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DIVISIÓN DE INGENIERÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ Julia Patricia Domínguez Paulín. Fernando Romero Manzanares. FUERZA ELECTROMOTRIZ Julia Patricia Domínguez.

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1 DIVISIÓN DE INGENIERÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ Julia Patricia Domínguez Paulín. Fernando Romero Manzanares. FUERZA ELECTROMOTRIZ Julia Patricia Domínguez Paulín. Fernando Romero Manzanares.

2 INTRODUCCIÓN. En la mayoría de los circuitos se requiere una fuente de energía externa para mover cargas dentro del circuito. Por lo tanto el circuito debe incluir un dispositivo que mantenga una diferencia de potencial entre dos puntos del mismo, al igual que un fluido circulante requiere de un dispositivo análogo (bomba) que mantenga una diferencia de presión entre dos puntos. Cualquier aparato que lleve a cabo esta tarea en un circuito eléctrico recibe el nombre de fuente de fuerza electromotriz (fem /ε ). Julia P. Domínguez Paulín 2

3 Es útil considerar una fuente de fem como un mecanismo que crea una colina de potencial moviendo la carga cuesta arriba y desde donde fluye luego cuesta abajo por el resto del circuito. 3 Julia P. Domínguez Paulín

4 FUERZA ELECTROMOTRIZ. (ELECTROMOTANCIA) Julia P. Domínguez Paulín 4 Es el trabajo que se realiza sobre las cargas aumentando su energía potencial eléctrica. De manera que una pila es una fuente que utiliza energía química, la cual se transfiere hacia las cargas en forma eléctrica.

5 A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia) Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (La batería en este caso). B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería. 5 Fernando Manzanares.

6 En los generadores o fuentes de fuerza electromotriz se utilizan diversas formas de energía, las cuales pueden ser: Química (como una batería o celda de combustible) Mecánica (un generador) Térmica (una termopila) Radiante (celda solar) 6 Julia P. Domínguez Paulín

7 Existen diferentes dispositivos capaces de suministrar energía eléctrica entre los que podemos citar: Pilas o Baterías. Son las fuentes de FEM más conocidas del gran público. Generan energía eléctrica por medios químicos. Las más comunes y corrientes son las de carbón -zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admiten recarga. 7 Fernando Manzanares.

8 Las hay también de níquel- cadmio (Ni Cd), de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de litio (Li-ion), recargables. En los automóviles se utilizan baterías de plomo-ácido, que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada.Ni Cd 8 Fernando Manzanares.

9 EXPRECIÓN MATEMÁTICA. La carga (Δq) y la energía que va a ser transmitida (ΔT) se denomina fuerza electromotriz (ε) de la batería, por tanto: Entonces, la unidad de medida de la fem será: 9 Julia P. Domínguez Paulín

10 FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ. La fuerza contraelectromotriz (fcem) es aquella que pierde energía eléctrica y se transforma en energía mecánica. En pocas palabras, cualquier máquina con energía eléctrica se transforma en otro tipo de energía que no sea térmica es una fuente fcem(receptora) y se denomina por: Donde: ΔT es energía retirada y Δq carga que circula. 10 Julia P. Domínguez Paulín

11 DIFERENCIA ENTRE fem y fcem. Una fuente fem (generadora), transfiere energía a las cargas que pasan por su interior, transformando un tipo de energía determinada en energía eléctrica. Una fuente fcem (receptora), recibe energía de las cargas que pasan por su interior, transformando la energía eléctrica en otro tipo de energía (excepto en el caso de energía térmica). 11 Julia P. Domínguez Paulín

12 POTENCIA DESARROLLADA POR UNA FUENTE GENERADORA. De la expresión, que define la fem de un generador, obtenemos: Dividiendo ambos miembros de esta ecuación entre el intervalo de tiempo Δt durante el cual el generador realiza el trabajo ΔT, resulta: 12 Julia P. Domínguez Paulín

13 Como: ΔT/Δt es la potencia (P) desarrollada por el generador y Δq/Δt representa la intensidad de corriente que proporciona, vemos que: P=εi Por tanto la potencia desarrollada por un generador se obtiene multiplicando su fem por la corriente que proporciona. 13 Julia P. Domínguez Paulín

14 EJERCICIO. En el circuito de la figura, una batería con fem ε=12V establece una corriente i=0.40ª, que pasa a través de una resistencia R=10 y pone en movimiento un motor cuya fcem es ε´=8V. a)¿Qué energía transfiere la batería a una carga Δq=20C que circula por ella? b)Cuando la carga Δq=20C pasa por el motor, ¿Qué cantidad de energía eléctrica se transforma en energía mecánica? c)Calcule la potencia P desarrollada por la batería y la potencia P´ del motor. d)Calcule la potencia que se disipa, por efecto joule, en la resistencia R. por la conservación de la energía, esta potencia, PR´ debe ser igual a la diferencia de P Y P´. 14 Julia P. Domínguez Paulín

15 SOLUCIÓN. a)Esta energía corresponde al trabajo ΔT que la batería realiza sobre la carga Δq. De obtenemos: b)Si representamos por ΔT´ esta cantidad de energía, sabemos que,entonces: c) 15 Julia P. Domínguez Paulín

16 d) Pero por otra parte, P R también puede obtenerse por la expresión, entonces: Observemos que en ambos procesos obtuvimos el mismo valor de P R tal como era de esperarse. 16 Julia P. Domínguez Paulín

17 17 Julia P. Domínguez Paulín


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