PRACTICA NO




Nombre de la práctica:

CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA


Objetivo:

Estudiar el comportamiento de los elementos básicos en los circuitos de corriente alterna y determinar los parámetros del circuito.


Competencias a desarrollar:

Comportamiento de los elementos (R, L y C) en corriente alterna



Fundamento teórico o Introducción:
.
Los circuitos de corriente alterna constituyen un temade suma importancia para la ciencia y la tecnología, por muchas razones, entre las cuales podemos destacar:

1) la casi totalidad de la energía eléctrica que se genera en todo el mundo para las industrias y uso doméstico es de este tipo.
2) Cualquier corriente, por complicada que sea su variación en el tiempo, puede ser analizada como una superposición de corrientes senoidales de diferentesfrecuencias (análisis de Fourier).
Un generador de CA opera mediante la rotación de una bobina de alambre dentro de un campo magnético a velocidad angular constante, ω. Se induce una fuerza electromotriz (fem) que varía con el tiempo en formal sinusoidal:
V(t) =Vmsenω t

Donde Vm es el voltaje máximo o valor pico (figura 1) y ω = 2π f es la frecuencia angular,
Siendo f la frecuencia expresada enHertz.

Figura 1: Valor eficaz Vrms del voltaje alterno



Resulta interesante preguntarse: ¿cuál es el valor del voltaje o de la corriente alterna que determina el ritmo de generación de calor en una resistencia, es decir, el valor que equivale al de una corriente continua en el efecto de calentamiento? Este es el llamado valor eficaz o rms (raíz cuadrática media) y podemos demostrar que equivale alvalor máximo dividido por la raíz cuadrada de 2:
Vrms = Vm
2
Irms = Im
2
En las especificaciones de voltaje de una fuente alterna, siempre se hace referencia al voltaje eficaz o rms. Así, cuando decimos que el voltaje de la red doméstica es de 110 voltios, esto corresponde a un voltaje pico de 110 V multiplicado por la raíz cuadrada de 2, esto es, 156 V. Por otra parte, recuerde que losvoltímetros y amperímetros de corriente alterna lo que miden son valores eficaces.

Diagramas de fasores:

Una manera práctica de representar y visualizar el comportamiento relativo de la corriente
y el voltaje alterno en un circuito es mediante un diagrama de fasores. Un fasor es un vector que gira con una frecuencia angular constante ω, en el sentido contrario a las agujas del reloj (figura 2), y tiene lassiguientes propiedades:

1) Su módulo es proporcional al valor máximo de la cantidad representada.
2) Su proyección sobre el eje vertical da el valor instantáneo de dicha cantidad.










Elemento resistivo: Consideremos una resistencia como único elemento de un circuito, de modo que la caída de potencial (voltaje) a través de ella es:


donde Vm es el voltaje máximo.

La corriente en laresistencia es:

Donde Im es el valor máximo de la corriente, Im = Vm / R

Las ecuaciones 3 y 4 indican que en una resistencia la corriente IR y el voltaje VR alcanzan sus valores cero y pico al mismo tiempo. Luego, en una resistencia la corriente y el voltaje están en fase. Sus fasores presentan la misma dirección y sentido
rotando con la misma frecuencia angular, ω (Figura 3). Dada esta condición, enlo sucesivo, será indistinto referirse a IR o a VR como elemento de referencia.

Figura 3: En una resistencia VR e IR están en fase

Mientras esto es cierto para una resistencia, veremos a continuación que en los inductores y los condensadores la corriente y el voltaje se desfasan.

Elemento inductivo: Consideremos la parte de un circuito que contiene unainductancia pura L.


El voltajeinstantáneo en la autoinducción es,


y está relacionado con la corriente de acuerdo a la expresión:

Para obtener la corriente, integramos esta expresión:

Si se utiliza la identidad cos(ωt) = −sen(ωt −π / 2), la ecuación anterior puede expresarse de la forma:

Es decir: En un inductor la corriente se atrasa en 900 con respecto al voltaje, o bien el
voltaje se adelanta en π/2 con respecto a la...