corriente directa
Corriente directa. Se denomina corriente directa (DC en inglés de direct current y CD en español) a la corriente producida por generadores que mantienen en sus terminales el mismo tipo de electricidad (+), (-) por lo que al conectarlos en un circuito la corriente fluye en un mismo sentido.
Historia
Aparentemente la primera observación científica de los efectos eléctricos la realizó Tales de Mileto en el 600 antes de Cristo. Vio que las briznas de pasto seco se adherían a un trozo de ámbar cuando éste había sido frotado.
Siglo XVII
Miles de años después, exactamente en 1660, fue el médico y físico inglés William Gilbert quien estudió estos efectos, y tomando la palabra griega elektron (ámbar), llamó a esas sustancias eléctricas. Tratándose de un efecto al parecer estable, a menos que se lo perturbara terminó denominándose electricidad estática, o carente de movimiento.
William Gilbert había escrito un libro sobre tema del magnetismo, fue en 1600 y se llamó "De Magnete". También Tales de Mileto había estudiado el fenómeno, pero pasaría un tiempo antes de que los físicos se dieran cuenta que se trataba de un mismo fenómeno. Tanto la electricidad como el magnetismo pasarían a formar el electromagnetismo. Mientras tanto, se intentaba descubrir los secretos de este extraño fenómeno, y desentrañar el mecanismo oculto tras la electricidad.
Siglo XVIII
En 1733 el francés Charles-François de Cisternay Du Fay, descubrió que dos bolas de corcho cargadas de la misma manera se repelían. Pero si cargaba cada una por medios diferentes, lograba que a veces se atrajeran; por ejemplo si cargaba una frotándola con una vara de resina y a la otra con una de vidrio. Este fenómeno de atracción y repulsión parecía indicar dos naturalezas distintas. François de Cisternay Du Fay creía que la electricidad era un fluido, y determinó que este existía en dos tipos: Resinoso o vítreo (positivo y negativo).
En el año 1747 Benjamín Franklin propuso que no había dos tipos de fluidos, sino uno, el cual podía presentarse en exceso o en defecto. Pero rebautizó al fluido como "electricidad negativa" si faltaba para el equilibrio, y "electricidad positiva" al exceso. Estos nombres perduran hasta hoy, pero con una comprensión distinta del fenómeno que la de un fluido.
En 1780, Luigi Galvani, un anatomista italiano, observó por primera vez que una descarga eléctrica sobre las patas de una rana muerta producía contracciones de los músculos afectados. Probó exponer estos músculos a los efectos de una tormenta. Para conseguirlo, colgó patas de rana con ganchos en la reja de la casa. Pero las contracciones proseguían aún cuando la tormenta había pasado. Una inspección posterior lo llevó a ver que la estimulación se producía cuando el músculo tocaba simultáneamente dos metales distintos.
Luigi Galvani creyó que la electricidad así producida se generaba en el músculo, observación que resultó errónea, pero no sería él quien descubriera el error.
Siglo XIX
Veinte años más tarde, en 1800, Alessandro G. Volta supuso lo contrario, es decir que era el contacto entre metales distintos lo que generaba la electricidad. Esta idea fue el comienzo de una gran revolución en el tema. Dicha hipótesis pudo comprobarse inmediatamente y le permitió dos grandes avances:
- Construir el primer dispositivo químico generador de electricidad, que denominó batería eléctrica, hoy llamada pila.
- Obtener por primera vez en la historia una corriente continua y suficientemente estable. Ya no se dependía de la estática.
La primer pila de Alessandro G. Volta fue perfeccionándose. En 1836 fue mejorada por el británico John Daniell (1790-1845), quien logró mayor estabilidad y duración.
Antes de esto, en 1820, se había dado un gran salto en la comprensión acerca de la relación entre la electricidad y el magnetismo. En ese año el físico danés Hans Christian Oersted demostró que una corriente generaba un campo magnético. Siguiendo este descubrimiento, André-Marie Ampère demostró que un solenoide (cable enrollado en forma de resorte) aumentaba considerablemente el campo magnético generado, en proporción directa con la cantidad de vueltas que se le diera al cable.
Así, desde la pila de Alessandro G. Volta, que permitió trabajar con una corriente, los descubrimientos se desencadenaron velozmente.
Descubrimientos
- 1821: (El año siguiente al descubrimiento de Oersted). Michael Faraday, otro hombre importante para la ciencia, aportó la idea fundamental de la física moderna, por primera vez para describir una fuerza electromagnética se hablaba de campo.
- 1823: William Sturgeon, aprovechando el efecto de los solenoides, inventó el electroimán. El primero de ellos pudo levantar un peso de 4 Kg.
- 1827: George Simon Ohm definió la resistencia eléctrica y propuso la ley que lleva su nombre: Ley de Ohm.
- 1831: Michael Faraday desarrolla el transformador y el generador eléctrico. Joseph Henry crea el motor eléctrico y desarrolla un electroimán que levanta una tonelada de hierro.
- 1883: Nikola Tesla desarrolla un motor que podía funcionar con corriente alterna y ya no con continua. Tomas Alva Edison se oponía al uso de esa corriente, pero sus esfuerzos fueron vanos.
Resultaría monumental la tarea de seguir describiendo los avances hasta el momento en materia de electricidad o de sus posteriores aplicaciones tecnológicas. Pero no sería exagerar si se dijera que la civilización actual volvería a un estado primitivo de no existir el conocimiento de esta forma de energía, porque para ello se necesitó del paso de la pistola de Alessandro G. Volta, precursor de las bujías.
corriente alterna
La corriente alterna (CA) es un tipo de corriente eléctrica que se caracteriza por cambiar a lo largo del tiempo, ya sea en intensidad o en sentido, a intervalos regulares.
