magnetismo y electromagnetismo
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ELECTROTECNIA 2012
CAPITULO Nº1 FUNDAMENTOS DE LA ELECTRICIDAD
MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO
HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD
NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
CONDUCTORES
SEMICONDUCTORES
AISLANTES
CORRIENTE ELÉCTRICA
TIPO DE CORRIENTES (INTENSIDAD)
MAGNITUDES EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS
PROPIEDADES BÁSICAS DEL MAGNETISMO Y
ELECTROMAGNETISMO
MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO.
Magnetismo:
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
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 aúna ambas fuerzas 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.
Características del Magnetismo:
Aunque hay una estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo, ambas fuerzas son totalmente diferentes. Para que interactúen debe de haber un movimiento en alguna de ellas. Se sabe que el electrón tiene una carga electrostática que aplica una fuerza hacia el centro del electrón, y también se sabe que los electrones tienen un campo magnético a su alrededor debido a su rotación orbital.
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Campo Magnético.
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.
Líneas Magnéticas.
El campo magnético está formado por líneas de fuerza que se extienden en el espacio partiendo del polo N del imán y dirigiéndose al polo S. Estás líneas de fuerza no se cruzan y se van apartando al alejarse del imán. Cuanto más cercanas sean las líneas de fuerza y sea mayor el numero de ellas más intenso será el campo magnético.
Clasificación de los materiales magnéticos
Tipo de material Características
No magnéticoNo afecta el paso de las líneas de Campo magnético.Ejemplo: el vacío.
DiamagnéticoMaterial débilmente magnético. Si se sitúa una barra magnética cerca de él, ésta lo repele.Ejemplo: bismuto (Bi), plata (Ag), plomo (Pb), agua.
Paramagnético
Presenta un magnetismo significativo. Atraído por la barra magnética.Ejemplo: aire, aluminio (Al), paladio (Pd), magneto molecular.
Ferromagnético
Magnético por excelencia o fuertemente magnético. Atraído por la barra magnética.Paramagnético por encima de la temperatura de Curie(La temperatura de Curie del hierro metálico es aproximadamente unos 770 °C).Ejemplo: hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), acero suave.
Antiferromagnético No magnético aún bajo acción de un campo magnético inducido.
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Ejemplo: óxido de manganeso (MnO2).
FerrimagnéticoMenor grado magnético que los materiales ferromagnéticos.Ejemplo: ferrita de hierro.
SuperparamagnéticoMateriales ferromagnéticos suspendidos en una matriz dieléctrica.Ejemplo: materiales utilizados en cintas de audio y video.
FerritasFerromagnético de baja conductividad eléctrica.Ejemplo: utilizado como núcleo inductores para aplicaciones de corriente alterna.
Unidades del SI relacionadas con el magnetismo
Tesla [T] = unidad de campo magnético.
Weber [Wb] = unidad de flujo magnético.
Amper [A] = unidad de corriente eléctrica, que genera campos magnéticos.
Electromagnetismo.
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.
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El movimiento de la aguja de una brújula en las proximidades de un conductor por el que circula una corriente indica la presencia de un campo magnético alrededor del conductor. Cuando dos conductores paralelos son recorridos cada uno por una corriente, los conductores se atraen si ambas corrientes fluyen en el mismo sentido y se repelen cuando fluyen en sentidos opuestos. El campo magnético creado por la corriente que fluye en una espira de alambre es tal que si se suspende la espira cerca de la Tierra se comporta como un imán o una brújula, y oscila hasta que la espira forma un ángulo recto con la línea que une los dos polos magnéticos terrestres.
La inducción electromagnética se manifiesta en dos fenómenos complementarios que son:
La ley de Faraday La ley de Lenz
LEY DE FARADAY. En 1831 Faraday descubrió la inducción electromagnética, y el mismo año demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra. Durante este mismo periodo investigó los fenómenos de la electrólisis y descubrió dos leyes fundamentales:
Que la masa de una sustancia depositada por una corriente eléctrica en una electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el electrólito.
