conductor) de manera de girar dentrodel campo magntico uniforme,como se ve en la figura 2.Un campo magntico uniformese caracteriza por tener la misma intensidaden todos sus puntos, lo quenos lleva a representarlo por lneasde fuerza paralelas. Vamos a representaresta espira vista desde arribapara comprender con mayor facilidadlos fenmenos que se producirncuando la giramos, como muestrala figura 3.Partiendo entonces de la posicinde la figura 3, hacemos que laespira gire 90 en el sentido indicado,de modo que corte las lneas defuerza del campo magntico.En estas condiciones, a medidaque la espira "entra" en el campo, elngulo se va acentuando de maneraque al llegar a 90, el valor va desdecero hasta el mximo.En esta posicin, la espira corta elcampo en forma perpendicular aunqueslo sea por un instante. Comola tensin inducida depende del ngulo,vemos que en este arco de 90,el valor va desde 0 hasta el mximo,lo que puede representarse medianteel grfico de la figura 4. Continuandola rotacin de la espira, vemosque entre 90 y 180 tiende a"salir" del campo y se va reduciendoel ngulo segn el cual corta las lneasde fuerza del campo magntico.La tensin inducida en estas condicionescae hasta el mnimo en estearco.Vea que realmente la tensincae a cero pues a 180, aunque slopor un instante, el movimiento de laespira es paralelo a las lneas de fuerzay entonces nohay induccin.En la figura 5 setiene la representacingrfica de loque ocurre con elvalor de la tensinen estos arcos de90 (0 a 90 y 90 a180).R e c o r r i e n d oahora 90 ms, de180 a 270, la espiravuelve a "penetrar"en el campo magnticoen forma msacentuada pero ensentido opuesto aldel arco inicial. Asocurre la induccinpero la polaridad detensin en los extremosde la espira seha invertido, es decir,si tomamos una referenciainicial que llevea una representacin positivaen los 180 grados iniciales, apartir de este punto la representacinser negativa comomuestra la figura 6.Igualmente, la tensin asciende,pero hacia valores negativosmximos, hasta llegaren los 270 grados al punto decorte, prcticamente perpendicularaunque sea por un breveinstante. En los 90 finales de lavuelta completa, de 270 a 360 grados,nuevamente el ngulo en elque la espira corta las lneas de fuerza,disminuye y la tensin inducidacae a cero.El ciclo completo de representacinde la tensin generada se ve enla figura 7.Si tuviramos un circuito externopara la circulacin de la corriente ysi la resistencia fuera constante, la intensidaddepender exclusivamentede la tensin). La corriente circulantetendr entonces las mismas caractersticasde la tensin, es decir, variarsegn la misma curva.Como la tensin generada estregida por la funcin seno (sen a)que determina el valor segn el ngulo,ya que B y L son constantes, laforma de la onda recibe el nombrede sinusoide. Se trata, por lo tanto deCaptulo 573Fig. 3Fig. 2Fig. 4Fig. 5una corriente alterna sinusoidal. Paragenerar esta corriente alterna sinusoidalse establece una tensin tambinsinusoidal. Esa tensin, tambinalterna tiene la misma representacingrfica.Podemos decir entonces:"Una tensi n alterna produce unacorriente alterna que es aquella cuyaintensidad vara en forma constanteseg n una funci n peri dica y susentido se invierte constantemente."Vea que una "funcin peridica"es la que se repite continuamentecomo la sinusoide que es la misma acada vuelta de espira (figura 8).Una corriente alterna s lo puedeser establecida por una tensi n alterna.El tiempo que la espira tarda endar una vuelta completa determinaun valor muy importante de la corrientealterna, que podemos medir.Este tiempo de una vuelta es el periodoque se representa con T y semide en segundos.El nmero de vueltas que da laespira en un segundo determina otramagnitud importante que es la frecuencia,representada por f y medidaen hertz (Hz).Numricamente, la frecuencia esla inversa del perodo:T = 1/fLos alternadores de las usinas hidroelctricas(y atmicas) que envanenerga elctrica a nuestras casas,operan con una frecuencia de50 hertz (50Hz).Decimos entonces que la corrientealterna obtenida en las tomas deenerga tiene una frecuencia de 50hertz.Esto significa que en cada segundo,la corriente es forzada a circular50 veces en un sentido y 50 veces enel opuesto, pues se es el efecto dela inversin de la polaridad (vea nuevamentela figura 8).Alimentando una lmpara incandescentecomn, en cada segundoexisten 100 instantes en que la corrientese reduce a cero, pero la lmparano llega a apagarse por la inerciadel filamento que se mantienecaliente. La