El voltaje varía entre los valores máximo y mínimo de manera cíclica, el valor del voltaje es positivo la mitad del tiempo (semiciclo positivo o semiperiodo positivo) y negativo la otra mitad. Esto significa que la mitad del tiempo la corriente circula en un sentido, la otra mitad de tiempo en el otro sentido. La forma más habitual de la ondulación sigue una función trigonométrica tipo seno, dado que es la forma más eficiente y práctica de producir energía eléctrica mediante alternadores. Sin embargo hay ciertas aplicaciones en las que se utilizan otras formas de onda, como la onda cuadrada o la onda triangular.
És habitual que en las instalaciones de energía solar fotovoltaica se utilize unconvertidor de corriente continua a corriente alterna para que la energía generada pueda ser suministrada a la red.
Frecuencias de la corriente alterna
La frecuencia del sistema eléctrico varía según el país y, a veces, dentro de un país; la mayoría de la energía eléctrica se genera a 50 o 60 Hertz. Algunos países tienen una mezcla de suministros de 50 Hz y 60 Hz, especialmente la transmisión de energía eléctrica en Japón. Una baja frecuencia facilita el diseño de motores eléctricos, especialmente para aplicaciones de elevación, trituración y laminación, y motores de tracción de tipo conmutador para aplicaciones como ferrocarriles.
Sin embargo, la baja frecuencia también causa un parpadeo notable en las lámparas de arco y las bombillas incandescentes. El uso de frecuencias más bajas también proporcionó la ventaja de pérdidas de impedancia más bajas, que son proporcionales a la frecuencia.
Efectos de las altas frecuencias en corrientes alternas
Una corriente continua fluye uniformemente a través de la sección transversal de un cable uniforme. En una corriente alterna de cualquier frecuencia, la carga eléctrica es forzada lejos del centro del cable, hacia su superficie exterior. Esto se debe a que la aceleración de una carga eléctrica en una corriente alterna produce ondas de radiación electromagnética que cancelan la propagación de la electricidad hacia el centro de los materiales con alta conductividad. Este fenómeno se llama efecto pelicular.
A frecuencias muy altas, la corriente ya no fluye en el cable, sino que efectivamente fluye en la superficie del cable, dentro de un grosor con poca profundidad de la corteza. La profundidad de la corteza es el grosor al que se reduce la densidad de corriente en un 63%. Incluso a frecuencias relativamente bajas utilizadas para la transmisión de potencia (50 Hz - 60 Hz), la distribución no uniforme de la corriente todavía se produce en conductores suficientemente gruesos.
Por ejemplo, la profundidad pelicular de un conductor de cobre es de aproximadamente 8,57 mm a 60 Hz, por lo que los conductores de alta corriente generalmente son huecos para reducir su masa y costo. Dado que la corriente tiende a fluir en la periferia de los conductores, se reduce la sección transversal efectiva del conductor. Esto aumenta la resistencia de corriente alterna efectiva del conductor, ya que la resistencia es inversamente proporcional al área de la sección transversal. La resistencia de corriente alterna a menudo es muchas veces mayor que la resistencia de corriente continua, causando una pérdida de energía mucho mayor debido al calentamiento óhmico.
Distribución de electricidad mediante corriente alterna
En Europa, la electricidad se distribuye en forma de corriente alterna sinusoidal a una frecuencia constante de 50 Hz.
El uso de corriente alterna es consecuéncia de los siguientes motivos:
- El transporte (especialmente a largas distancias) de altas potencias eléctricas es muy eficiente si se lleva a cabo a altos voltajes, este último se alcanza con bastante facilidad con el uso de transformadores.
- Los alternadores son constructivamente más simples y tienen mayor eficiencia que los dinamos.
- En corriente continua no es posible explotar las ventajas de un sistema trifásico .Casi todos los dispositivos electrónicos de consumo operan en corriente continua, pero esto se puede lograr mediante la corriente alterna por medio de un rectificador simple.
Por otro lado, es posible obtener corriente eléctrica alterna de la corriente continua, generada en parámetros apropiados de frecuencia , forma de onda y voltaje por medio de dispositivos llamados inversores .
Historia de la corriente alterna
En los orígenes industriales de uso de la electricidad en el siglo XIX se utilizó corriente continua, que ofrece la ventaja de ser capaz de ser almacenada en las baterías , pero con la llegada de la corriente alterna por el científico Nikola Tesla el mundo se revolucionó de nuevo. La eficiencia de este nuevo tipo de corriente que se permite reducir drásticamente las pérdidas de energía a grandes distancias gracias al aumento de la tensión eléctrica. Esta característica permitió la energía eléctrica de alta transmisión de alta tensión y la corriente pérdidas de disipación reduciendo drásticamente bajos en la línea y luego espesor del conductor utilizado para el transporte, en comparación con la corriente continua de Edison.
La corriente alterna se extendió gracias a la utilización del transformador , lo que permite llevar la diferencia de potencial (voltaje) a niveles muy altos (alta tensión) y correspondientemente la corriente a valores muy bajos, manteniendo así inalterado el poder y luego transmitirlo a grande distancias y pequeñas pérdidas, logrando economías de escala considerables .
Además, los motores eléctricos de corriente alterna son más confiables y eficientes que los motores eléctricos decorriente continua .
Actualmente en el mundo, la energía eléctrica alterna se distribuye en dos frecuencias, 50 Hz (Europa, Asia, África) y 60 Hz (América, parte de Japón) y diferentes voltajes (ver estándares eléctricos en el mundo).