Que las cantidades de sustancias electrolíticas depositadas por la acción de una misma cantidad de electricidad son proporcionales a las masas equivalentes de las sustancias.
LEY DE LENZ. Cuando una corriente empieza a circular por un conductor, se genera un campo magnético que parte del conductor. Este campo atraviesa el propio conductor e induce en él una corriente en sentido opuesto a la corriente que lo causó. En un cable recto este efecto es muy pequeño, pero si el cable se arrolla para formar una bobina, el efecto se amplía ya que los campos generados por cada espira de la bobina cortan las espiras vecinas e inducen también una corriente en ellas.
HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD
Tales de Mileto (624-543 A.C) filosofo griego que descubrió que al frotar un trozo de ámbar, este atraía objetos ligeros. Creía que la electricidad estaba en el objeto frotado. De esta época procede el término electricidad, del griego electrón, que significa ámbar.
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William Gilbert (1544-1603) a él se le atribuye realmente el descubrimiento de la electricidad. Era el medico de la reina Isabel 1 de Inglaterra e hizo el primer estudio científico sobre los fenómenos eléctricos. Uso el término electricidad por primera vez para explicar la atracción que ejerce algunas sustancias al ser forjadas.
Otto Von Güiriche (1602-1686) este físico alemán fue el primero en fabricar una maquina electrostática capaz de producir una descarga eléctrica. También realizo estudios sobre la presión atmosférica y sobre los cometas.
Benjamín Franklin (1706-1790) un norteamericano polifacético (político, impresor, editor y físico) que investigo los fenómenos eléctricos e invento el pararrayos. Descubrió la electricidad como un fluido que se encontraba en todas las sustancias y las dividía en eléctricamente positivo o negativo, según tuvieran exceso o defecto del fluido.
Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) físico e ingeniero francés que fue el primero en cuantificar y medir la fuerza de atracción o repulsión electrostática mediante la “ley de Coulomb” también realizo estudios sobre el magnetismo. La unidad de carga eléctrica se llama culombio en su honor.
Alessandro Volta (1745-1827) este físico italiano fue el creador de la pila que lleva su nombre. Dedico la mayor parte de su vida al estudio de los fenómenos eléctricos. Invento también el electrófono y el electrómetro. La unidad de la potencia, el voltio, se llama así en su honor.
Michael Faraday (1791-1867) físico y químico ingles. Descubrió la inducción electromagnética, que permite la construcción de motores y generadores eléctricos, y las leyes de la electrolisis (descomposición química de sustancias mediante la electricidad) la unidad de la capacidad eléctrica, el faradio, se llama si en su honor.
Thomas Alva Edison (1847-1931) este norteamericano esta considerado como el mayor inventor de la historia de la humanidad. Entre otras muchas cosas invento: la bombilla, el telégrafo moderno, el fonógrafo, un proyector de películas, etc. Instalo la primera gran central eléctrica del mundo de Nueva York e ilumino sus calles gracias a su bombilla eléctrica.
Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) físico nacido en Alemania que estudio las ondas electromagnéticas en las que se basan la radio y la televisión. Demostró que la electricidad se propaga en forma de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz. La unidad de frecuencia, el hercio, se llama así en su honor.
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Gugliemo Marconi (1874-1937) este italiano, ingeniero y físico, es conocido como el inventor del tele-grafo sin hilos, que daría lugar a la radio. Recibió el premio nobel de física por la importancia de sus trabajos.
En 1886 George Westinghouse el suministro de corriente alterna. En 1886 fundo la compañía eléctrica eléctrica Westinghouse Electric Manufacturing Company, que conto en los primeros con los decisivos colaboradores de Tesla.
En 1884-1891 Nikola Tesla desarrolla las maquinas eléctricas y la bobina de Tesla y desarrolla el radiotransmisor.
NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD
La materia tiene una propiedad llamada carga, que se manifiesta por medio de una serie de fenómenos denominados eléctricos.Estos fenómenos eran conocidos ya por Tales de Mileto (ca. 640-546 a. C.), que comprobó que el ámbar (elektron, en griego), frotado con un trapo de lana, atraía pelos, virutas de madera y otros objetos ligeros.A finales del siglo XVI, W. Gilbert comprobó que el cuarzo, el vidrio y el azufre compartían las propiedades del ámbar, y llamó a esa desconocida fuerza, electricidad.Observa las experiencias siguientes.1. Frotamos fuertemente una varilla de vidrio con una prenda de seda.• Acercamos la varilla a unos trocitos de papel extendidos sobre la mesa.• La varilla de vidrio atrae a los trocitos de papel.2. Frotamos fuertemente una varilla de plástico con una prenda de lana.• Acercamos la varilla a los trocitos de papel extendidos sobre la mesa.• La varilla de plástico también atrae a los trocitos de papel.Estos hechos experimentales se interpretan admitiendo que la varilla de vidrio o la varilla de plástico han quedado cargadas eléctricamente. Este fenómeno se denomina electrización.Del estudio experimental de la atracción y repulsión entre objetos electrizados se llega a la conclusión de que hay dos clases de electricidad o estados eléctricos. Se puede comprobar de la siguiente manera:
Frota una barra de vidrio con un trapo de seda y suspéndela de un hilo de seda o de nailon. Si acercas otra barra de vidrio electrizada, notarás una repulsión.
Repite el ensayo anterior con dos barras de plástico o ebonita (caucho con azufre) frotadas con un trapo de lana. Observarás que también se repelen.
Si después de frotar por separado una barra de vidrio y otra de ebonita o de plástico sujetas una en el aire y acercas la otra, comprobarás que se produce una atracción entre ellas.
Es evidente que las dos barras de vidrio poseen el mismo estado eléctrico, y lo mismo cabe pensar de las dos de ebonita. Por tanto:Los cuerpos con el mismo estado eléctrico se repelen.Puesto que las barras de vidrio y de ebonita se atraen, pensaremos que su estado eléctrico es diferente, por lo tanto:Dos cuerpos con distinto estado eléctrico se atraen.En el siglo XVIII, Benjamin Franklín, inventor del pararrayos de puntas, sugirió que se llamase positivo al estado eléctrico de los cuerpos que se comportaban como el vidrio, y negativo al de los cuerpos que se electrizaban como el ámbar.
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LA UNIDAD DE CARGA ELÉCTRICALas cargas eléctricas provienen de las partículas que constituyen el átomo. Los protones del núcleo de los átomos tienen carga positiva y los electrones que giran alrededor de núcleo tienen carga negativa.El número de protones de un átomo es igual al número de electrones; por tanto, el átomo es neutro en su conjunto. Ahora bien, un átomo puede ganar electrones, con lo cual queda cargado negativamente; o perderlos, con lo cual queda cargado positivamente.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
Resumen de los modelos atómicos
Dalton: modelo de esferas atómicas. Las sustancias están formadas por átomos. Los átomos ni se crean ni se destruyen. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre si, tienen la misma masa e idénticas propiedades, pero son distintos a los de otro elemento. Los compuestos químicos se forman por uniones de átomos en proporciones sencillas.Thonsom: esferas uniformes cargadas positivamente en la corteza, con electrones en el interior, el tamaño del átomo es de 10‾8 cm, la carga global del átomo es neutra. Es el primer modelo con electrones, de los cuales ya se puede dar su masa (9*10‾ᶟᶥ Kg) y su carga (1,6*10‾19 c ). No justifica el núcleo ni la masa.Rutheford: es el primer modelo que contiene núcleo, cuya dimensión es de 10‾ᶥ² cm. El átomo esta formado por núcleo y corteza. El núcleo contiene la mayor parte de la masa y tiene cargas eléctrica positiva. En la esfera se encuentran los electrones girando en torno al núcleo, como en un sistema planetario. La carga global del átomo sigue siendo neutra.
