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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Contenido Didáctico del Curso Electricidad y Electromagnetismo UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA 2050502 ELECTRICIDAD Y ELECTROMAGETISMO FREDDY REYNALDO TÉLLEZ ACUÑA Director Nacional FUAN EVANGELISTA GÓMEZ RONDÓN Co-autor del Módulo BUCARAMANGA Diciembre de 2010

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  • UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera Contenido Didctico del Curso Electricidad y Electromagnetismo

    UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

    ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA

    2050502 ELECTRICIDAD Y ELECTROMAGETISMO

    FREDDY REYNALDO TLLEZ ACUA

    Director Nacional

    FUAN EVANGELISTA GMEZ RONDN

    Co-autor del Mdulo

    BUCARAMANGA

    Diciembre de 2010

  • UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera Contenido Didctico del Curso Electricidad y Electromagnetismo

    CONTENIDOS

    UNIDAD CAPTULO LECCIONES

    1. ELECTROSTTICA

    1. CARGA ELCTRICA 2. POTENCIAL ELCTRICO 3. CAPACIDAD ELCTRICA

    1. Carga y materia 2. Ley de Coulomb 3. Campo elctrico 4. Lneas de fuerza 5. Ley de Gauss 6. Energa potencial elctrica 7. Diferencia de potencial 8. Superficies equipotenciales 9. El electronvoltio 10. Aplicaciones 11. Condensadores 12. Tipos de condensadores 13. Condensadores en serie y en paralelo 14. Energa en un condensador 15. Efecto de los dielctricos

    2. ELECTRICIDAD

    4. NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD 5. CIRCUITOS ELCTRICOS

    16. El electrn 17. Corriente elctrica 18. Fuerza electromotriz 19. Fuentes de electricidad 20. Seales continuas y alternas 21. Componentes de un circuito elctrico 22. Resistencia elctrica 23. Tipos de resistencias 24. Cdigo de colores para resistencias elctricas 25. Resistencias elctricas en serie y en paralelo

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    6. LEYES DE LOS CIRCUITOS ELCTRICOS

    26. Ley de Ohm 27. Potencia elctrica 28. Circuito serie 29. Circuito paralelo 30. Leyes de Kirchhoff

    UNIDAD CAPTULO LECCIONES

    3. ELECTROMAGNETISMO

    7. MAGNETISMO 8. ELECTROMAGNETISMO 9. APLICACIONES

    31. Imanes 32. Campo magntico de un imn 33. Circuito magntico 34. Inductancia 35. Inductancias en serie y en paralelo 36. Campo magntico creado por una corriente 37. Ley de Ampere 38. Ley de Ley de Biot- Savart 39. Induccin Magntica 40. Fuerza sobre un conductor 41. Horno de Induccin 42. Motor elctrico 43. Generador elctrico 44. El transformador elctrico 45. Antenas

  • UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera Contenido Didctico del Curso Electricidad y Electromagnetismo

    ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

    El contenido del mdulo para el curso acadmico Electricidad y

    Electromagnetismo fue recopilado en el ao 2010 por el Ing. Freddy Reynaldo

    Tllez, docente de la UNAD.

    Este mdulo nace de la experiencia de los autores, los cules han trabajado

    durante varios aos como directores nacionales de cursos tan importantes como

    Fsica General, Fsica Electrnica, Microprocesadores & Microcontroladores,

    Electromagnetismo y Campos Electromagnticos.

    El docente Freddy Tllez es Ingeniero Electricista y Magster en Potencia

    Elctrica de la Universidad Industrial de Santander. Se ha desempeado como

    docente e investigador de la UNAD desde el 2004 y ha sido catedrtico e

    investigador de diversas universidades.

    El docente Fuan Evangelista Gmez Rendn es Fsico Puro y Especialista

    en Ciencias Electrnicas e Informtica de la Universidad de Antioquia, Especialista

    en Diseo de Ambientes de Aprendizaje ( apoyado en las Tics ) de la Universidad

    Minuto de Dios y actualmente se encuentra desarrollando su Maestra en Fsica en

    la A.I.U ( Atlantic International University ). Se ha desempeado como docente de

    la UNAD desde el 2005 y ha sido catedrtico de prestigiosas universidades del

    medio.

    Los autores han tomado algunas referencias e imgenes del mdulo de

    Electromagnetismo , el cual fue diseado y escrito para la UNAD por el

    Ingeniero Carlos Jaimes ( este material fue actualizado por el docente Fuan

    Evangelista Gmez en el 2010 )

    Los autores esperan mejorar y actualizar este material de estudio en el

    2011 y para ello esperan sus aportes. Felicidades.

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    INTRODUCCIN

    Nuestro pas progresivamente ha venido entrando en la modernizacin

    tecnolgica, que hasta hace algunos aos era aplicada slo en pases altamente

    industrializados. Este avance continuo y vertiginoso en la transformacin de

    nuestro entorno, hace imprescindible para muchas personas obtener una

    informacin rpida y clara sobre las bases en las que se soporta todo este

    desarrollo.

    El presente mdulo, tiene entonces como finalidad principal ubicar al estudiante

    dentro del contexto de la electricidad y el electromagnetismo, por medio de una

    formacin de carcter analtico y conceptual, mediante el desarrollo de habilidades

    y destrezas, necesarias para que los estudiantes se enfrenten con cierta

    propiedad ante las situaciones que puedan surgir en esta sociedad tecnificada.

    Esta formacin ha de servir al estudiante para que se familiarice con los pilares

    fsicos en los que, por un lado, se sustenta la actual era de la electrnica y las

    telecomunicaciones y, por otro, se construye el conocimiento acerca de la

    ingeniera aplicada y las nuevas tecnologas.

    El Mdulo contiene, entre otras, las siguientes temticas:

    Conceptos de electrosttica, electricidad y electromagnetismo.

    Definicin de importantes variables y magnitudes fsicas.

    Leyes bsicas de los campos y los circuitos elctricos.

    Descripcin de componentes y tipos de circuitos elctricos.

    Aplicaciones de la electrosttica y el electromagnetismo.

    Deseamos finalmente que este texto sirva para enriquecer sus conocimientos y le

    permita desempearse mejor en nuestra sociedad. Cualquier comentario o

    sugerencia que nos pueda brindar para el mejoramiento de este material, ser

    gratamente recibida.

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    UNIDAD 3

    ELECTROMAGNETISMO

    CONTENIDOS

    Captulo 7. Magnetismo

    31. Imanes 32. Campo magntico de un imn 33. Circuito magntico 34. Inductancia 35. Inductancias en serie y en paralelo

    Captulo 8. Electromagnetismo

    36. Campo magntico creado por una corriente 37. Ley de Ampere 38. Ley de Ley de Biot - Savart 39. Induccin Magntica 40. Fuerza sobre un conductor Captulo 9. Aplicaciones

    41. Horno de Induccin 42. Motor elctrico 43. Generador elctrico 44. El transformador elctrico 45. Antenas

  • UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera Contenido Didctico del Curso Electricidad y Electromagnetismo

    CAPTULO 7: MAGNETISMO

    Leccin 31: Imanes

    Sabemos, a travs de la experiencia, que la fuerza magntica entre dos polos es

    muy semejante a la fuerza elctrica que se experimenta entre dos cargas

    elctricas, pero hay una significativa y profunda diferencia entre ambas fuerzas:

    las cargas elctricas pueden aislarse ( los cuantos elementales de electricidad son

    el protn - con carga positiva - y el electrn - con carga negativa - ), en tanto que

    lo polos magnticos no pueden separarse ni aislarse, es decir, los polos

    magnticos siempre se encuentran en pares.

    Cuando enfrentamos dos imanes independientes y acercamos cada uno de ellos

    por sus extremos, si los polos que se acercan tienen diferente polaridad se atraen,

    pero si las polaridades que se acercan son las mismas existir una repulsin.

    Las experiencias realizadas hasta el momento para detectar un monopolo

    magntico aislado no han dado resultados satisfactorios, sin embargo, en algunos

    foros internacionales se habla muy seriamente y como un hecho revolucionario

    para la fsica, que se est trabajando fuertemente para aislar un monopolo

    magntico y en algunos peridicos se considera ya este trabajo como uno de los

    grandes temas o logros.

    Al tomar un imn permanente y cortarlo cuidadosamente en dos partes casi

    iguales, se ha mostrado siempre que quedan dos imanes y cada uno de ellos tiene

    un polo norte y un polo sur.

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    Leccin 32: Campo magntico de un imn

    Todos hemos evidenciado, en algn momento, la experiencia de atraer un

    pequeo objeto metlico o un trocito de hierro con un imn. En ese instante nos

    sorprendi la existencia de una fuerza invisible alrededor del imn. Hoy

    conocemos a esa fuerza como campo magntico.

    Si analizamos con ms detalle el campo magntico en un imn, podremos

    identificar unas lneas de fuerza que salen del imn por su polo norte, recorren el

    aire que rodea al imn y finalmente llegan a su polo sur, para formar una

    trayectoria o circuito cerrado de fuerza. Entre ms fuerte sea el imn, mayor ser

    el nmero de lneas de fuerza y el rea de atraccin de su campo magntico.