tensin producida puedevariar y es de 220V. No podemoshablar de un valor fijo de tensin ode corriente pues el cambio de lapolaridad y del valor es constante.Qu significa entonces 220V?Si tenemos en cuenta la tensinsinusoidal de la toma de energa dela red, vemos que lo cierto sera hablarde valores instantneos, es decir:de la tensin que encontramosen cada instante, que depende delinstante de cada ciclo considerado.Podemos encontrar tanto un mnimonegativo como un mximo positivo,o cero, segn el instante dado.Es claro que a los efectos prcticos,eso no tiene mucho sentido. Esas que, para medir tensiones y corrientesalternas es preciso estableceruna manera que nos d unaidea del efecto promedio o real obtenido.Esto puede entenderse de lasiguiente manera:Si alimentamos una lmpara comncon tensin alterna en los instantesen que la corriente circula porel filamento, en un sentido o en otro,se produce el calentamiento y lalmpara se enciende. El efecto es elmismo que tendramos si la alimentramoscon una tensin continua dedeterminado valor.Cul sera ese valor?Si comparamos el grfico que representala circulacin de corrientecontinua por un circuito y el grficoque representa la circulacin de unacorriente alterna, la superficie cubiertaen un intervalo se relacionacon la cantidad de energa que tenemosa disposicin. Entonces nosbasta hacer la pregunta siguientepara tener la respuesta a nuestroproblema:Cul debe ser el valor de la tensincontinua que nos produce elmismo efecto que determinada tensinalterna?En la figura 9 vemos que, si la tensinalterna llega a un valor mximoX, el valor que la tensin continuadebe tener para producir el mismoefecto se consigue dividiendo X porla raz cuadrada de 2, o sea: 1,4142.El valor mximo alcanzado en un ciclo(el mnimo tambin) se llama valorde pico, mientras que el valor queproduce el mismo efecto, se llamavalor eficaz o r.m.s. ("root mean square").Para la red de 220V, los 220V representanel valor r.m.s. Existen instantesen que la tensin de la red llegaa 220V multiplicados por 1,4142 yas obtenemos que el valor pico es311,12V.Este valor se logra dividiendo elpromedio de todos los valores en cadainstante del semiciclo, o sea la mitaddel ciclo completo, pues si entrasenen el clculo valores negativos,el resultado sera cero (figura 10). Podemosentonces resumir los "valores"en la forma siguiente:VALOR PICO: es el valor mximoque alcanza la tensin o la corrienteMagnetismo e Inductancia Magntica74Fig. 6Fig. 7en un ciclo, pudiendo ser tanto negativocomo positivo. Es un valor instantneo,es decir, aparece en unbreve instante en cada ciclo de corrienteo tensin alternada.VALOR EFICAZ O R.M.S.: es el valorque debera tener la tensin o corrientesi fuese continua para que seobtuvieran los mismos efectos deenerga.VALOR MEDIO: obtenemos este valordividiendo la suma de los valoresinstantneos de un semiciclo por sucantidad, o sea: sacamos la mediaartimtica de los valores instantneosen un semiciclo.No podemos hablar de polaridadpara una tensin alterna, ya quecambia constantemente. Una corrientede cualquier carga conectadaa un generador de corriente alternainvierte su sentido en formaconstante. En el caso de la red, sabemosque uno de los polos "produceshock" y el otro, no. Eso nos llevaa las denominaciones de polo vivo ypolo neutro.Qu sucede entonces?Si tenemos en cuenta que el generadorde energa de las compaastiene uno de los cables conectadoa tierra, que se usa como conductorde energa, resulta fcil entenderlo que ocurre.Al estar en contacto con la tierra,cualquier objeto, en cualquier instante,tendr el mismo potencial delpolo generador conectado a tierraque es entonces la referencia. Estees el polo neutro, que tocado poruna persona no causa shock porqueestando al mismo potencial no haycirculacin de corriente.La tensin vara alrededor del valordel polo de referencia segn la sinusoidedel otro polo. Es as que enrelacin al neutro, el otro polo, es decirel polo vivo, puede estar positivoo negativo, 50 veces por segundo. Altocar el polo vivo (figura 11), habruna diferencia de potencial respectode tierra (variar 50 veces por segundo),pero ella puede causar lacirculacin de una corriente elctricay producir el shock elctrico.REPRESENTACI N GR FICADE LA CORRIENTE ALTERNALos lectores deben acostumbrarsea la representacin de fenmenosde naturaleza diversa mediante grficos.Cuando se tiene un fenmenoque ocurre de manera dinmica,una magnitud vara en funcin deotra; por ejemplo, en el caso de lacorriente alterna, la intensidad de