El experimento de Rutheford consistía en que al bombardear láminas de oro con partículas a (carga positiva), la mayoría de las partículas no se desviaban y solo un porcentaje muy bajo sufrían grandes desviaciones, saliendo incluso algunas rebotadas, lo que daba la evidencia de la presencia del núcleo.
Composición del átomo: el neutrón.El átomo esta formado por:
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Un núcleo en la que hay protones (cargados positivamente) y neutrones (descubrimientos por Chadwick en 1932, a los que se debe la mayor parte de la masa del átomo y con carga neutra). Ambas partículas también se llaman en conjunto nucleones). Entre ambas partículas se concentra casi toda la masa del átomo. El tamaño del núcleo es unas 10000 veces menor que el del átomo.
Una corteza en la que se encuentra los electrones.La carga del átomo es neutra, por lo que el numero de electrones tiene que se igual al de protones: este numero de denominara Z o numero atómico (que es criterio de ordenes en la tabla periódica).Los electrones están cargados negativamente y apenas contiene masa (su masa es unas 2000 veces inferior a la de los protones y neutrones).El número de electrones que hay en la superficie atómicas coincide con el numero de protones que hay en su núcleo cuando el átomo se encuentra en estado neutro.Los electrones y protones poseen propiedad que se conoce como carga eléctrica. Ambos poseen una cantidad de carga igual, pero la de los protones es positiva y la de los electrones es negativa.
PARTICULA CARGA MASA (Kg)Protón +1 1,6725.10x-27Neutrones 0 1,6748.10x-27Electrones -1 9,1096.10x-31
Tamaño de los átomos:Para medir los átomos de utiliza el angstrom (A)=10x-10.Según esta unidad: Radio atómico=1A radio nuclear =10x-4 A
CONDUCTORES
Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la electricidad.Un conductor eléctrico está formado primeramente por el conductor propiamente tal, usualmente de cobre.Este puede ser alambre, es decir, una sola hebra o un cable formado por varias hebras o alambres retorcidos entre sí.Los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio.Aunque ambos metales tienen una conductividad eléctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricación de conductores por sus notables ventajas mecánicas y eléctricas.El uso de uno y otro material como conductor, dependerá de sus características eléctricas (capacidad para transportar la electricidad), mecánicas ( resistencia al desgaste, maleabilidad), del uso específico que se le quiera dar y del costo.Estas características llevan a preferir al cobre en la elaboración de conductores eléctricos.El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre electrolítico de alta pureza, 99,99%.Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza otemple: duro, semi duro y blando o recocido.
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Tipos de cobre para conductores eléctricos . Cobre de temple duro:
. Conductividad del 97% respecto a la del cobre puro.
. Resistividad de 0,018 ( x mm 2 ) a 20 ºC de temperatura.
. Capacidad de ruptura a la carga, oscila entre 37 a 45 kg/mm2.Por esta razón se utiliza en la fabricación de conductores desnudos, para líneas aéreas de transporte de energíaEléctrica, donde se exige una buena resistencia mecánica.
Cobre recocido o de temple blando:. Conductividad del 100%. Resistividad de 0,01724 = 1 ( x mm 2 ) respecto del cobre puro, tomado este como patrón.. Carga de ruptura media de 25 kg/mm2.Como es dúctil y flexible se utiliza en la fabricación de conductores aislados.El conductor está identificado en cuanto a su tamaño por un calibre, que puede ser milimétrico y expresarse enmm2 o americano y expresarse en AWG o MCM con una equivalencia en mm2.
Partes que componen los conductores eléctricosEstas son tres muy diferenciadas:. El alma o elemento conductor.. El aislamiento.. Las cubiertas protectoras.
