidad, electrotecnia y electrónica. El poder familiarizarse con ellos facilitará la comprensión de lo que se pretende describir en este libro. Se describirán conceptos básicos sobre los sistemas de unidades, formas de onda, frecuencia, fase, valor medio, valor eficaz, etc.

UNIDADES A UTILIZAR

Para poder unificar criterios sobre las diferentes medidas eléctricas que se describirán en esta obra, principalmente las cantidades a mensurar, fijaremos un sistema de unidades que será mantenido en todo el texto para los diferentes factores a evaluar. El sistema de medidas adoptado es el Sistema Internacional de Unidades (SI).

En la Tabla siguiente se describen las unidades eléctricas frecuentemente empleadas pertenecientes a dicho sistema.

Antiguamente el SI se lo conocía como sistema MKS (metro, kilogramo, segundo), ya que con dichas unidades se definían las restantes.

CORRIENTE ELÉCTRICA

Podemos definir la corriente eléctrica como el número de cargas q que se trasladan de un punto a otro en un tiempo t. Matemáticamente lo podemos expresar como:

I =  q / s

I = corriente eléctrica [Amperes]

q = cargas eléctricas [Coulomb]

s = tiempo [segundos]

De lo antedicho, afirmaremos que se establecerá una corriente de 1 Ampere cuando la carga transportada sea de 1 Coulomb en 1 segundo.

Para denominar las corrientes pequeñas, por una cuestión de comodidad, se utilizan múltiplos del Ampere. Ellos son el miliampere (1 mA = 10-3 A), el microampere (1 μA = 10-6 A) y el picoampere (1 pA = 10-9 A).

Las cargas en movimiento que conforman las corrientes eléctricas se pueden establecer en diversos medios (medio líquido, sólido o gaseoso).

Habitualmente, en los circuitos eléctricos o electrónicos las corrientes se producen en sólidos (conductores, semiconductores, inductores, resistores, etc.) o en el vacío (válvulas amplificadoras de alto vacío). Sin embargo, en dispositivos como acumuladores, pilas galvánicas o cubas electrolíticas se produce una circulación de corriente eléctrica a través de un líquido conteniendo compuestos químicos (denominado electrolito) que se disocia en iones, tema que no se desarrollará en este libro.

VOLTAJE Y DIFERENCIA DE POTENCIAL

Se denomina voltaje o potencial al valor de tensión existente en un punto determinado y otro tomado como referencia. El punto de referencia puede ser tierra (potencial cero) o cualquier otro punto con un potencial diferente a cero. Si tomamos los valores de dos puntos diferentes referidos a uno común de referencia, denominaremos diferencia de potencial a la diferencia existente entre los potenciales medidos (tomados con el mismo punto de referencia). Dicho valor numérico será igual al voltaje medido en forma directa entre los dos puntos en cuestión.

Se dice que dos puntos de un sistema tienen una diferencia de potencial de 1 Volt si es necesaria una energía de 1 Joule para transportar una carga de 1 Coulomb entre dichos puntos, es decir:

volt = juole / coulomb

UNIDAD I

MAGNETISMO

INTRODUCCIÓN

Como sabemos, no podemos aislar un polo magnético de su compañero. Cuando decimos un polo sur, o un polo norte, estamos haciendo referencia a imanes muy largos, en donde la acción de un polo sobre los puntos excesivos del otro es prácticamente despreciable.

El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que enlaza ambas fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia.

 

TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA

A finales del siglo XVIII y principios del XIX se investigaron simultáneamente las teorías de la electricidad y el magnetismo. En 1831, después de que Hans Oersted comenzará a describir una relación entre la electricidad y el magnetismo, y el francés André Marie Ampére seguido por el físico francés Dominique François profundizarán en dicho campo, el científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. La unificación plena de las teorías de la electricidad y el magnetismo se debió al físico británico James Clerk Maxwell, que predijo la existencia de ondas electromagnéticas e identificó la luz como un fenómeno electromagnético.
Después de que el físico francés Pierre Ernst Weiss postulará la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los materiales como el hierro, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más detallada, lo que permitió que más tarde otros científicos predijeran muchas estructuras atómicas del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas

CAMPO MAGNÉTICO

Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un ‘campo magnético’. Los campos magnéticos suelen representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas.

En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de líneas de fuerza.

La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza.

Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.

Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafos de masas.

FLUJO MAGNÉTICO

El flujo magnético es una medida del campo magnético total que pasa a través de un área dada. Es una herramienta útil para describir los efectos de la fuerza magnética en algún objeto que ocupa un área dada. La medición del campo magnético está atada al área particular de elección. Podemos escoger como queramos el tamaño del área y su orientación relativa al campo magnético.

Si usamos la representación de líneas de campo del campo magnético, entonces cada línea de campo que atraviesa un área dada contribuye con algo de flujo magnético. El ángulo al cual la línea de campo se interseca con el área también es importante. Una línea de campo que penetra de forma rasante contribuye con una pequeña componente de campo al flujo magnético. Cuando calculamos el flujo magnético, solamente incluimos la componente del vector de campo magnético que es normal a nuestra área de prueba.

Si escogemos una superficie simple y plana de área A como nuestra área de prueba, y hay un ángulo θ (theta) entre su normal y un vector de campo vectorial (con magnitud B), entonces el flujo magnético es:

Φ = B A cos θ

Si la superficie es perpendicular al campo, entonces el ángulo es cero y el flujo magnético simplemente es BA. La Figura siguiente nos muestra un ejemplo de un área de prueba plana a dos ángulos distintos con respecto al campo magnético y el flujo magnético resultante.

Les dejo este link. Para que puedan poder comprenderlo de manera más fácil, pronto volveremos a las aulas y se hará mas fácil, poder comprender estos fenómenos.

 

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