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GUÍA 2: CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA
Introducción
Seguramente sabes de la existencia de corriente continua y alterna y
comprendes también las diferencias entre ellas desde el punto de vista teórico.
Por ejemplo, sabes que una pila o batería proporciona una corriente continua
(CC) y que la red domiciliaria proporciona corriente alterna (CA), cuyas
representaciones vemos en la figura 1.
+
volt
-
volt
segundos
segundos
Fig. 1
Señala las diferencias entre ambos tipos de corriente en relación a cada uno de
los siguientes aspectos:
1) Polaridad de los contactos.
2) La forma de medirlas.
3) Efectos lumínicos y calóricos.
4) Efectos magnéticos.
Para investigar estos aspectos y verificar si tus apreciaciones o conocimientos
son correctos, te proponemos a continuación algunas actividades.
A) Sobre la polaridad
Es evidente que las pilas y baterías poseen dos contactos claramente
especificados: uno positivo (+) y otro negativo (–). Los enchufes de la
red domiciliaria poseen tres contactos y no tienen especificada ni su
polaridad ni nada que los diferencie. ¿Qué diferencia existe entre ellos?
El contacto central corresponde a una conexión local a tierra, pero, entre
los contactos extremos, ¿hay alguna diferencia?
Observa lo que ocurre cuando tu profesor(a) conecta el detector de fase
(así se llama el instrumento de la figura 2) a cada uno de los contactos
de un enchufe.
Fig. 2
Claramente se ve que solo en uno de los contactos se enciende la luz de
neón que posee el detector de fase. Este contacto se denomina fase y
es, de los tres, el realmente peligroso. No debes confundirlo con un
contacto positivo. La polaridad de la fase respecto del otro contacto,
denominado común, está cambiando con una frecuencia de 50 hertz. Es
decir, durante 1/100 de segundo es positivo respecto del común y
durante el otro 1/100 de segundo, es negativo. Esto se ilustra en la
figura 3.
Pídele a tu profesor(a) que te explique cómo funciona el detector de
fase.
Este es el voltaje de la fase
respecto del común.
volt
Tierra
local
segundos
Común
Fase
1
segundo
50
Fig. 3
B) La forma de medirlas
Para cada tipo de corriente se emplean instrumentos distintos. ¿Qué
pasará si intentas medir los 220 volt alternos de la red domiciliaria con
un voltímetro para corriente continua y en una escala de 0 a 5 volt?
Instala un voltímetro con estas características en un enchufe y
conéctalo. ¿Qué indica la aguja del instrumento? ¿Se quema el
voltímetro?
Ahora procede a conectarlo y desconéctalo rápidamente, como se indica
en la figura 4, mientras observas lo que marca la aguja. ¿Qué ocurre?
Conectar alternativamente
Fase
V
Fig. 4
Como puedes ver, el instrumento no se quema y cuando se lo conecta no
marca nada; es decir, indica 0 volt. Al conectarlo y desconectarlo en forma
rápida se ve que la aguja tiende a moverse levemente: en algunos casos hacia
un lado y en otros hacia el lado opuesto. Algunas veces la aguja se desvía más
y otras veces menos. ¿Cómo explicas todo esto?
La figura 5 ayuda a explicar el fenómeno que has observado. Dependiendo del
voltaje en el instante en que se establece el contacto, determina cuánto y en
qué sentido intenta moverse la aguja.
310
volt
segundos
–310
+3
V
0
V
–4
V
Fig. 5
Si la aguja fuera idealmente liviana la veríamos oscilar 50 veces cada segundo
entre aproximadamente 310 volt y – 310 volt. Ninguna aguja real puede hacer
tal cosa y, si lo pudiera hacer, no la podríamos ver.
Pero, ¿por qué 310 volt y no 220 volt? Intenta explicarlo. En todo caso, en vez
de 310 volt, es 220 2 volt, ¡el 310 es solo una aproximación!
C) Efectos lumínicos y calóricos
Si el voltaje está variando, ¿por qué no vemos parpadear una ampolleta
conectada a la red domiciliaria?
Para intentar responder esto te proponemos que investiguemos un dispositivo
electrónico denominado diodo rectificador. Su aspecto es el que se indica en la
figura 6. Cuando tu profesor(a) te lo pase verás que es muy pequeño, pues su
longitud es de solo unos milímetros.