El alma o elemento conductorSe fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energía eléctrica desde las centrales generadoras a los centros de distribución (subestaciones, redes y empalmes), para alimentar a los diferentes centros de consumo (industriales, grupos habitacionales, etc.).De la forma cómo esté constituida esta alma depende la clasificación de los conductores eléctricos. Así tenemos:
Según su constituciónAlambre: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo elemento o hilo conductor.
Se emplea en líneas aéreas, como conductor desnudo o aislado, en instalaciones eléctricas a la intemperie, en ductos o directamente sobre aisladores.Cable: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja sección, lo que le otorga una gran flexibilidad.
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Según el número de conductoresMonoconductor: Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con aislación y con o sin cubierta protectora.
Multiconductor: Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una por su respectiva capa de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.
SEMICONDUCTORES
La mayoría de los conductores solidos de la electricidad pueden clasificarse o como metales o como semiconductores. La corriente constituye una manifestación del movimiento de cargas por el interior de un material, por lo cual será necesario examinar el origen y comportamiento de la carga capaz de moverse a fin de comprender el proceso de conducción de un material.Metales: la mayoría de los metales son buenos conductores de la electricidad, ello es debido a que contienen concentraciones grandes de electrones libres. Los electrones son móviles en el sentido de que no están vinculados a los átomos del metal, sino que pueden moverse libremente por el volumen de este.Semiconductores: los electrones de valencia de átomos de su semiconductor (tal como el silicio o el germanio) no pueden, en su mayor parte, moverse libremente por el interior del semiconductor. En vez de ello, participan en los enlaces covalentes que mantienen unidos los átomos, del semiconductor constituido una distribución cristalina
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periódica. Cada átomo de cristal tiene cuatro vecinos más próximos con los que comparte sus electrones de valencia.
El núcleo como sabemos, es positivo y alrededor hay una serie de orbital donde se encuentran los electrones. El silicio y el germanio posee 4 electrones en la orbita externa.
AISLANTES
El objetivo de la aislación en un conductor es evitar que la energía eléctrica que circula por él, entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean éstos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación. Del mismo modo, la aislación debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer contacto entre sí.Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido sustancias poliméricas, que en química se definen como un material o cuerpo químico formado por la unión de muchas moléculas idénticas, para formar una nueva molécula más gruesa.Antiguamente los aislantes fueron de origen natural, gutapercha y papel. Posteriormente la tecnología los cambió por aislantes artificiales actuales de uso común en la fabricación de conductores eléctricos.Los diferentes tipos de aislación de los conductores están dados por su comportamiento técnico y mecánico, considerando el medio ambiente y las condiciones de canalización a que se verán sometidos los conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes químicos, a los rayos solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre los materiales usados para la aislación de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprén y el nylon.
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Si el diseño del conductor no consulta otro tipo de protección se le denomina aislación integral, porque el aislamiento cumple su función y la de revestimiento a la vez.Cuando los conductores tienen otra protección polimérica sobre la aislación, esta última se llama revestimiento, chaqueta o cubierta.
Las cubiertas protectorasEl objetivo fundamental de esta parte de un conductor es proteger la integridad de la aislación y del alma conductora contra daños mecánicos, tales como raspaduras, golpes, etc.Si las protecciones mecánicas son de acero, latón u otro material resistente, a ésta se le denomina «armadura» La «armadura» puede ser de cinta, alambre o alambres trenzados.Los conductores también pueden estar dotados de una protección de tipo eléctrico formado por cintas de aluminio o cobre. En el caso que la protección, en vez de cinta esté constituida por alambres de cobre, se le denomina «pantalla» o «blindaje».