    Leccin 33: Circuito magntico [4]

    El concepto de circuito magntico surge como un mtodo para la solucin de

    ciertos problemas, aplicando una tcnica muy similar a la empleada en el anlisis

    de circuitos elctricos.

    Los dispositivos magnticos como toroides, transformadores, motores,

    generadores y rels pueden considerarse circuitos magnticos. Su anlisis se

    simplifica significativamente si se aplica la siguiente analoga, la cual surge al

    comparar un circuito magntico con un circuito elctrico.

    Veamos entonces, el resumen de la analoga entre los circuitos magnticos y los

    elctricos:

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    De la tabla anterior, un trmino un tanto nuevo, es el que corresponde a la fuerza

    magnetomotriz ( Fmm ), que se define como:

    Fmm = N . i

    N = nmero de espiras de la bobina

    i = corriente que circula por la bobina

    El origen de la fuerza magnetomotriz, en circuitos magnticos, suele ser entonces

    una bobina portadora de corriente como la que aparece en la figura anterior.

    La reluctancia R se define como:

    R = L / ( A )

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    L = longitud media del ncleo magntico.

    A = rea de la seccin transversal del ncleo magntico.

    La relacin bsica para los elementos de un circuito elctrico es la Ley de Ohm

    ( V = i . R ), que expresada en trminos un circuito magntico es:

    Fmm = . R

    Con base en esto, es posible aplicar las leyes de corriente y voltaje de Kirchhoff a

    un circuito magntico dado, tal como se aplicaran en un circuito elctrico.

    Ejemplo:

    Se tiene un ncleo magntico con una reluctancia de 50000 [ amperios-vuelta /

    Weber ], en el cual se aloja una bobina de alambre de cobre formada por 100

    espiras o vueltas. Si se hace circular por la bobina una corriente elctrica de 2

    amperios, cual es el flujo total que recorre el ncleo magntico ?

    Despejando el flujo magntico, de la ecuacin Fmm = . R, se tiene que:

    = Fmm / R = ( N . i ) / R

    = ( 100 vueltas * 2 Amp ) / ( 50000 Amp-vuelta / Wb )

    = 0,004 Weber = 4 mili-Wb

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    Leccin 34: Inductancia

    Los inductores son elementos pasivos formados por un arrollamiento de hilo

    conductor, bobinado normalmente sobre un ncleo de una sustancia

    ferromagntica. La ferrita y la chapa magntica son buenos ejemplos de los

    materiales ms empleados. En algunas aplicaciones el ncleo es de aire, aunque

    esta sustancia es mucho menos conductora del campo magntico que los

    elementos ferromagnticos.

    Una inductancia es un dispositivo elctrico que genera un flujo magntico cuando

    se hace circular por ella una corriente elctrica. Las inductancias acumulan

    energa en forma de corriente.

    La corriente que circula por la bobina puede ser continua o variable. En este ltimo

    caso, el flujo que se crea tambin es variable.

    La unidad de medida es el Henrio ( H )

    1 Weber-Vuelta / 1 amperio = 1 henrio

    Las bobinas no son muy empleadas en electrnica debido a su tamao, peso y

    existencia de un campo magntico que puede alterar el comportamiento de otros

    elementos. Sin embargo su principio de funcionamiento se emplea en la

    construccin de otros elementos importantes como el transformador, el

    electroimn y los motores elctricos.

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    Leccin 35: Inductancias en serie y en paralelo

    Tomado de: http://www.unicrom.com/Tut_bobinas_serie_paralelo.asp

    Bobinas o inductores en serie En muchas ocasiones es necesario agrupar varias bobinas o inductores que estn conectadas en serie. El clculo del inductor o bobina equivalente (LT) de varios inductores en serie, es similar al mtodo de clculo del equivalente de resistencias en serie, slo es necesario sumarlas. En el diagrama que sigue, hay 3 inductores o bobinas en serie. La frmula a utilizar es: (sumatoria de los valores de los inductores)

    LT = L1 + L2 + L3

    Si se quisiera poner ms de 2 o 3 inductores, se usara la siguiente frmula:

    LT = L1 + L2 + L3 +......+ LN

    donde N es el nmero de bobinas colocadas en serie. Ejemplo: Se tienen 2 inductancias con valores de 6 y 3 Henrios. Si se conectan en serie, la inductancia equivalente sera de:

    LT = L1 + L2 = 6 + 3 = 9 Henrios

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    Bobinas o inductores en paralelo El clculo del inductor equivalente a varias bobinas en paralelo, es similar al clculo que se hace cuando se trabaja con resistencias en paralelo. El caso que se presenta es para 3 inductores y se calcula con la siguiente frmula:

