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En la corriente continua los electrones salen siempre del polo negativo y se mueven siempre en el mismo sentido. Éste es el sentido real de la corriente, aunque es corriente utilizar el sentido convencional, en sentido opuesto, para evitar tener en cuenta que son cargas negativas.
Y también hemos visto cómo se genera otro tipo de corriente en el que los electrones alternan el sentido de su desplazamiento: es la corriente alterna.
El valor de voltaje obtenido es una función trigonométrica que se asocia con el seno. La expresión del voltaje instantáneo, es decir, en cada instante de tiempo es:
El valor de voltaje máximo se alcanza únicamente durante una fracción ínfima de tiempo. Cuando decimos que los enchufes tienen un voltaje de 220V, no nos referimos a que el valor máximo de voltaje sea 220V, sino a un concepto nuevo: el voltaje eficaz. Estos valores eficaces son el equivalente en corriente continua que desprendería la misma potencia que todo el ciclo de corriente alterna. Su valor viene dado por la expresión:
De igual forma se habla de intensidad instantánea y eficaz:
Cuando se aplica un voltaje alterno a una resistencia, se sigue cumpliendo la ley de Ohm, y además cuando el voltaje es nulo, los electrones se detienen, y cuando el voltaje es máximo, la intensidad también es máxima. Se dice que ambas magnitudes están en fase:
La expresión V(0° se denomina notación fasorial, y su uso es muy corriente por el siguiente motivo:
Algunos receptores almacenan energía e impiden que el movimiento de los electrones coincida con el impulso del generador. En estos casos, se dice que la intensidad se desfasa respecto al voltaje, y en la expresión de la intensidad se introduce un término, el desfase que ajusta su variación:
en este caso se indica el valor de la intensidad I y el ángulo del desfase φ; con estos dos valores no es necesario escribir toda la expresión. Los condensadores y las bobinas son receptores que desfasan la intensidad respecto al voltaje aplicado.
DESFASE PRODUCIDO POR UN CONDENSADOR
En corriente continua, un condensador se limita a almacenar electrones mientras está conectado a una pila. Cuando retiramos la pila, el condensador se queda cargado hasta que permitamos que las cargas se escapen. Es decir, funciona como una batería recargable.
En corriente alterna, el voltaje está constantemente cambiando su polaridad, y ésto se traduce en que el condensador se está cargando y descargando constantemente al ritmo de las variaciones del generador, por lo que la intensidad se ve afectada. Veamos en detalle qué es lo que ocurre.
En esta animación se puede comprobar que voltaje del generador y la intensidad están desfasadas. La intensidad está adelantada respecto al voltaje exactamente 90°, por lo que las expresiones de ambas son:
Los valores del voltaje y la intensidad siguen estando relacionados por la ley de Ohm, pero en este caso se llama Ley de Ohm generalizada; al valor equivalente a la resistencia se le denomina impedancia, y para un condensador viene dado por la expresión:
siendo f la frecuencia de la corriente alterna (en Europa 50Hz, en América 60 Hz) y C la capacidad del condensador en Faradios.
DESFASE PRODUCIDO POR UNA BOBINA
Las bobinas o solenoides almacenan energía en forma de campo magnético. Al conectar una corriente continua, la bobina retiene el paso de electrones hasta que se establece el campo magnético. Cuando se elimina la pila, la energía de este campo magnético continúa moviendo electrones, fenómeno llamado autoinducción.
La energía magnética que almacena una bobina durante su funcionamiento con corriente alterna provoca que la corriente esté desfasada respecto al voltaje:
En este caso, la intensidad está retrasada respecto al voltaje exactamente 90°, por lo que las expresiones de ambas son:
Los valores del voltaje y la intensidad también están relacionados por la ley de Ohm generalizada, y el valor de impedancia de la bobina viene dado por la expresión:
siendo f la frecuencia de la corriente alterna y L el coeficiente de autoinducción de la bobina en Henrios.
En este enlace hay un curioso simulador con elementos de corriente continua y de alterna. Y en este otro enlace hay otro simulador mucho más serio.
POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA
Cuando se trata de calcular la potencia que consume un aparato en corriente alterna, hay que tener presente la notación fasorial. La potencia consumida viene dada por el producto del voltaje aplicado por la intensidad que circula, esté o no desfasada, y se denomina potencia aparente. La unidad empleada para la potencia aparente es el voltamperio (VA):
De esta potencia consumida, únicamente la componente resistiva se transforma en potencia útil, por lo que se denomina potencia activa, y se calcula multiplicando la potencia aparente por cosφ. A este cosφ se de denomina factor de potencia f.d.p. La potencia activa se mide en vatios (W).
La componente capacitiva o inductiva se pierde en forma de campos eléctricos o magnéticos. Al producto de V(0° por I(90° o de V(0° por I(-90° se le denomina potencia reactiva, y se mide en voltamperios reactivos (VAr).
MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA
Ya conocemos el motor de corriente continua. En corriente alterna las espiras están fijas a la carcasa y se consigue un campo magnético giratorio mediante una segunda bobina colocada perpendicularmente a la principal, y aplicando a ésta una corriente que previamente ha pasado por un condensador, y que por lo tanto está desfasada respecto a la corriente principal. La composición de los campos magnéticos da una resultante giratoria:
La presencia de bobinas de cable da como resultado que los motores tienen una impedancia que es en parte inductiva y en parte resistiva. Por lo tanto, cuando se calcula la potencia de un motor en corriente alterna, hay que tener en cuenta la diferencia entre potencia aparente (absorbida), potencia activa (potencia que no se pierde en campos magnéticos) y potencia útil (la que se aprovecha del motor).
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