Clasificación de los conductores eléctricos de acuerdo a su aislación o número de hebras
La parte más importante de un sistema de alimentación eléctrica está constituida por conductores.Al proyectar un sistema, ya sea de poder; de control o de información, deben respetarse ciertos parámetros imprescindibles para la especificación de la cablería.. Voltaje del sistema, tipo (CC o CA), fases y neutro, sistema de potencia, punto central aterramiento.. Corriente o potencia a suministrar.. Temperatura de servicio, temperatura ambiente y resistividad térmica de alrededores.. Tipo de instalación, dimensiones (profundidad, radios de curvatura, distancia entre vanos, etc.).. Sobrecargas o cargas intermitentes.. Tipo de aislación.. Cubierta protectora.Alma conductora Aislante Cubierta protectoraTodos estos parámetros están íntimamente ligados al tipo de aislación y a las diferencias constructivas de los conductores eléctricos, lo que permite determinar de acuerdo a estos antecedentes la clase de uso que se les dará.De acuerdo a éstos, podemos clasificar los conductores eléctricos según su aislación, construcción y número de hebras en mono conductores y multiconductores.
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Tomando en cuenta su tipo, uso, medio ambiente y consumos que servirán, los conductores eléctricos se clasifican en la siguiente forma:
Conductores para distribución y poder:. Alambres y cables (N0 de hebras: 7 a 61).. Tensiones de servicio: 0,6 a 35 kV (MT) y 46 a 65 kV (AT).. Uso: Instalaciones de fuerza y alumbrado (aéreas, subterráneas e interiores).. Tendido fijo.
Cables armados:. Cable (N0 de hebras: 7 a 37).. Tensión de servicio: 600 a 35 000 volts.. Uso: Instalaciones en minas subterráneas para piques y galerías (ductos, bandejas, aéreas y subterráneas). Tendido fijo
Cable armadoConductores para control e instrumentación:. Cable (N0de hebras: 2 a 27).. Tensión de servicio: 600 volts.. Uso: Operación e interconexión en zonas de hornos y altas temperaturas. (ductos, bandejas, aérea o directamente bajo tierra).. Tendido fijo.
Cordones:. Cables (N0 de hebras: 26 a 104).. Tensión de servicio: 300 volts.. Uso: Para servicio liviano, alimentación a: radios, lámparas, aspiradoras, jugueras, etc. Alimentación a máquinas y equipos eléctricos industriales, aparatos electrodomésticos y calefactores (lavadoras, enceradoras, refrigeradores, estufas, planchas, cocinillas y hornos, etc.).. Tendido portátil.
Cables portátiles:. Cables (N0 de hebras: 266 a 2 107).. Tensión de servicio: 1 000 a 5 000 volts. Uso: en soldadoras eléctricas, locomotoras y máquinas de tracción de minas subterráneas. Grúas, palas y perforadoras de uso minero.. Resistente a: intemperie, agentes químicos, a la llama y grandes solicitaciones mecánicas como arrastres, cortes e impactos.. Tendido portátil.
Cables submarinos:. Cables (N0 de hebras: 7 a 37).. Tensión de servicio: 5 y 15 kV.
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. Uso: en zonas bajo agua o totalmente sumergidos, con protección mecánica que los hacen resistentes a corrientes y fondos marinos.. Tendido fijo.
Cables navales:. Cables (N0 de hebras: 3 a 37).. Tensión de servicio: 750 volts.. Uso: diseñados para ser instalados en barcos en circuitos de poder, distribución y alumbrado.. Tendido fijo.Dentro de la gama de alambres y cables que se fabrican en el país, existen otros tipos, destinados a diferentes usos industriales, como los cables telefónicos, los alambres magnéticos esmaltados para uso en la industria electrónica y en el embobinado de partidas y motores de tracción, los cables para conexiones automotrices a baterías y motores de arranque, los cables para parlantes y el alambre para timbres.
CORRIENTE ELÉCTRICA
Es el flujo neto ordenado de carga eléctrica.Electrones (parte de los átomos) Que circulan por un camino (conductores)......atravesando obstáculos (operadores eléctricos)...Para regresar al punto de partida (generador) Todos estos elementos constituyen un circuito.
