TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS...

           Transformador Eléctrico 

Los transformadores eléctricos han sido uno de los inventos más relevantes de la tecnología eléctrica tal y como la conocemos hoy en día.

Por una cuestión de seguridad no se puede suministrar a nuestros hogares la cantidad de Kw  que salen de una central eléctrica, es imprescindible el concurso de unos transformadores para realizar el suministro doméstico.

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc. 

Convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética. Por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

El transformador básico están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético, de tal forma que al paso de una corriente eléctrica por la primera Bobina ( LLAMADA PRIMARIA) provoca una inducción magnética que implica necesariamente a la segunda bobina (LLAMADA SECUNDARIA) y provocando con este principio físico lo que se va llamar una transferencia de potencia.

Transformar la frecuencia (Hz), equilibrar o desequilibrar circuitos  eléctricos según la necesidad  y el caso especifico. Transformar la energía eléctrica desde las centrales generadoras de la electricidad hasta las residencias domesticas, los comercios y las industrias.

Dicho dispositivo eléctrico también es capaz de aislar circuitos de corriente  alterna y continua.

Vp/Vs = Np/Ns 

Ep/Es = Np/Ns

Capacitancia de los "CAPACITORES" (:

 

CAPACITANCIA

 

 

 

 

 

1.- ¿Qué es capacitancia?

Se define como la razón entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos.

La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor dado. En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica.

La capacitancia tiene la unidad del SI coulomb por volt. La unidad de capacitancia del SI es el farad (F), en honor a Michael Faraday.

CAPACITANCIA = 1F = 1 C

1 V

El farad es una unidad de capacitancia muy grande. En la práctica los dispositivos comunes tienen capacitancia que varían de microfarads a picofarads.

La capacitancia de un dispositivo depende entre otras cosas del arreglo geométrico de los conductores.

2.- ¿Qué es un capacitor?

Considere dos conductores que tienen una diferencia de potencial V entre ellos. Supongamos que tienen cargas iguales y opuestas, como en la figura. Una combinación de este tipo se denomina capacitor . La diferencia de potencial V es proporcional a la magnitud de la carga Q del capacitor.(Esta puede probarse por la Ley de coulomb o a través de experimentos.

-Qjg

Un capacitor se compone de dos conductores aislados eléctricamente uno del otro y de sus alrededores. Una vez que el capacitor se carga, los dos conductores tienen cargas iguales pero opuestas.

3.- ¿Cuáles son los tipos de capacitores?

Los capacitores comerciales suelen fabricarse utilizando láminas metálicas intercaladas con delgadas hojas de papel impregnado de parafina o Mylar, los cuales sirvan como material dieléctrico. Estas capas alternadas de hoja metálica y dieléctrico después se enrollan en un cilindro para formar un pequeño paquete. Los capacitores de alto voltaje por lo común constan de varias placas metálicas entrelazadas inmersas en aceite de silicón. Los capacitores pequeños en muchas ocasiones se construyen a partir de materiales cerámicos. Los capacitores variables (comúnmente de 10 a500 pF) suelen estar compuestos de dos conjuntos de placas metálicas entrelazadas, uno fijo y el otro móvil, con aire como el dieléctrico.

Un capacitor electrolítico se usa con frecuencia para almacenar grandes cantidades de carga a voltajes relativamente bajos. Este dispositivo, mostrado en la figura consta de una hoja metálica en contacto con un electrolito, es decir, una solución que conduce electricidad por virtud del movimiento de iones contenidos en la solución. Cuando se aplica un voltaje entre la hoja y el electrolito, una delgada capa de óxido metálico (un aislador) se forma en la hoja y esta capa sirve como el dieléctrico. Pueden obtenerse valores muy grandes de capacitancia debido a que la capa del dieléctrico es muy delgada y por ello la separación de placas es muy pequeña.

Cuando se utilizan capacitores electrolíticos en circuitos , la polaridad (los signos más y menos en el dispositivo) debe instalarse de manera apropiada. Si la polaridad del voltaje es aplicado es opuesta a la que se pretende, la capa de óxido se elimina y el capacitor conduce electricidad en lugar de almacenar carga.

Placas

Lamina electrolito caso

metálica

Contactos

Aceite Línea metálica

Papel +capa de óxido

• Capacitor de placas paralelas

Dos placas paralelas de igual área A están separadas por una distancia d, como en la figura. Una placa tiene carga Q, la otra carga -Q. La carga por unidad de área sobre cualquier placa es = Q /A. Si las placas están muy cercanas una de la otra (en comparación con su longitud y ancho), podemos ignorar los efectos de borde y suponer que el campo eléctrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier otra parte.

El campo eléctrico entre las placas es:

E =  = Q donde o es:

o oA 8.85*10-12

Donde o es la permitividad del espacio libre. La diferencia de potencial entre las placas es igual a Ed; por lo tanto,

V =Ed = Qd

oA

Al sustituir este resultado en la ecuación de capacitancia, encontramos que la capacitancia es igual a,

C = Q = __Q_____

V Qd / oA

Es decir, la capacitancia de un capacitor de placas paralelas es proporcional al área de sus placas e inversamente proporcional a la separación de estas.

+ Q

- Q

Area = A

d

Un capacitor de placas paralelas se compone de dos placas paralelas cada una de área A, separadas por una distancia d. Cuando se carga el capacitor, las cargas tienen cargas iguales de signo opuesto.

• Capacitor cilíndrico

Un conductor cilíndrico de radio a y carga Q es coaxial con un cascaron cilíndrico más grande de radio b y carga -Q con una longitud l.

