Aspectos Energéticos

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Tema 3.- Aspectos Energéticos de la Corriente Continua
Potencia y Energía Eléctricas
Cuando una carga eléctrica se desplaza entre dos puntos realiza un trabajo:
trabajo W = Q' · UA - UB
Dada la definición de Intensidad: I=
=
Q'
t
se puede escribir que el trabajo o energía debido al movimiento de la
carga será:
W = UA B ·I · t
E
Además, la potencia es: P=
t
Con lo que dividiendo la expresión anterior por el tiempo se tiene que dada una intensidad I que atraviesa una
ddp U, la Potencia eléctrica convertida en trabajo será:
P=U·I
→ Watio=
Jul
seg
Efecto Joule
En la circulación de corriente eléctrica por un conductor se originan choques de los electrones contra los iones
metálicos del conductor, esto se traducen en un aumento de Tª del conductor. A esta conversión de energía
eléctrica en calor se denomina efecto Joule. Este calor generado viene dado por:
U=I·R
P=U·I
→ P = I2 · R →
E=P·t
→
E = I2 ∙ R ∙ t
Jul
→ Calor = 0'24 · I2 ∙ R ∙ t
cal
Generador
Dispositivo
ispositivo capaz de crear y mantener una ddp en los extremos de un hilo conductor. Para
P
lo cual convierte otro
tipo de energía en energía eléctrica
La fuerza electromotriz es la causa de que exista una ddp en los polos de un generador.
generador La fem de un generador
es la relación que existe entre la energía no eléctrica que transforma y la carga eléctrica que lo atraviesa
ε=
W
→
Q
Voltios
Siendo W la energía no eléctrica que transforma
transforma. Si la dividimos por el tiempo, nos da como resultado la potencia
que consume o potencia total:
P=
W
ε·I·t
=
=ε·I
t
t
→ε=
P
I
Un generador ideal sería un generador que nos proporcionara potencia infinita, lo representaremos mediante el
símbolo del generador únicamente
Ningún generador es capaz de suministrarnos potencia infinita, de hecho, los generadores de voltaje continuo
suelen ser de poca potencia. Así que los generadores reales los representaremos mediante
mediante un generador ideal que
nos proporciona una fem, mas una resistencia interna r
Ideal
Real
Bárbara Cánovas Conesa
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Electrotecnia _ 2º Bachillerato
Receptores
Transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía (luz, calor, sonido, movimiento). Para estudiar la energía
eléctrica que se transforma en otra energía no calorífica, se emplea el concepto de fuerza contra-electromotriz. Es
la relación entre la energía eléctrica que transforma el receptor en otra que no sea calorífica,
calorífica y la carga eléctrica
que lo atraviesa:
ε' =
W
Q
Potencia de un motor
P=ε’·I
Un mismo elemento puede funcionar como generador o receptor dependiendo la dirección en la que fluya la
corriente
Ley de Ohm generalizad a un circuito
Dado un circuito eléctrico con generadores reales y receptores de diferentes tipos, se cumple que:
I=
∑ε
∑R
Para aplicar correctamente esta ley es necesario tener en cuenta las normas siguientes:
•
Se elige arbitrariamente
te un sentido para la corriente
•
Las fem se consideran (+) si, al recorrer el circuito en el sentido asignado a la I, el primer polo
encontrado es el (-),, y viceversa
•
Las fcem son siempre (-)
•
Si el valor de la I obtenida resulta negativo, su sentido será el opuesto al elegido
Diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito
La aplicación de la Ley de Ohm nos permite conocer
la ddp entre dos puntos de un circuito
En este tramo del circuito se ponen en juego varias
potencias:
•
Potencia que cede la corriente
orriente al pasar de A a B → = (UA – UB) · I
•
Potencia que genera el generador → = ε·I
•
Consumo de energía eléctrica en el receptor → = ε’·I
•
Transformación de energía eléctrica en calor en las resistencias → = I ·r+I ·R+I
·r'
2
2
2
Como la potencia que el circuito cede debe de ser igual a la consumida (principio de conservación de la energía):
(UA -U
UB )·I+ε·I=ε’·I+I2 ·r+I2 ·R+I2 ·r’
UA -UB =I
R -
ε
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Tema 3.- Aspectos Energéticos de la Corriente Continua
Si en el circuito los puntos A y B son el mismo, su ddp será cero, con lo cual la formula quedara:
I
R=
ε
ddp entre los polos de un generador
Siempre será inferior a su fem
UA -UB =I
R -
ε
Entre los polos del generador solo hay una fem, con lo que tenemos:
UA -UB =ε–r·I
El voltaje en los polos de un generador solo coincide con su fem cuando la I es 0.
ddp entre los bornes de un receptor
Dado un receptor que no tenga carácter únicamente resistivo (motor, acumulador) tendrá una f.c.e.m:
UA -UB =I
R -
ε
UA -UB =ε' +I·r'
Siendo r’ la caída de tensión en el interior del receptor a causa de su resistencia interna.
La ddp entre los bornes de un receptor es superior a su fcem
Asociación de generadores
En serie
I=
Si los generadores son iguales:
I=
∑ εi
R+
+ ∑ ri
n·ε
R+n·r
I=
Si la R es elevada, se puede despreciar el valor de la resistencia interna:
En paralelo
Se emplea menos porque todos los generadores deben tener la misma fem
I=
ε
R+
r
n
Cada generador proporciona una intensidad
intensidad menor que si estuviera solo
n·ε
R
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