LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Definicion:

Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

DATO IMPORTANTE: Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas. Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que «cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan». Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.

TIPOS:

Corriente continua

Cuando el desplazamiento de los electrones es en un solo sentido durante todo el tiempo que circula, desde el polo negativo de un generador al polo positivo.

En un principio pensaba que la corriente eléctrica circulaba en sentido contrario,  es decir, del polo positivo al negativo. Hoy día se sigue diciendo así (aunque no sea correcto), ya que esto no influye para nada.

La corriente continua se puede obtener por medio de métodos químicos, como lo hacen las pilas y baterías, por métodos mecánicos como lo hace una dinamo, o por otros métodos, fotovoltaico, par térmico, etc.

Por tratarse de un valor de tensión que permanece constante en el tiempo, dificulta la interrupción de la misma cuando los valores son elevados, por lo que se utiliza en aparatos de muy baja tensión, hasta 24 Voltios.

El aparato que convierte la corriente alterna en corriente continua se llama fuente de alimentación. Una de sus aplicaciones es cargar los teléfonos móviles.

La corriente pulsatoria:

Es una corriente continua que sufre cambios regulares de magnitud a partir de un valor constante. Los cambios pueden ser en intensidad o en tensión. Estos cambios o pulsos son siempre en el mismo sentido de la corriente. Por eso todos los tipos de corrientes alternas, ya sean cuadradas, sinusoidales o en sierra no son pulsatoria.En la figura de la derecha pueden observarse algunos ejemplos de ondas de distintas corrientes periódicas. Los tipos a, d y e son corrientes alternas y b, c y f son pulsatorias.

Corriente alterna. La corriente alterna se caracteriza por el cambio de sentido de la corriente varias veces por segundo. Cada conductor cambia de ser polo positivo a ser polo negativo, pasando por el valor cero.

La corriente alterna se puede obtener por métodos mecánicos como lo hace un alternador, o por conversión de la corriente continua en alterna, el aparato que hace esto se llama inversor.

Las principales ventajas de la corriente alterna sobre la corriente continua son: • Permite aumentar o disminuir el voltaje por medio de transformadores. • Se transporta a grandes distancias con poca pérdida de energía. • Es posible convertirla en corriente continua con facilidad.

Existe un instrumento de medición llamado osciloscopio en el cual se pueden ver las gráficas de la forma de la onda de la corriente eléctrica. Se lo utiliza mucho en electrónica para poder calibrar equipos de todo tipo, pero si lo utilizamos en electricidad también podremos ver graficadas las ondas de Corriente alterna y continua. Otra de las ventajas de este instrumento es que pueden medirse con respecto a un sistema de ejes cartesianos. El siguiente gráfico es una comparación entre los dos tipos de corrientes.

PARÁMETROS DE LA CORRIENTE ALTERNA:

Frecuencia: Número de veces que una corriente alterna cambia de polaridad en 1 segundo. La unidad de medida es el Hertz (Hz) y se la designa con la letra F. De esta forma si en nuestro hogar tenemos una tensión de 220 V 50 Hz, significa que dicha tensión habrá de cambiar su polaridad 50 veces por segundo.Una definición más rigurosa para la frecuencia: Número de ciclos completos de C.A. que ocurren en la unidad de tiempo.

Fase: Es la fracción de ciclo transcurrido desde el inicio del mismo, su símbolo es la letra griega q.

Amplitud: En física la amplitud (del latín amplitūdo) de un movimiento oscilatorio, ondulatorio o señal electromagnética es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasi periódicamente en el tiempo. Es la distancia entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.

1 = Amplitud,
2 = Amplitud de pico a pico,
3 = Media cuadrática,
4 = Periodo.

Velocidad angular  o pulsación : es una medida de la velocidad de rotación. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante la letra griega ω (omega). Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s). Un radian representa el ángulo central en una circunferencia que subtiende un arco cuya longitud es igual a la del radio. Su símbolo es rad. Velocidad angular  o pulsación : es una medida de la velocidad de rotación. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante la letra griega ω (omega). Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).