Fig. 6
Selecciona el óhmmetro en un tester en la escala X1. ¿Qué observas al cruzar
las puntas de prueba del instrumento?
Coloca las puntas de prueba del instrumento de los modos que se indica en la
figura 7. ¿Qué indica el instrumento en los casos 1 y 2?
Caso 1
Caso 2
Ω
Ω
Fig. 7
El diodo rectificador es un dispositivo sorprendente. Ofrece una resistencia
eléctrica muy pequeña en un sentido y muy grande en otro; es decir, permite
el paso de corriente en un sentido y prácticamente lo impide en el sentido
opuesto. En este tipo de comportamiento de algunos materiales se basa toda
la electrónica moderna.
¿Qué ocurrirá si intercalamos un diodo rectificador en el circuito de una
ampolleta, como se ilustra en la figura 8? Piensa antes de hacer el
experimento.
Fig. 8
Asegúrate de que el interruptor que energice el enchufe que usarás esté
desconectado cuando manipules el diodo, la ampolleta y los cables que los
conectan. El interruptor debe actuar sobre la fase.
Ahora realiza el experimento. ¿Ocurre lo que pensaste? ¿Por qué la ampolleta
no parpadea cuando está conectada sin el diodo?
Las ampolletas iluminan por incandescencia. La corriente eléctrica eleva la
temperatura del filamento hasta casi 3.000 ºC. Por ello ilumina y se calienta
tanto. En un 1/100 de segundo no se alcanza a enfriar como para verla
parpadear. ¿Cuál es el efecto del diodo entonces?
D) Efectos magnéticos
Como recordarás, alrededor de un conductor por el cual circula una
corriente continua se establece un campo magnético. Se trata del efecto
Oersted.
Coloca una aguja magnética (o brújula) debajo de un conductor
orientado en la dirección norte-sur, como se indica en la figura 9, y haz
circular por él una corriente continua (la proporcionada por una batería
de 9 volt por ejemplo). ¿Qué ocurre con la aguja de la brújula?
Corriente continua
Fig. 9
Constatarás que la aguja se desvía de
perpendicularmente en relación al conductor.
modo
que
se
orienta
¿Qué ocurrirá si repites el experimento, pero en vez de hacer pasar por
el conductor corriente continua, haces pasar corriente alterna?
Una manera simple de realizar esta experiencia, es con el montaje que se
ilustra en la figura 10.
Corriente alterna
Fig. 10
¿Qué observas en la aguja de la brújula?
¿Qué ocurrirá con la aguja de la brújula si repites la experiencia anterior, pero
con el diodo rectificador en el circuito, según se ilustra en la figura 11?
Fig. 11
Verifica tu hipótesis realizando el experimento. Asegúrate de tomar todas las
medidas de seguridad al manipular el circuito. ¿Qué se observa realmente?
¿Cómo lo explicas? ¿Qué tipo de corriente está circulando por los cables en
este caso?
Por último debes recordar que cuando una carga eléctrica se mueve en un
campo magnético, sobre ella, según la ley de Lorente, actúa una fuerza
magnética.
¿Qué ocurre entonces sobre un conductor que porta una corriente continua si
está inmerso en un campo magnético?
Si la dirección de la corriente eléctrica no es la misma que la del campo
magnético, sobre el conductor actuará una fuerza magnética. Seguramente ya
realizaste este experimento con corriente continua. Lo que te queremos
plantear ahora es: ¿qué ocurrirá si el conductor porta una corriente alterna?
Una manera relativamente fácil de hacer esta experiencia es con una ampolleta
tipo vela, como la que se ilustra en la figura 12. El propósito de escoger una
ampolleta de este tipo se debe a la necesidad de que el imán pueda
aproximarse lo más posible al filamento.
Imán
Fig. 12
¿Qué observas? ¿Ocurrió lo qué pensabas?
Intenta responder las siguientes preguntas:
a) ¿Funcionará un electroimán con corriente alterna?
b) ¿Cómo es el gráfico que representa el voltaje en función del tiempo en la
ampolleta de la figura 8? Esta corriente, ¿es continua o alterna?
c) ¿Qué ocurrirá con la corriente alterna en un circuito como el de la figura
8 si se colocan dos diodos rectificadores orientados en sentido opuesto?
d) ¿Funciona un transformador eléctrico con corriente continua?