lacorriente o la tensin son las que varancon el tiempo.Para representar esas variacioneshacemos un grfico de tensin versustiempo (V x t) como muestra la figura12. Colocamos, entonces, en eleje vertical (Y) los valores de tensin,graduamos este eje en la formaadecuada y en el eje horizontal (X)colocamos los valores del tiempo (t),graduamos tambin el eje en formaadecuada. Despus definimos cadapunto del grfico como un par devalores (X e Y), dado por el valor dela tensin en un determinado instante.Para el caso de la tensin alterna,si dividimos el tiempo de un ciclo(1/50 de segundo) en 100 partes, porejemplo, podemos determinar 100puntos que unidos darn la curvaque representa la forma de onda deesta tensin.Es claro que el grfico ideal seobtiene con infinitos puntos pero esono siempre es posible.Mientras, por distintos procedimientospodemos tener una aproximacinque haga continua la curvay se obtenga as un grfico (curva)ideal. A partir de esta representacinpodemos entonces obtener el valorinstantneo de la tensin en cualquiermomento y del mismo modo,dado el valor podemos encontrar elinstante en que se produce.REACTANCIALos capacitores e inductores presentarnuna propiedad denomina-Captulo 575Fig. 8Fig. 10Fig. 9Fig. 11da "reactancia" cuando se los someteal paso de una corriente alternaSi se conecta un capacitor a ungenerador de corriente continua,como una pila, por ejemplo, una vezque cierta cantidad de cargas fluyaa sus armaduras y se cargue, desaparececualquier movimiento deesas cargas y la corriente en el circuitopasa a ser indefinidamente nula.En esas condiciones, el capacitorest totalmene cargado, posee unaresistencia infinita y no deja circularla corriente.Por otra parte, si conectamos almismo generador un inductor ideal(que no presenta resistencia en elalambre del cual est hecho) unavez que la corriente se haya establecidoy el campo magntico adquierala intensidad mxima, no encontramosefecto alguno de inductancia.Las cargas podrn fluir con la intensidadmxima como si el inductorno existiera.La presencia del capacitor y delinductor en un circuito de corrientecontinua es importante slo en el instanteen que ocurren variaciones:cuando la corriente se establece ocuando la corriente se desconecta.Ya estudiamosampliamente los fen menosque se producen enesos instanes.Pero, qu sucedera sise conectara el inductor oel capacitor a un circuitode corriente alterna en elque la tensin vara con rapidez,en forma repetitiva?Qu fenmenos importantesse produciran?REACTANCIA CAPACITIVAVamos a empezar conel capacitor, lo conectamos, porejemplo, a un circuito de corrientealterna de 50 hertz, de la red. Duranteel primer cuarto del ciclo, cuandola tensin aumenta de cero a su valormximo, el capacitor se cargacon la armadura A positiva y la B negativa.Eso sucede en un intrvalode 1/200 de segundo. En el segundocuarto, cuando la tensin cae a cerodesde el valor mximo, se inviertela corriente en el capacitor y se descarga.En el tercer cuarto se inviertela polaridad de la red de maneraque la corriente de descarga continaen el mismo sentido pero cargapositivamente la armadura B. El capacitorinvierte su carga hasta un valormximo. En el ltimo cuarto,cuando la tensin vuelve a caer acero, la corriente se invierte y la cargadel capacitor cae a cero.En la figura 13 tenemos la representacindel proceso que ocurre enun ciclo y que se repite indefinidamenteen cada ciclo de alimentacin.Como se tienen 50 ciclos encada segundo, el capacitor se cargay descarga positivamente primeroy luego negativamente, 50 vecespor segundo.Al revs de loque ocurre cuandola alimentacines con corrientecontinua,en la que, unavez cargado, cesala circulacinde corriente; concorriente alternasta queda enforma permanenteen circulacin por el capacitor,carga y descarga con la misma frecuenciade la red. La intensidad dela corriente de carga y descarga vaa depender del valor del capacitor ytambin de la frecuencia de la corrientealterna.Cuanto mayor es la capacidaddel capacitor, mayor ser la intensidadde la corriente (la corriente esentonces directamente proporcionala la capacidad) y cuanto mayorsea la frecuencia, mayor ser la intensidadde la corriente (la corrientetambin es proporcional a la frecuencia).Entonces se verifica que elcapacitor, alimentado con corrientealterna, se comporta como si fueseuna "resistencia" y permite mayor omenor circulacin de corriente enfuncin de los factores explicadosantes.Como el trmino "resistencia" noes el adecuado para el caso puesno se trata de un valor