La mayoría de las veces, cuando se trata el tema de la corriente alterna en este nivel, la corriente y los voltajes no varían con el tiempo. Estas corrientes y voltajes se generan a partir de fuentes que se denominan fuentes de CC. En realidad, en las conexiones eléctricas domésticas se utilizan corrientes alternas. Estas corrientes varían con el tiempo y también lo hace el voltaje por dispositivo con ellas. Todos los electrodomésticos que nos rodean en la vida real están cableados para funcionar con este tipo de corrientes y fuentes de voltaje. Para comprender el funcionamiento de estos dispositivos en la vida real, se vuelve esencial comprender los conceptos detrás de la corriente alterna (CA). Veamos estos conceptos en detalle.
Corriente alterna
La corriente alterna se denomina como una corriente que cambia su magnitud y dirección periódicamente. A menudo, este cambio periódico de dirección está definido por una función sinusoidal. La figura que se muestra a continuación muestra el gráfico de la magnitud de la corriente alterna y una corriente de fuentes de CC. Observe que la magnitud de la corriente de las fuentes de CA está cambiando; la magnitud negativa significa que la corriente ha cambiado de dirección; por otro lado, la gráfica de la corriente de una fuente de CC parece una línea constante.
Las corrientes alternas también van acompañadas de tensiones alternas. Una de las ventajas de usar corriente alterna sobre corriente continua es que la corriente alterna se puede transmitir fácilmente y su voltaje se puede aumentar o disminuir fácilmente mediante el uso de transformadores.
Producción
Estas corrientes se pueden generar utilizando dispositivos que se conocen como alternadores. Además de estos, hay muchos circuitos que pueden producir voltajes y corrientes alternas. Una de las formas más básicas de producir un voltaje o corriente de CA es mediante el uso de un generador de CA de una sola bobina. El generador consta de imanes de dos polos y un solo bucle de alambre que tiene una forma rectangular.
Esta configuración se basa en el principio de inducción electromagnética de Faraday. Podemos convertir la energía mecánica en energía eléctrica utilizando este principio. Para suministrar CA, se utilizan los siguientes tres cables:
- Hotwire para la transmisión de energía.
- El cable neutro está conectado a tierra, este cable proporciona un camino de retorno para la corriente en el cable vivo.
- El tercer cable está conectado a tierra y está vinculado a las partes metálicas para evitar riesgos de descargas eléctricas.
Corriente alterna aplicada a una resistencia
La figura que se muestra a continuación muestra una fuente de voltaje alterno que se aplica a una resistencia que está conectada en serie con la fuente. La fuente produce una diferencia de potencial variable sinusoidal entre sus terminales. Supongamos que esta diferencia de potencial se llama voltaje de CA. Entonces, este voltaje que varía sinusoidalmente se puede expresar mediante la siguiente ecuación,
v = v m senωt
Aquí, v m es la amplitud del voltaje oscilante y ω denota su frecuencia angular.
La amplitud de la corriente en el circuito dado está dada por,
yo =
La figura que se muestra a continuación representa ambos valores en el gráfico. Observe que tanto la corriente como el voltaje llegan al máximo y se vuelven cero al mismo tiempo. Esto significa que tienen diferencia de fase cero.
Se puede inferir de la figura que la corriente promedio también es cero en un solo ciclo es cero.
Disipación de potencia
Aunque la corriente promedio a través del ciclo es cero, eso no significa que la disipación de energía promedio a través del ciclo también sea cero. La disipación de energía eléctrica está ahí. Se sabe que el calentamiento de Joule viene dado por i 2 R y depende de i 2 . Este término es siempre positivo independientemente del signo de “i”. Por lo tanto, la disipación promedio no puede convertirse en cero.
pags = (yo metro ) 2 sen 2 ωtR
Esta es la potencia instantánea en el circuito. La disipación de potencia promedio está dada por,
p promedio = 1/2(i m ) 2 R = (v m ) 2 /2R
Expresando esta expresión de poder similar a la expresión habitual.
p promedio = yo 2 R = V 2 /R
Dónde
y
Problemas de muestra
Pregunta 1: Una bombilla tiene una potencia nominal de 100 W para un suministro de 200 V. Encuentre la resistencia de la bombilla.
Responder:
La potencia media está dada por,
P = V 2 /R
Dado:
V = 200
R = ?
P = 100
Reemplazando estos valores en la ecuación,
P = V 2 /R
⇒ 100 = (200) 2 /R
⇒ R = 400 ohmios
Pregunta 2: Encuentra la expresión para la corriente que fluye en el circuito con una resistencia de 5 ohmios. La fuente de tensión funciona con la expresión dada, v = 10sin(30t)
Responder:
Para calcular el valor de la corriente se puede utilizar la ley de Kirchhoff.
∑ε(t) = 0
Aplicando esta ley al circuito que se muestra arriba,
v + iR = 0
10sen(30t) + i5 = 0
i = -2sen(30t)
Pregunta 3: Encuentra la expresión para la corriente que fluye en el circuito con una resistencia de 20 ohmios. La fuente de voltaje funciona con la expresión dada, v = 5sin(20t)
Responder:
Para calcular el valor de la corriente se puede utilizar la ley de Kirchhoff.
∑ε(t) = 0
Aplicando esta ley al circuito que se muestra arriba,
v + iR = 0
5sen(20t) + i(20) = 0
i = -0.25sen(30t)
Pregunta 4: La disipación de potencia promedio en un circuito es de 100 W. La resistencia del circuito es de 10 ohmios. Encuentre el valor pico del voltaje en el circuito.
Responder:
La potencia media está dada por,
P = V 2 /R
Dado:
V = ?
R = 10
P = 100
Reemplazando estos valores en la ecuación,
P = V 2 /R
⇒ 100 = (V ) 2/10
⇒ V = √1000
V = 10√10 V
Este es el valor rms del voltaje.
El valor máximo será,
V pico = V rms √2
⇒ V pico = 10√20
⇒ V pico = 20√5 V
Pregunta 5: La disipación de potencia promedio en un circuito es de 200 W. La resistencia del circuito es de 20 ohmios. Encuentre el valor pico del voltaje en el circuito.
Responder:
La potencia media está dada por,
P = V 2 /R
Dado:
V = ?
R = 20
P = 200
Reemplazando estos valores en la ecuación,
P = V 2 /R
⇒ 200 = (V ) 2/20
⇒ V = √4000
V = 40√10 V
Este es el valor rms del voltaje.
El valor máximo será,
V = V rms √2
⇒ V = 40√20
⇒ V = 80√5 V
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA