Capítulo 31 Corriente alterna

Reflexione Las ondas de una radiodifusora producen una corriente alterna en los circuitos de un receptor de radio. Si se sintoniza en una estación cuya frecuencia es de 1000 kHz, ¿el receptor también detecta las transmisiones de otra estación que emite a 600 kHz? Comente su respuesta y al final del capítulo regrese a esta sección para retroalimentar su punto de vista.

A continuación… La forma en que los fasores facilitan la descripción de cantidades que varían en forma sinusoidal. Cómo usar la reactancia para describir el voltaje a través de un elemento de circuito que conduce una corriente alterna. Cómo analizar un circuito L-R-C en serie con fem sinusoidal.

31.1 Fasores y corrientes alternas Para suministrar una corriente alterna a un circuito se requiere una fuente de fem o de voltaje alternos. Una bobina crea una fem alterna sinusoidal y es el prototipo del generador comercial de corriente alterna o alternador.

31.1 Fasores y corrientes alternas Se considera fuente de corriente alterna a un dispositivo que suministre un voltaje v o una corriente i que varía en forma sinusoidal. El símbolo de una fuente de ca es:

A continuación… Qué determina la cantidad de energía que fluye hacia adentro o hacia afuera de un circuito de corriente alterna. Cómo responde un circuito L-R-C en serie a fuentes de fem sinusoidales de frecuencias diferentes. Por qué son útiles los transformadores y cómo funcionan.

31.1 Fasores y corrientes alternas 31.4 Cálculo del valor cuadrático medio (rms) de una corriente alterna.

31.1 Fasores y corrientes alternas 31.2 Diagrama de fasores. 31.1 Voltaje a través de una fuente de ca sinusoidal.

31.1 Fasores y corrientes alternas

31.1 Fasores y corrientes alternas

31.2 Resistencia y reactancia

31.1 Fasores y corrientes alternas

31.2 Resistencia y reactancia 31.8 Inductancia L conectada a través de una fuente de ca

31.2 Resistencia y reactancia 31.9 Capacitor C conectado a una fuente de ca. (continua)

31.2 Resistencia y reactancia (continuación) 31.9 Capacitor C conectado a una fuente de ca.

31.2 Resistencia y reactancia La reactancia capacitiva de un capacitor es inversamente proporcional tanto a la capacitancia C como a la frecuencia angular v; cuanto mayores sean la capacitancia y la frecuencia, menor será la reactancia capacitiva XC.

31.2 Resistencia y reactancia 31.10 Diagrama para el Ejemplo 31.3.

31.2 Resistencia y reactancia Se aplica un voltaje oscilante de amplitud fija a través de un elemento de circuito. Si se incrementa la frecuencia de este voltaje, ¿qué pasa con la amplitud de la corriente a través del elemento?

31.2 Resistencia y reactancia 31.12 a) Los dos bafles en este sistema de altavoz están conectados en paralelo con el amplificador. b) Gráficas de la amplitud de corriente en el tweeter y el woofer como funciones de la frecuencia para una amplitud de voltaje dada del amplificador.

31.3 Circuito L-R-C en serie 31.13 Circuito L-R-C en serie con fuente de ca. (continúa)

31.3 Circuito L-R-C en serie

31.3 Circuito L-R-C en serie

31.3 Circuito L-R-C en serie 31.15 Gráficas del voltaje de fuente υ, el voltaje de resistor υR, el voltaje de inductor vL y el voltaje de capacitor vC en función del tiempo, para la situación del ejemplo 31.4. La corriente, que no se ilustra, está en fase con el voltaje del resistor.

31.4 Potencia en circuitos de corriente alterna 31.16 Gráficas de corriente, voltaje y potencia, como funciones del tiempo para a) un resistor puro, b) un inductor puro, c) un capacitor puro y d) un circuito de ca arbitrario que puede tener resistencia, inductancia y capacitancia.

31.4 Potencia en circuitos de corriente alterna

31.5 Resonancia en circuitos de corriente alterna Una señal de radio de cierta frecuencia produce una corriente de la misma frecuencia en el circuito receptor. La amplitud de la corriente es máxima si la frecuencia de la señal es igual a la que “sintoniza” el circuito receptor. Este efecto se llama resonancia.

31.5 Resonancia en circuitos de corriente alterna 31.18 Forma en que las variaciones en la frecuencia angular de un circuito de ca afectan a) la reactancia, la resistencia y la impedancia; y b) la impedancia, la amplitud de corriente y el ángulo de fase.

31.5 Resonancia en circuitos de corriente alterna Si podemos variar la inductancia L o la capacitancia C de un circuito, también es posible variar la frecuencia de resonancia. Es la forma en que un equipo receptor de radio o televisión se “sintonizan” para captar una estación específica.

31.5 Resonancia en circuitos de corriente alterna 31.19 Gráfica de la amplitud de la corriente I como función de la frecuencia angular ω para un circuito L-R-C en serie, con V = 100 V, L = 2.0 H, C = 0.50 µF y tres valores diferentes de la resistencia R.

31.5 Resonancia en circuitos de corriente alterna 31.20 Circuito de sintonización de radio en la resonancia. Los círculos denotan corrientes y voltajes rms.

31.6 Transformadores Una de las grandes ventajas de la ca sobre la cd en la distribución de energía eléctrica es que es mucho más fácil subir y bajar los voltajes en la ca que en la cd. La conversión necesaria del voltaje se lleva a cabo por medio de transformadores.

31.6 Transformadores Los transformadores funcionan de la siguiente forma: La fuente de ca genera una corriente alterna en el primario (establece un flujo alterno en el núcleo). Se induce una fem en cada embobinado.

31.6 Transformadores La fem inducida en el secundario da lugar a una corriente alterna en el secundario. Se entrega energía al dispositivo al cual está conectado el secundario. Todas las corrientes y las fem tienen la misma frecuencia que la fuente de ca.

31.6 Transformadores

31.6 Transformadores 31.22 La lata cilíndrica cerca del extremo superior de este poste es un transformador reductor que convierte el alto voltaje de la ca en las líneas de transmisión en un voltaje bajo (120 V) de ca, el cual luego se distribuye a los hogares y oficinas circundantes.

31.6 Transformadores 31.23 Los adaptadores de ca como este convierten la ca doméstica en una cd de bajo voltaje que puede utilizarse en dispositivos electrónicos. Contiene un transformador reductor para bajar el voltaje, así como diodos para rectificar la corriente de salida.

31.6 Transformadores 31.24 a) Embobinados primario y secundario en un transformador. b) Corrientes parásitas en el núcleo de hierro, ilustradas en la sección transversal en AA. c) El uso de un núcleo laminado reduce las corrientes parásitas.

Para terminar… El capítulo 31 ha concluido, es momento de regresar al inicio del mismo para corroborar si su respuesta inicial se sustenta con los contenidos revisados en este capítulo. De no ser así, proponga otra solución a esta interrogante.

Conocimientos a prueba Llegó el momento de poner en práctica los conocimientos adquiridos, por ello lo invitamos a resolver la sección de Problemas al final del capítulo en el libro. ¡Suerte!