Sabiendo que la circunferencia de un circulo es igual al diámetro por π, si el diámetro es el doble del radio, podemos decir que en una circunferencia hay 2 π rad. 

Podemos decir entonces que la pulsación o velocidad angular, de un vector o fasor se expresa con la letra griega omega ω, y su valor esta expresado en radianes por segundo, que es la distancia que recorre de la circunferencia en un determinado tiempo. En el siguiente ejemplo decimos que el fasor X, realiza 3 giros completos en un segundo, podremos calcular su velocidad angular Podemos decir entonces que la pulsación o velocidad angular, de un vector o fasor se expresa con la letra griega omega ω, y su valor esta expresado en radianes por segundo, que es la distancia que recorre de la circunferencia en un determinado tiempo.

Velocidad angular es igual          ω = 2 π/T

La velocidad angular en corriente alterna. Un generador de corriente alterna se basa en la inducción de una f. e. m al girar una espira (o bobina) en el seno de un campo magnético debida a la variación de flujo. Según va girando la espira varía el número de líneas de campo magnético que la atraviesan.

Una f. e. m alterna se produce mediante la rotación de una bobina con velocidad angular constante dentro de un campo magnético uniforme entre los polos de un imán.

La frecuencia (f) es el número de ciclos, vueltas o revoluciones que realiza la espira en 1 segundo. El periodo (T) que es el tiempo que invierte la espira es dar una vuelta.

La velocidad angular con la que gira la espira en el generador, determina  el valor de la frecuencia y el periodo.

Valor instantáneo: Valor que toma la tensión en cada instante de tiempo. Valor máximo: Valor de la tensión en cada «cresta» o «valle» de la señal. Valor medio: Media aritmética de todos los valores instantáneos de la señal en un período dado. Valor eficaz: Valor que produce el mismo efecto que la señal C.C. equivalente. Valor pico a pico: Valor de tensión que va desde el máximo al mínimo o de una «cresta» a un «valle».En las siguientes figuras vemos una señal alterna donde se han especificado algunos de estos parámetros, la figura a) muestra una onda alterna donde se ven tanto el valor eficaz, el valor máximo, el valor pico a pico y el período. En la figura b) vemos dos ondas alternas, de igual frecuencia, pero desfasadas 90º.

Generador de Funciones:

Aparato electrónico que produce ondas sinusoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo.
El generador de funciones, específicamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el usuario.

A continuación se detallan las partes o los bloques principales de un generador de funciones:

1) Regulador de Frecuencia: En este bloque se regula mediante una perilla, la frecuencia de la señal de salida. Podemos variarla desde 0Hz (onda continua) hasta el máximo que nos permita el instrumento. La calidad del mismo viene dada por muchos parámetros de los cuales este es uno de los más importantes.

2) Regulador de Ciclo de Trabajo y Offset: El primero es para regular ambas mitades del ciclo de la señal de salida y el Offset es para desplazar o mover la onda verticalmente.

3) En este bloque encontramos los números para especificar los valores de la onda de salida y también los multiplicadores de frecuencia que están en Hz, kHz y MHz.

4) Este bloque es el de la señal de salida y consiste en dos conectores BNC.

Estos son los factores más importantes de un generador de funciones.

EL OSCILOSCOPIO

¿Qué es un osciloscopio?

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.

El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.

¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?

Básicamente esto:

• Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
• Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
• Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
• Localizar averías en un circuito.
• Medir la fase entre dos señales.
• Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.

¿Qué tipos de osciloscopios existen?

Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales . Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.

Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.

Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

Osciloscopios analógicos

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos.

En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa.

La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo).

El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrazado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.

De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la señal repetitiva).

En la siguiente figura puede observarse la misma señal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente.

Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajustes básicos:

• La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.
• La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.
• Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.

Por supuesto, también deben ajustarse los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS. (intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz).

Osciloscopios digitales

Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analógico.

El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos muestrea la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras . En la sección horizontal una señal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.

Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de señal. El número de los puntos de señal utilizados para reconstruir la señal en pantalla se denomina registro. La sección de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de señal en el registro. La sección de visualización recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la señal.

Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un predisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.

Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL., el mando TIMEBASE así como los mandos que intervienen en el disparo.