La cantidad de electricidad se mide en Culombios (C) pues los electrones son muy poca cosa para ser medidos o tomados en cuenta. Empleamos el Culombio, que es por definición la cantidad de electricidad que al pasar por una disolución de Nitrato de Plata acumula en el cátodo una cantidad equivalente a 1,118 mg de plata pura.
1C =6,2415・1018 electrones1 C = 6.241.500.000.000.000.000 electrones
I=Intensidad de corriente
Es la cantidad de electricidad que pasa por segundo a través de un conductor u operador eléctrico. Se mide en Amperios (A), que es lo mismo que decir “Culombios por cada segundo”1A=1C/sI=Q/t
Materiales que se dejan atravesar por la corriente eléctrica con mayor o menor facilidadLos metales en general son muy buenos conductores El agua, y por tanto, la humedad permiten pasar la electricidad Los seres vivos (como nosotros) inducen la electricidad.
TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Este recurso muestra los dos tipos de corriente que existen: Continua yAlterna.
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Voltaje, tensión o diferencia de potencial.(V)En un circuito eléctrico, la diferencia de potencial (el voltaje o la tensión) existente entre los polos del generador, o entre dos puntos cualesquiera del circuito, es la causa de que los electrones circulen por el circuito si éste se encuentra cerrado.Su unidad es el voltio (V). Se suelen emplear dos múltiplos de esta unidad que son el kilovoltio (kV) y el megavoltio (MV) y también dos submúltiplos como son el milivoltio (mV) y el microvoltio (mV).
1 kV = 1.000 V 1 MV = 1.000.000 V1 V = 1.000 mV 1 V = 1.000.000 m V
Para medir el voltaje se utiliza un aparato llamado voltímetro. Se conecta en paraleloal elemento cuyo voltaje queremos medir.
Intensidad de la corriente eléctrica.(I)La intensidad de la corriente se define como la cantidad de carga eléctrica que circula por un circuito en la unidad de tiempo.Se mide en amperios (A). Normalmente se emplean unos submúltiplos de esta unidad que son el miliamperio (mA) y el microamperio (m A).
1 A = 1.000 mA 1 A = 1.000.000 m A
La intensidad es una característica equivalente al caudal en el circuito hidráulico, esto es, a la cantidad de agua que pasa en la unidad de tiempo por un punto de la tubería.
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Para medir la intensidad de corriente que circula por un circuito se utilizan unos aparatos llamados amperímetros. Se conecta en serie para efectuar la medida.Resistencia eléctrica. (R)Es la propiedad que tienen los cuerpos de dificultar más o menos el paso de la corriente eléctrica. Las sustancias conductoras ofrecen poca resistencia al paso de la corriente, sin embargo las sustancias aislantes ofrecen una alta resistencia al paso de la corriente eléctrica.La resistencia de un conductor depende del tipo de material de que está compuesto, de su longitud y de su sección. A mayor longitud mayor resistencia y, por el contrario, a mayor sección del conductor menor resistencia, de la misma forma que el agua circula con más facilidad cuando las tuberías tienen pocos cambios de dirección y son más anchas.La unidad de resistencia es el ohmio (W). Normalmente se emplean múltiplos de esta unidad como son el kiloohmio (k W) y el megaohmio (M W).
1 k W = 1.000 W 1M W = 1.000.000 W
Todos los receptores o componentes de un circuito suponen alguna resistencia, por pequeña que sea, al paso de la corriente eléctrica.Este efecto es, normalmente, no deseado, pero en ocasiones lo aprovechamos en algunos receptores para obtener un efecto calorífico. Es el caso de algunos aparatos compuestos de un fino hilo de metal (wolframio o tungsteno), que se pone incandescente y puede dar luz y calor, que se aprovecha en lámparas y estufas.Ley de OhmLa ley de Ohm expresa la relación que existe entre la diferencia de potencial que aplicamos a los extremos de un receptor y la intensidad de la corriente que circula por éste.
Matemáticamente se expresa: V = I × R
Donde V es la diferencia de potencial que se aplica al receptor, medida en voltios. I es la intensidad de la corriente eléctrica que circula por el receptor, medida en amperios. R es la resistencia del receptor, medida en ohmios.Ejemplo: Calcula la intensidad que recorrerá un circuito si a una pila de 9 voltios le conectamos una bombilla cuya resistencia es de 30 ohmios.
Ley de Ohm: V = I × R
Sustituimos: 9 v = I × 30 W. Despejamos la intensidad: I = 9 v / 30 W= 0,3 A
PROPIEDADES BÁSICAS DEL MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO
PROPIEDADES MAGNÉTICASEl magnetismo es el fenómeno por el cual los materiales muestran una fuerza atractiva ó repulsiva ó influyen en otros materiales, ha sido conocido por cientos de años. Sin
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embargo, los principios y mecanismos que explican el fenómeno magnético son complejos y refinados y su entendimiento fue eludido hasta tiempos relativamente recientes. Muchos de nuestros dispositivos modernos cuentan con materiales inagnéticos; estos incluyen generadores eléctricos y transformadores, motores eléctricos, radio y TV., teléfonos, computadores y componentes de sistemas de reproducción de sonido y video.El hierro, algunos aceros y la magnetita son ejemplos bien conocidos de materiales que exhiben propiedades magnéticas. No tan familiar sin embargo, es el hecho de que todas las sustancias están influidas de una u otra forma por la presencia de un campo magnético.CONCEPTOS BÁSICOS:Campos Magnéticos.La presencia de un campo magnético rodeando una barra imanada de hierro se puede observar por la dispersión de pequeñas partículas de hierro espolvoreadas sobre un papel colocado encima de una barra de hierro.
Figura 1. Forma del campo magnético formado por partículas magnéticas espolvoreadas sobre una superficie afectada por una barra imanadaLa figura generada por dichas partículas muestra que la barra imanada tiene dos polos magnéticos y las líneas del campo magnético salen de un polo y entran en el otro. En general el magnetismo presenta una naturaleza dipolar; siempre hay dos polos magnéticos ó centros del campo magnético, separados una distancia determinada.Los campos magnéticos también son producidos por conductores portadores de corriente. La figura 2 muestra la formación de un campo magnético alrededor de una larga bobina de hilo de cobre, llamada selenoide, cuya longitud es mayor que su radio.
Figura 2. Solenoide con y sin barra imanada en su interiorPara un solenoide de n vueltas y longitud L, la intensidad del campo magnético H es:
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Inducción Magnética.Si se coloca una barra de hierro desimanada dentro del selenoide, se obtiene que el campo magnético exterior al selenoide es mayor con la barra imanada dentro del selenoide , (ver figura 2). El aumento del campo magnético fuera del selenoide se debe a la suma del campo generado por el selenoide y el campo magnético externo a la barra imanada. El nuevo campo magnético resultante se denomina inducción magnética ó densidad del flujo ó simplemente inducción y se denota por B.La inducción B es la suma del campo aplicado H y el campo externo proveniente de la imanación de la barra dentro del selenoide. El momento magnético inducido por unidad de volumen debido a la barra se denomina intensidad de imanación o simplemente imanación y se denomina por M. en el SI de unidades:
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Permeabilidad Magnética.Cuando colocamos un material ferromagnético dentro de un campo magnético, aumenta la intensidad del campo magnético. Este incremento en la imanación se mide mediante una cantidad llamada permeabilidad magnética m, definida como:
Algunas veces es conveniente describir el comportamiento magnético de un sólido en términos de su permeabilidad relativa mr, dada por:
Los materiales magnéticos que son fácilmente imanados tienen alta permeabilidad magnética.Susceptibilidad Magnética.Dado que la imanación de un material magnético es proporcional al campo aplicado, el factor de proporcionalidad llamado susceptibilidad magnética Xm, se define como:
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