    1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3

    Pero la frmula se puede generalizar para cualquier nmero de inductores, con la siguiente frmula:

    1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + .... 1/LN donde N es el nmero de inductores que se conectan en paralelo. Ejemplo: Se tienen 2 inductancias con valores de 6 y 3 Henrios. Si se conectan en paralelo, la inductancia equivalente sera de:

    1/LT = 1/L1 + 1/L2 = 1/6 + 1/3

    1/LT = ( 1 + 2 ) / 6 = 3 / 6

    LT = 6 / 3

    LT = 2 Henrios

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    CAPTULO 8: ELECTROMAGNETISMO

    Leccin 36: Campo magntico creado por una corriente

    El clebre profesor dans Hans Christian Oersted, a travs de diversas

    experimentaciones en fsica, encontr que cuando una corriente elctrica circulaba

    por un conductor y se acercaba una brjula al alambre, exista un movimiento de

    la aguja de la brjula y cuando se apagaba el sistema, la aguja recuperaba su

    posicin inicial.

    Ese fue un gran descubrimiento para la humanidad, los campos elctricos y los

    magnticos no eran entes individuales, estaban ntimamente relacionados entre s.

    Esa noticia se difundi rpidamente por todos los medios acadmicos y cientficos

    de la poca y el asombro y las inquietudes por el fenmeno reportado, reinaban en

    todos los escenarios; era el comienzo de la magia del electromagnetismo; los

    campos electromagnticos comenzaban a abrirse camino en los centros

    acadmicos y tecnolgicos del mundo.

    Leccin 37: Ley de Ampere [4]

    La Ley de Ampere es una relacin til, que establece una relacin entre la

    componente tangencial del campo magntico (H), en los puntos de una curva

    cerrada y la corriente neta que atraviesa la superficie limitada por dicha curva. En

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    otras palabras, la corriente elctrica neta que circula a travs de una trayectoria

    cerrada determina la intensidad del campo magntico ( H ), de tal forma que:

    H . dL = Ineta

    La Ley de Ampere es un caso especial o particular de la Ley de Biot-Savart y es

    til para determinar campos magnticos ( H ) en algunas distribuciones simtricas

    de corriente, similar a como se manejo la Ley de Gauss para el campo elctrico.

    Como caso especial, para aplicar esta ley, est el estudio del campo magntico

    generado por una corriente elctrica que se transporta por un filamento de longitud

    infinita, como se aprecia en la grfica siguiente:

    Para determinar H en un punto P, se asume que una trayectoria cerrada pasa por

    P, alrededor del filamento que conduce la corriente. Se puede por facilitad asumir

    que la trayectoria cerrada es un crculo, y que esta trayectoria encierra a la

    corriente i en su totalidad. De acuerdo con la Ley de Ampere se tiene que:

    Ineta = H . dL = H . L

    Donde L es la longitud de la trayectoria cerrada alrededor de la corriente i, que

    equivale a una circunferencia de longitud 2..R , con lo cual:

    Ineta = 2 . H . . R

    De donde: H = Ineta / 2 . . R

    Esta expresin permite evaluar el campo magntico a una distancia R del

    filamento cuando transporta una corriente elctrica i .

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    Leccin 38: Ley de Biot-Savart [4]

    Los campos magnticos pueden generarse entonces por medio de imanes o

    por medio de corrientes elctricas . La experimentacin motivada por estos

    descubrimientos, estimul la creacin de diversas formas de bobinas, capaces de

    transportar corriente y todas con la finalidad de tratar de encontrar una expresin

    valida que relacionara el campo magntico y la corriente elctrica . La ley de

    Biot-Savart es la expresin que permiti validar esa realidad y esa esperanza.

    Esta Ley se denomina as en homenaje a los fsicos Jean-Baptiste Biot y Flix

    Savart y establece que la intensidad de campo magntico H, producida en un

    punto P por una corriente i circulante en una trayectoria L, es proporcional a la

    magnitud de esta corriente e inversamente proporcional al cuadrado de la

    distancia ( d ) entre ese punto y el elemento por el que circula esta corriente.

    Esto se puede ilustrar de la siguiente manera:

    y la expresin correspondiente es:

    H = k ( i L ) / d2

    , donde k es la constante de proporcionalidad. Reemplazando k en la expresin

    anterior se obtiene:

    H = * ( i L ) / d2

    El sentido de la intensidad de campo ( H ) se puede determinar de forma prctica

    aplicando la regla de la mano derecha , mediante la cual, el pulgar apunta en la

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    direccin de la corriente y los dedos rodean el alambre en la direccin de H, como

    se puede ilustrar a continuacin, en la figura de la izquierda.

    Igualmente, se puede aplicar la regla del tornillo de rosca derecha , en la cual si

    el tornillo se coloca a lo largo del alambre y apuntando en la direccin del flujo de

    corriente, la direccin de su avance ser la direccin de H, como se muestra en la

    figura de la derecha.

    La direccin de la intensidad de campo magntico H ( o de la corriente i ) suele

    representarse por un punto o una cruz dentro de un circulo, dependiendo de si

    aquella sigue un curso hacia fuera o hacia adentro del plano de la pgina, como se

    ilustra en las siguientes grficas:

    Leccin 39: Induccin Magntica

    Tomado de: http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electromag/ke_electromag_2.htm

    Si cogemos un alambre conductor de cobre, ya sea con forro aislante o sin ste, y lo

    movemos de un lado a otro, entre los polos diferentes de dos imanes, de forma tal que

    atraviese y corte sus lneas de fuerza magnticas, en dicho alambre se generar por

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    induccin, una pequea fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir con un

    galvanmetro ( instrumento semejante a un voltmetro ), que se utiliza para detectar

    pequeas tensiones o voltajes.

    Este fenmeno fsico, conocido como "induccin magntica" se origina cuando el

    conductor corta las lneas de fuerza magnticas del imn, lo que provoca que las

    cargas elctricas contenidas en el metal del alambre de cobre ( que hasta ese

    momento se encontraban en reposo ), se pongan en movimiento creando un flujo de

    corriente elctrica. Es preciso aclarar que el fenmeno de induccin magntica slo se

    produce cada vez que movemos el conductor a travs de las lneas de fuerza

    magntica. Si mantenemos sin mover el alambre dentro del campo magntico

    originado por los polos de los dos imanes, no se inducir corriente alguna.

    En esa propiedad de inducir corriente elctrica cuando se mueve un conductor dentro

    de un campo magntico, se basa el principio de funcionamiento de los generadores de

    corriente elctrica.

    Leccin 40: Fuerza sobre un conductor

    Tomado de: http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electromag/ke_electromag_2.htm

    Ahora bien, si en vez de moverlo colocramos el mismo conductor de cobre dentro del

    campo magntico de los dos imanes y aplicamos una diferencia de potencial o voltaje

    en sus extremos, como una batera, por ejemplo, el campo magntico que produce la

    corriente elctrica alrededor del conductor, al circular a travs del mismo, provocar

    que las lneas de fuerza o campo magntico de los imanes lo rechacen.

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    De esa forma el conductor se mover hacia un lado o hacia otro, en dependencia del

    sentido de circulacin que tenga la corriente, provocando que rechace el campo

    magntico y trate de alejarse de su influencia.

    Cuando aplicamos una diferencia de potencial, tensin o voltaje a un conductor y lo situamos dentro de las lneas de fuerza de un campo magntico, como el de dos imanes, por ejemplo, ste ser rechazado hacia uno u otro lado, en dependencia del sentido de direccin que tenga la corriente que fluye por el conductor.

    El campo magntico que se crea alrededor del alambre de cobre, cuando fluye la corriente elctrica, hace que ste se comporte tambin como si fuera un imn y en esa propiedad se basa el principio de funcionamiento de los motores elctricos.

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    CAPTULO 9: APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO

    Leccin 41: Horno de Induccin [4]

    Es un horno elctrico, en el que el calor es generado por la induccin elctrica de

    un medio conductivo ( un metal ) en un crisol, alrededor del cual se encuentran

    enrolladas unas bobinas magnticas. La ventaja del horno de induccin, es que es

    limpio, eficiente desde el punto de vista energtico y es un proceso de fundicin de

    metales ms controlable que la mayora de los dems modos de fundicin de

    metales.

    Las fundiciones modernas utilizan este tipo de horno y cada vez ms fundiciones

    estn sustituyendo los altos hornos por los de induccin, debido a que aquellos

    generaban mucho polvo y otros contaminantes. El rango de capacidades de los

    hornos de induccin abarca desde menos de un kilogramo hasta cien toneladas y

    son utilizados para fundir hierro, acero, cobre, aluminio y metales preciosos.

    El rango de frecuencias de operacin va desde la frecuencia de red ( 50 o 60Hz )

    hasta los 10 KHz, en funcin del metal que se quiere fundir, la capacidad del horno

    y la velocidad de fundicin deseada.

    Un horno de induccin en funcionamiento normalmente emite un zumbido, silbido

    o chirrido (debido a la magnetostriccin), cuya frecuencia puede ser utilizada por

    los operarios con experiencia para saber si el horno funciona correctamente o a

    qu potencia lo est haciendo.

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    Leccin 42: Motor elctrico [4]

    Un motor elctrico es un dispositivo dinamo-elctrico, encargado de transformar

    energa elctrica en energa mecnica por medio de la interaccin de campos

    magnticos. Un motor se puede utilizar para convertir energa mecnica en

    energa elctrica dando lugar a un generador de energa elctrica. Los motores

    elctricos de traccin usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si

    se los equipa con frenos dinamo.

    Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y

    dems aplicaciones que no requieran autonoma respecto de la fuente de energa,

    dado que la energa elctrica es difcil de almacenar. La energa de una batera de

    varios kilogramos equivale a la que contienen 80 gramos de gasolina. As, en

    automviles se estn empezando a utilizar en vehculos hbridos para aprovechar

    las ventajas de ambos.

    Tanto motores de corriente alterna como motores de corriente directa, se basan en

    el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el

    cual circula una corriente elctrica se encuentra dentro de la accin de un campo

    magntico ste tiende a desplazarse perpendicularmente a las lneas de accin

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    del campo magntico. El conductor tiende a funcionar como un electroimn debido

    a la corriente elctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera

    propiedades magnticas, que provocan, debido a la interaccin con los polos

    ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

    Partiendo del hecho que cuando pasa corriente elctrica por un conductor se

    produce un campo magntico, adems si lo ponemos dentro de la accin de un

    campo magntico potente, el producto de la interaccin de ambos campos

    magnticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo as la

    energa mecnica. Dicha energa es comunicada al exterior mediante el eje del

    rotor del motor.

    Leccin 43: Generador elctrico [4]

    Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de

    potencial elctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes.

    Los generadores elctricos son mquinas destinadas a transformar la energa

    mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo

    magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura

    (denominada tambin estator). Si mecnicamente se produce un movimiento

    relativo entre los conductores y el campo, se generara una F.E.M. o voltaje.

    Tomada de: http://www.afinidadelectrica.com.ar/articulo.php?IdArticulo=36

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    Los generadores se clasifican principalmente en dos tipos: primarios y

    secundarios. Son generadores primarios los que convierten en energa elctrica, la

    energa de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, mientras

    que los secundarios entregan una parte de la energa elctrica que han recibido

    previamente.

    Los generadores primarios son fundamentales en pocas y en regiones donde la

    electricidad es generada por medios hidrulicos ( hidroelectricidad ).

    Leccin 44: El transformador elctrico

    El transformador bsico consta de dos bobinas elctricamente aisladas y

    enrolladas sobre un ncleo comn.

    La energa se transfiere de una bobina a otra por medio de acoplamiento

    magntico. La bobina que recibe la energa de la fuente de c.a. se llama devanado

    primario. La que proporciona energa a una carga a se llama devanado

    secundario.

    El ncleo de los transformadores se hace con un material magntico usualmente

    acero laminado. Algunas bobinas se arrollan sencillamente sobre formas huecas

    no magnticas ( por ejemplo, de cartn o de plstico ), de manera que el material

    del ncleo sea en realidad el aire.

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    Si se supone que el transformador opera en condiciones ideales, la transferencia

    de la energa de un voltaje a otro no va acompaada por perdidas.

    El voltaje en las bobinas de un transformador es directamente proporcional al

    nmero de vueltas ( o espiras ) de cada una de ellas. Esta relacin se expresa por

    la frmula :

    Vp / Vs = Np / Ns

    En la que:

    Vp = voltaje en la bobina del primario

    Vs = voltaje en la bobina del secundario

    Np = nmero de vueltas en la bobina del primario

    Ns = nmero de vueltas en la bobina del primario

    El cociente Vp / Vs se llama relacin de voltaje ( RV ), el cociente Np / Ns se

    denomina relacin de vueltas ( RN ). Al sustituir estas cantidades en la ecuacin

    obtenemos la frmula equivalente :

    RV = RN

    Una relacin de voltaje de 1:4 significa que por cada voltio del primario del

    transformador, en el secundario hay 4 voltios. Cuando el voltaje del secundario es

    mayor que el voltaje del primario, al transformador se le llama elevador.

    Una relacin de voltaje de 4:1 significa que por cada 4 V del primario, el

    secundario hay slo 1 V . Cuando el voltaje del secundario es menor que el

    primario, al transformador se le llama reductor.

    Leccin 45: Antenas [4]

    Otro campo de inters cientfico, tecnolgico y econmico, es el trabajo con las

    antenas, las cules son dispositivos capaces de emitir o de recibir seales

    electromagnticas.

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    El mundo actual es una gran telaraa por la gran cobertura de las redes

    informticas, telefnicas y satelitales, que permiten que la sociedad del

    conocimiento se afiance y haga de la tecnologa un elemento fundamental para

    favorecer las relaciones sociales las cuales han cambiado profundamente con las

    telecomunicaciones.

    Tomada de: http://www.upv.es/satelite/trabajos/pracGrupo2/terrestre/datos1.html

    En cada ciudad del planeta se encuentran antenas que reciben, que emiten o que

    retransmiten las ondas electromagnticas. Tambin se tienen antenas dirigidas al

    espacio exterior tratando de percibir ondas de radio de otros mundos o seales

    remotas que puedan aportar conocimientos cientficos a la humanidad.

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    APNDICE A. NOTACIN CIENTFICA

    En ingeniera es normal el tratar con nmeros que son bastante grandes o

    pequeos para ser escritos en un papel. Es por ello que se ha ideado una manera

    de escribir este tipo de cifras de una manera cmoda y accesible. Esta notacin se

    denomina notacin cientfica.

    Esta notacin cientfica consiste en escribir el nmero como una cifra comprendida

    entre 1 y 10, y luego multiplicarla por la potencia de 10 ms adecuada.

    Para comprender un poco mejor esto veamos los siguientes ejemplos:

    Ejemplo. Utilice la notacin cientfica para calcular:

    a)

    b) 6000 0,000012

    Solucin:

    a) 0,0015 / 3000000 = 1,5 x 10-3 / 3 x 106 = 0,5 x 10-9 = 5 x 10-10

    b) 6000 0,000012 = 6 x 103 1,2 x 10-5 = 7,2 102 = 0,072

    A partir del anterior ejemplo podra usted deducir una regla general para la

    multiplicacin y la divisin utilizando la notacin cientfica ?

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    APNDICE B. UNIDADES Y PREFIJOS

    El Sistema Mtrico Internacional de Unidades, comnmente llamado SI, es el que

    ms se emplea en electricidad. Sus unidades bsicas son :

    UNIDADES BSICAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL

    Magnitud Fsica Unidad Smbolo

    Longitud metro m

    Masa kilogramo Kg

    Tiempo segundo s

    Corriente elctrica amperio A

    Temperatura Kelvin K

    Intensidad luminosa candela cd

    Cantidad de sustancia mol mol

    De las unidades bsicas se obtienen otras unidades muy usadas e importantes

    para el desarrollo del curso, las cuales se presentan a continuacin:

    Magnitud Unidad Smbolo

    Fuerza newton N

    Trabajo, Energa joule J

    Potencia vatio W

    Carga elctrica coulombio C

    Tensin elctrica voltio V

    Resistencia elctrica ohmio

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    Conductancia elctrica siemens S

    Capacidad elctrica faradio F

    Flujo magntico weber Wb

    Inductancia elctrica henrio H

    Induccin magntica tesla T

    Frecuencia hertz Hz

    En el estudio de la electricidad, algunas unidades resultan demasiado grandes o

    demasiado pequeas para que su uso sea conveniente. Es por eso que se

    emplean algunos prefijos para referirnos a ellas con mayor propiedad. Los ms

    empleados se presentan en la siguiente tabla:

    FACTOR PREFIJO SMBOLO

    106 mega M

    103 kilo K

    10-3 mili m

    10-6 micro

    10-9 nano n

    10-12 pico p

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    GLOSARIO DE TRMINOS

    Admitancia: Medicin de la facilidad que presenta un conductor al flujo de la

    corriente elctrica, ( es inversa a la impedancia ).

    Amperio ( A ): Unidad de medida de la corriente elctrica, es la cantidad de carga

    que circula por un conductor por unidad de tiempo.

    Banda de conduccin: Regin de un tomo, molcula o red de tomos o

    molculas en la que los electrones circulan libremente.

    Banda de valencia: Regin de un tomo, molcula o red de tomos en la cual los

    electrones estn ligados al ncleo atmico.

    Banda prohibida: Regin que est entre la banda de valencia y la de conduccin,

    en la cual los electrones de un tomo, molcula o red de tomos o molculas

    atraviesan por un proceso cuntico para que, por ejemplo, los electrones de la

    banda de valencia lleguen a la de conduccin. El ancho de la banda prohibida se

    mide en unidades de energa y determina que un material sea conductor,

    semiconductor o aislante.

    Capacitancia: Es la relacin entre la carga electrosttica entre dos conductores y

    la diferencia de potencial requerida para mantener esa carga.

    Circuito paralelo: Circuito que tiene ms de un camino para la corriente, donde

    los elementos comparten los terminales.

    Circuito serie: Circuito con un nico camino para la corriente, donde los

    elementos van uno a continuacin del otro.

