Los secretos de la corriente alterna.

Hola curioso/a. En esta entrada vamos a hablar sobre los fundamentos de la corriente eléctrica y como se mide y los fenómenos que tiene asociada. No te duermas en los laureles que empezamos.

La corriente eléctrica alterna se diferencia en la corriente continua en que las magnitudes de tensión y corriente varían en el tiempo. Eso significa que la tensión y corriente no son constantes durante la duración de la señal.

La energía eléctrica alterna se genera mediante un generador electromecánico. Es decir, una espira conductora insertada dentro de un campo magnético, genera una diferencia de potencial en sus extremos cuando dicha espira se mueve dentro del campo. Esto es el fenómeno de la inducción electromagnética.

Un generador no solo tiene una espira, sino que tiene cientos de espiras conectadas en serie y paralelo formando micro tensiones que sumadas, producen una gran tensión alterna. Si conectamos un osciloscopio a la salida de un generador, al final obtenemos una señal alterna senoidal que es una señal alterna de tensión que sube a un máximo de tensión positiva, vuelve a cero y baja a un mínimo de tensión negativa.

Si nos fijamos en la espira transversal dentro del generador, podemos ver la salida generada a cada instante. Esto se debe a que en cada posición de la espira el flujo magnético es diferente y el corte que hace del mismo tiene diferente ángulo. Pero puedes ver que, partiendo de 0 grados, la máxima tensión positiva se obtiene a los 0º y la máxima tensión negativa a los 180º.

En resumen, obtenemos unas características que dependen de la velocidad de corte magnético del conductor como tensión alterna y la frecuencia (ya que si aumentamos la velocidad de giro del conductor), además de otras características de salida de la señal como veremos a continuación:

Frecuencia.

Si tenemos en cuenta que la señal alterna tiene una velocidad de reproducción (se inicia, llega al punto máximo de tensión, vuelve a cero e invierte el proceso llevando a un máximo negativo y volviendo a cero), el tiempo que tarda en hacer todo el ciclo completo se denomina frecuencia cuando, si se ha invertido un segundo en completar todo el ciclo completo y además se hace a una cierta frecuencia.

Dado el periodo T en segundos y la F en HZ, podemos establecer la frecuencia de una señal eléctrica mediante esos valores, como por ejemplo la Red Electrica española que en España funciona a 50Hz; derivando sabemos que el periodo de la señal es de 0,02 segundos, es decir que un ciclo completo alterno se realiza en 0,02 segundos. Como la frecuencia de la señal es de 50 Hz, el periodo completo de la señal implicará 0,02s * 50 ciclos = 1 segundo. Por lo tanto la definición completa de frecuencia es de cantidad de ciclos que se reproducen en un segundo.

Longitud de onda.

Ahora que hemos definido la definición de frecuencia, tendremos que definir otra característica principal del una señal alterna, su longitud de onda. Esto es fácil de enseñar. Si inyectas la señal eléctrica en un cable eléctrico imaginario, definimos la longitud de onda de la señal como el espacio que recorre la señal eléctrica durante la reproducción de un ciclo completo de la señal. O dicho de otro modo, es la longitud que abarca el periodo de la señal (y se da en metros).

Por lo que si se aplica una señal alterna, que está estrechamente relacionada con la frecuencia, se dice que la longitud de onda es la inversa del periodo multiplicado por la velocidad de transmisión. en resumen, la longitud de onda viene dado por la fórmula siguiente:

Siendo c, la velocidad de propagación que en este caso es la velocidad de la luz en el vacío (que aunque la señal se transmita a través de un cable o el éter no se tiene en cuenta la resistencia).

Por lo que la señal anterior de la red eléctrica de 50Hz, el periodo de la señal es de 3000000000m ÷ 50Hz = 60000000m. Por eso la elección de la corriente eléctrica es preferible transportarla en forma de alterna ya que alcanza mayores distancias de forma irradiada y transmitida en cable le afecta menos la resistencia física del cableado. Pero ojo, aún así se producen pérdidas por calor en la transmisión por cable y eso se debe a que la energía eléctrica es un movimiento de electrones que tienen una energía acumulada que se disipa según se transmite.

Tensión y corriente instantánea.

Debido a la propia naturaleza de la corriente alterna, a cada posición del giro del conductor dentro del campo magnético en el generador, se produce una tensión y corriente eléctrica alterna que depende del momento angular del conductor, respecto al flujo del campo magnético. Si necesitas repasar conceptos de inducción electromecánica, visita mi página Web en el siguiente enlace.

Por lo que para calcular el valor instantáneo tenemos que aplicar funciones trigonométricas precisamente por las características de la propia onda senoidal.

Como puedes ver los valores de tensión y corriente dependen en gran medida de la variación del conductor y de su velocidad angular ω en el tiempo.

Tensión y corriente media.

Las tensiones y corrientes instantánea se producen y miden en cada instante. Sin embargo los valores de una señal alterna más usados son el cálculo de magnitudes medias de una señal. y para ello, de nuevo volvemos a la trigonometría.

Y para terminar solo queda establecer otro valor que es importante en señales alternas como es el valor eficaz de una señal alterna.

Tensión y corriente eficaz de una señal alterna.

Esta fórmula indica la tensión equivalente que se aplicaría a un circuito y que produciría el mismo efecto térmico que una tensión o corriente continua.

Y básicamente estas son las fórmulas más habituales que usarás en los cálculos de circuitos con señales alternas. Pero existen muchas más derivaciones y más efectos que se producen sobre las señales alternas como son los armónicos, heterodinaje, etc., etc.