FÍSICA: ELECTRICIDAD: Magnetismo y electromagnetismo - 10ª parte
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Física

ELECTRICIDAD

Magnetismo y electromagnetismo - 10ª parte


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Producción de electricidad por magnetismo (continuación)

Cómo se produce voltaje por magnetismo (continuación)

El proceso paso a paso (continuación)

Espira en posición de 180 a 360

nteriormente hemos visto la evolución de la espira conductora entre 0 y 180.  Pudimos observar cómo el voltaje inducido variaba de 0 a un máximo positivo y después decrecía de nuevo hasta 0, en proporción al corte de las líneas de fuerza del campo magnético.

Ahora, la espira comienza un ciclo idéntico al explicado anteriormente de 0 a 180, pero con una peculiaridad, y es que el voltaje inducido lo hará con sentido inverso, es decir, con polaridad negativa. De nuevo, el conductor de color negro comenzará a cortar las líneas de fuerza de 0 a un máximo, hasta los 270, momento en que comenzará a decrecer hasta alcanzar los 360. En ese recorrido, el conductor negro cortará las líneas de fuerza en su movimiento hacia arriba, mientras que el conductor blanco las cortará en el movimiento hacia abajo, justo al contrario que sucedía cuando giraba de 0 a 180. Por ello, el voltaje inducido será de polaridad opuesta (negativa). La unión de todos los puntos en una gráfica de tiempos nos dará la figura de una onda completa de corriente alterna.

En la ilustración de una revolución completa de la espira se puede observar todo el proceso en 4 cuadrantes (0, 90, 180 y 360).

Una revolución completa de la espira (de 0 a 360)

Todo lo explicado hasta ahora se puede resumir en la siguiente gráfica. En ella podemos observar el movimiento de la espira desde su posición de reposo en 0 hasta los 360 (los 360 son el 0 de la siguiente revolución).

Cómo se produce voltaje por magnetismo
omo se puede ver, el eje de coordenadas está dividido en dos partes, una positiva (de 0 a +) y otra negativa (de 0 a -). Veamos cuatro estados de la espira a lo largo del recorrido de 360:

  • 0: En su posición inicial la espira tiene el conductor negro arriba y el blanco abajo, por lo cual las líneas de fuerza que entran lateralmente cruzan sin cortar a ninguno de ambos conductores, por tanto no hay voltaje inducido y el valor es cero.
  • 90: En esta posición los conductores negro y blanco cortan al máximo las líneas de fuerza laterales; el voltaje inducido en ellos es máximo, por tanto la onda de voltaje alcanza aquí su máximo nivel positivo.
  • 180: Esta posición de la espira es similar a la posición de 0, salvo en que los conductores están invertidos (el conductor negro abajo y el blanco arriba). Las líneas de fuerza que entran lateralmente también cruzan sin cortar a ninguno de ambos conductores, y el voltaje inducido vuelve a ser cero.
  • 270: En esta posición los conductores negro y blanco cortan al máximo las líneas de fuerza laterales, de forma idéntica a como ocurría en la posición de 90, salvo que ahora los conductores negro y blanco están invertidos, por ello el voltaje inducido también es inverso. Crece igualmente de 0 a un nivel máximo, pero en vez de ser hacia un máximo positivo, es hacia un máximo negativo.
  • 360: En esta posición la espira vuelve a su punto inicial, desde una inducción máxima de valor negativo hasta 0. Es en realidad la posición de 0 de la siguiente revolución. Es idéntica a la posición de 180, salvo en que los conductores vuelven a invertirse otra vez para comenzar un nuevo ciclo.

Como hemos visto, una revolución completa de la espira ha provocado dos semiondas, una de valor positivo y otra negativo. La unión gráfica de los puntos entre 0 y 360 nos da la clásica onda sinusoidal con que se identifica la corriente alterna.

Frecuencia del alternador

Hasta ahora hemos visto un ciclo completo de la espira conductora en un generador de corriente alterna. Eso nos sirve para explicar cómo se produce una onda completa del alternador, pero sólo a efectos didácticos, pues en la práctica el rotor realiza muchas más revoluciones en un segundo.

En electricidad es importante comprender qué es la frecuencia eléctrica, porque la gran mayoría de los equipos electrónicos funcionan con este tipo de corriente, y requieren una frecuencia específica. Por ejemplo, un reloj radio-reloj despertador, que normalmente lo tenemos conectado a la red eléctrica sobre nuestra mesilla de noche, puede darnos una sorpresa en forma de adelantos o atrasos de la hora, si lo hemos comprado preparado para su utilización en un país en donde la frecuencia eléctrica es diferente. Según el país de que se trate, la frecuencia de la energía eléctrica que llega a nuestros hogares puede ser de uno u otro valor, aunque a los consumidores de tecnología electrónica no suele preocuparnos ese aspecto, ya que suelen fabricarse con las características de funcionamiento adecuadas a la energía eléctrica que se utiliza en el país en cuestión.

Así, la frecuencia de la energía eléctrica puede ser de 50 ciclos por segundo en un país, y de 60 en otro. Es decir, el rotor del alternador realiza 50 ó 60 revoluciones completas en un segundo. En Europa la frecuencia es de 50 cps.

Si el rotor de un alternador realiza 15 revoluciones completas en un cuarto de segundo, significa que la frecuencia que suministra es de 60 ciclos por segundo
Si el rotor de un alternador realiza 15 revoluciones completas en un cuarto de segundo, significa que la frecuencia que suministra es de 60 ciclos por segundo

Para poder entender mejor cómo funciona el alternador, en los ejemplos anteriores hemos supuesto que la espira daba una vuelta completa cada segundo. En la práctica, si el rotor da 15 vueltas en un cuarto de segundo, significa que la frecuencia que suministra es de 60 cps (15 x 4 = 60). Eso significa que una lámpara conectada a la red se encenderá y apagará 120 veces en un segundo, al pasar 60 veces por el máximo de la onda positiva y otras 60 por el máximo de la onda negativa, de la misma forma que se apagará 120 veces al pasar dos veces por el cero de cada ciclo.

Las frecuencias inferiores a 50 ciclos no son adecuadas, ya que al apagarse la lámpara menos de 100 veces en un segundo se producirían fluctuaciones, las cuales podrían ser percibidas molestamente por el ojo humano. Además, podría complicar el diseño de los aparatos electrónicos que funcionan con corriente alterna rectificada.

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