    Condensador: Dispositivo que almacena carga elctrica. En su forma ms

    sencilla, un condensador est formado por dos placas metlicas separadas por

    una lmina no conductora o dielctrico. Al conectar una de las placas a un

    generador, sta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.

    Conductancia ( G ): G = 1 / Resistencia. Es el inverso de la resistencia. Un

    elemento (resistor) con alta resistencia tiene baja conductancia, un resistor con

    baja resistencia tiene alta conductancia.

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    Corriente Elctrica: Es equivalente al flujo de carga ( generalmente electrones ) a

    travs de un conductor.

    Corriente Alterna ( CA ): Corriente elctrica que cambia su amplitud en forma

    peridica en el tiempo.

    Corriente Continua (CC): Es la corriente que fluye en una sola direccin. Las

    bateras, las celdas solares, etc. producen corriente en CC. Este tipo de corriente

    no cambia su magnitud ni su sentido en el tiempo.

    Coulombio ( C ): Unidad de medicin de la carga elctrica. Un coulombio equivale

    a 6.25x1018 electrones.

    Electricidad: Forma de la energa debida a la separacin o movimiento de los

    electrones que forman los tomos, cuya manifestacin ms caracterstica es la

    propiedad que por friccin, compresin, etc., adquieren ciertas sustancias de

    atraer cuerpos ligeros y producir chispas.

    Electrnica: Ciencia que trata del comportamiento de los electrones libres; del

    paso de los electrones a travs de espacios vacos o de gases ms o menos

    enrarecidos.

    Faradio ( F ): Unidad de Capacidad. Es la carga de un condensador que

    aplicndole la tensin de 1 voltio, admite la carga de 1 Culombio.

    Henrio ( H ): Unidad de Inductancia. Es la inductancia de una bobina que

    haciendo variar en 1 amperio/seg, se induce en ella la tensin de un voltio.

    Hertz ( Hz ): Cantidad de ciclos completos de una onda en una unidad de tiempo.

    1 Hertz = 1 ciclo/s.

    Impedancia: Oposicin total que un circuito ofrece al paso de la corriente elctrica

    alterna, esta es una combinacin de la Resistencia, Capacitancia ( reactancia

    capacitiva ) e Inductancia ( reactancia inductiva ), se mide en ohmios.

    Inductancia: Propiedad de un circuito para oponerse al cambio en el flujo de la

    corriente, provoca que la corriente se retrase con respecto al voltaje, se mide en

    Henrios.

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    Multmetro: Instrumento todo propsito, tambin llamado Tster, VOM, DMM,

    etc., utilizado para efectuar mediciones de tensin ( voltaje ), corriente continua,

    corriente alterna, resistencia y a veces tambin: diodos, transistores,

    condensadores, etc.

    Ohmio ( ): Unidad de medicin de la resistencia elctrica, representada por la

    letra griega omega.

    Potencia: Velocidad con que se suministra o consume energa.

    Resistencia Elctrica: Medida de la oposicin al paso de la corriente elctrica al

    aplicarse un voltaje, se mide en ohms.

    Siemens (Mho): Unidad de medida de la conductancia (G).

    Vatio ( W ): Unidad de la potencia.

    Voltaje: Diferencia de potencial, trmino comnmente usado para referirse a la

    fuerza electromotriz.

    Voltio ( V ): Unidad de medicin de la diferencia de potencial elctrico o tensin

    elctrica, comnmente llamado voltaje.

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    BIBLIOGRAFA

    [ 1 ] MDULO DE ESTUDIO: Fsica Electrnica UNAD

    [ 2 ] MDULO DE ESTUDIO: Campos Electromagnticos UNAD

    [ 3 ] MDULO DE ESTUDIO: Fsica Electrnica UNISUR

    [ 4 ] MDULO DE ESTUDIO: Electromagnetismo UNAD

    [ 5 ] GUSSOW, Milton. Fundamentos de Electricidad. Editorial Mc Graw Hill.

    [ 6 ] HALLIDAY, D.; RESNICK, R. y WALKER, J. Fundamentos de Fsica

    (6 edicin, 2 volmenes). Editorial CECSA.

    [ 7 ] SEARS, F.W.; ZEMANSKY, M.W. y YOUNG, H.D. Fsica Universitaria

    (6 edicin). Addison-Wesley.

    [ 8 ] SERWAY, R.A. y JEWETT, J.W. Fsica (3 edicin, 2 volmenes). Editorial

    Thomson-Paraninfo.

    [ 9 ] TIPLER, P. A. Fsica (2 volmenes). Editorial Revert (Barcelona)

    [ 10 ] WILSON, J.D.: Fsica (2 edicin). Editorial Prentice-Hall.