Unidad: VIII Corriente Alterna (CA)
Física II
Electricidad, Magnetismo y Circuitos - Un blog estudiantil de Ingeniería de Sistemas
Corriente Alterna (CA)
La corriente alterna se caracteriza por variar periódicamente tanto en magnitud como en dirección. El tipo más común es la corriente senoidal, utilizada en la red eléctrica doméstica e industrial.
Representación Matemática
El voltaje y la corriente en CA se expresan como funciones sinusoidales del tiempo:
Donde V₀ e I₀ son los valores máximos, ω es la frecuencia angular, y φ representa el desfase entre voltaje y corriente
Representación gráfica de una onda sinusoidal de corriente alterna
Parámetros Fundamentales
- Frecuencia (f): Número de ciclos por segundo (Hz). En Perú: 60 Hz
- Período (T): Tiempo para completar un ciclo. T = 1/f
- Frecuencia angular (ω): ω = 2πf
- Valor pico (V₀, I₀): Valor máximo de la onda
- Valor eficaz (RMS): Valor equivalente de corriente continua que produce el mismo efecto térmico
Valores eficaces (RMS) para ondas sinusoidales
Comportamiento en Diferentes Componentes
En circuitos de corriente alterna, el comportamiento varía según el componente:
Resistencias
Voltaje y corriente están en fase (φ = 0°)
Inductores
La corriente se retrasa respecto al voltaje (φ = +90°)
Condensadores
La corriente se adelanta al voltaje (φ = -90°)
Impedancia y Fasores
En circuitos de CA, la oposición total al flujo de corriente se llama impedancia (Z):
Donde j es la unidad imaginaria (√-1)
Los fasores son representaciones complejas que simplifican el análisis de circuitos de CA:
- Voltaje fasorial: V = V₀∠0°
- Corriente fasorial: I = I₀∠φ
- Permiten usar álgebra compleja en lugar de ecuaciones diferenciales
Potencia en Corriente Alterna
En circuitos de CA, se definen tres tipos de potencia:
| Tipo de Potencia | Símbolo | Fórmula | Unidad | Descripción |
|---|---|---|---|---|
| Potencia Aparente | S | S = V_RMS × I_RMS | VA (Volt-Amperios) | Potencia total suministrada |
| Potencia Activa | P | P = S × cos(φ) | W (Watts) | Potencia útil o real |
| Potencia Reactiva | Q | Q = S × sin(φ) | VAR (Volt-Amperios Reactivos) | Potencia que oscila sin trabajo útil |
Indica la eficiencia del uso de energía eléctrica
Ventajas y Aplicaciones
La corriente alterna es ampliamente utilizada debido a:
- Facilidad de transformación: Se puede elevar o disminuir voltajes mediante transformadores
- Reducción de pérdidas: Alta tensión para transmisión reduce pérdidas por efecto Joule
- Generación eficiente: Los alternadores son más simples y eficientes que las dinamos
- Distribución flexible: Sistema trifásico para industria y monofásico para hogares
Sistema de distribución eléctrica que utiliza corriente alterna
Comparación CA vs CC
| Característica | Corriente Alterna (CA) | Corriente Continua (CC) |
|---|---|---|
| Dirección | Cambia periódicamente | Constante en una dirección |
| Generación | Alternadores | Baterías, células solares |
| Transmisión | Eficiente a larga distancia | Pérdidas significativas |
| Transformación | Fácil (con transformadores) | Compleja (requiere convertidores) |
| Aplicaciones | Red eléctrica, motores industriales | Electrónica, automóviles |
Consideraciones Prácticas
- La frecuencia estándar varía por país (60 Hz en América, 50 Hz en Europa)
- El factor de potencia debe mantenerse cercano a 1 para eficiencia energética
- Los circuitos resonantes (RLC) tienen aplicaciones en filtros y sintonizadores
- La corrección del factor de potencia es obligatoria en instalaciones industriales
- La seguridad eléctrica es crítica debido al riesgo de electrocución
Próximo Experimento
Medición de fase y potencia en circuitos de CA: Uso del osciloscopio para análisis de señales alternas.
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