Suponiendo que l es grande comparada con a,b, podemos ignorar los efectos del borde. En este caso, el campo es perpendicular a los ejes de los cilindros y está confinado a la región entre ellos ;como se ve en la figura. Se debe calcular primero la diferencia de potencial entre los dos cilindros, la cual está dada por lo general por

b

Vb - Va = "a E * ds

Donde E es el campo eléctrico en la región a<r<b. Utilizando la ley de Gauss se demostró que el campo eléctrico de un cilindro de carga por unidad de longitud  es E = 2ke / r. El mismo resultado se aplica aquí debido a que el cilindro exterior no contribuye al campo eléctrico dentro de él. Con este resultado y notando que E esta a lo largo de r en la figura encontramos que:

b b

Vb - Va = "a Er dr = -2ke "a dr / r =-2keln(b / a)

Al sustituir esto en la ecuación de capacitancia y utilizando el hecho de que  =Q /l obtenemos:

C = Q = ______Q_______ = ________l_____

V 2ke ln (b) 2ke ln (b)

l (a) (a)

Donde V es la magnitud de la diferencia de potencial, dada por 2ke ln (b/a), una cantidad positiva. Es decir V =Va -Vb es positiva debido a que el cilindro interior está a un potencial mayor. El resultado nos muestra que la capacitancia es proporcional a la longitud de los cilindros. La capacitancia en este caso depende de los radios de los cilindros conductores.

l

b)

a) Superficie gausiana

a)El capacitor cilíndrico se compone de un conductor cilíndrico de radio a y la longitud l rodeado por un cascaron cilíndrico coaxial de radio b.

b)Vista lateral de un capacitor cilíndrico. La línea punteada representa el final de la superficie gaussiana cilíndrica de radio r y longitud l.

• Capacitor esférico

Un capacitor esférico consta de un cascarón esférico de radio b y carga -Q concéntrico con una esfera conductora más pequeña de radio a y carga Q.

El campo fuera de una distribución de carga simétrica esfericamente es radial y está dado por ke Q / r2. En este caso, corresponde al campo entre las esferas (a<r<b). (El campo es cero en cualquier otro lado). De la ley de Gauss vemos que sólo la esfera interior contribuye a este campo. De este modo, la diferencia de potencial entre las esferas está dada por

b b b

Vb - Va = - "a Er dr = keQ "a dr /r2 =keQ[1/r]a

Vb - Va = keQ(1 / b -1/ a)

La magnitud de la diferencia de potencial es:

V = Va -Vb = kQ (b - a)

ab

Sustituyendo esto en la ec. de capacitancia, obtenemos

- Q

Un capacitor esférico consta de una esfera interior de radio a rodeada por un casacaron esférico de radio b. El campo eléctrico entre las esfera apunta radialmente hacia fuera si la esfera interior está cargada positivamente.

Combinaciones de capacitores

Es común que dos o más capacitores se combinen de varias maneras . La capacitancia equivalente de ciertas combinaciones puede calcularse utilizando métodos como son la combinación en paralelo o en serie. Los símbolos de circuitos para capacitores y baterías, junto con sus códigos de color, se muestran en la figura. La terminal positiva de la batería esta al potencial más alto y se representa por la línea vertical más larga en el símbolo de la batería.

Símbolo de Símbolo de Símbolo de

Capacitor batería interruptor

- +

se nota que los capacitores están en verde y las baterías y los interruptores en verde.

Combinación en paralelo

La diferencia de potencial que existe es a través de cada capacitor en el circuito paralelo es la misma e igual a l voltaje de la batería.

C1

Q1

C2

Q2

+ -

V

Combinación en serie

Para está combinación en serie de capacitores, la magnitud de la carga debe ser la misma en todas las placas.

V1 C1 V2 C2

+Q -Q +Q -Q

+ -

V

También existen capacitores con dieléctricos (que es un material no conductor como, el caucho, vidrio o papel). Cuando un material dieléctrico se inserta entre las placas de un capacitor aumenta la capacitancia. Si el dieléctrico llena por completo el espacio entre las placas, la capacitancia aumenta en un factor adimensional K, conocido como la constante dieléctrica.

Dieléctrico

Co

+ - Qo

V

4.-Menciona dos ejemplos de calculo de capacitancia:

Problema 1

Un capacitor de placas paralelas tiene un área A = 2.00 * 10-4 m2 y una separación de placa d =1.00mm. encuentre su capacitancia.

C = oA

d

C = (8.85*10-12C2/N* m2) (2.00*10-4 m2 /1.00*10-3m)

C =1.77 * 10-12 F = 1.77 pF

Si la separación se incrementa a 3.00mm determine la capacitancia

C = (8.85*10-12C2/N* m2) (2.00*10-4 m2 /3.00*10-3m)

C =0.590 pF

Problema 2

Las placas de un capacitor de placas paralelas miden 2.0 cm * 3.0 cm y están separadas por un espesor de papel de 1.0 mm.

Determine la capacitancia de este dispositivo.(puesto que K =3.7 para el papel)

C =K oA

d

C =3.7 (8.85*10-12C2/N* m2) (6.0*10-4 m2 /1.0*10-3m)

C =20 * 10-12 F =20 pF

Electricidad y Magnetismo

- Q

+Q

C = oA

d

C =Q

V

C =________l_____

2ke ln (b)

(a)

b

a

r Q

b

a

C =Q = ab

V ke (b-a)

Ceq = C1 + C2

ó

Ceq = C1 + C2 + C3 + ...

1 = 1 + 1 + 1 + ....

Ceq C1 C2 C3

C =K oA

d

+Q

CAMBIOS PROVOCADOS POR EL CALOR (:

CAMBIOS PROVOCADOS POR EL CALOR

Los 2 tipos de cambios que provoca el calor en los materiales son:

1) AUMENTO DE TEMPERAURA. La temperatura de un cuerpo generalmente aumenta cuando se le suministra energía térmica o calor. La cantidad de calor Q necesaria para elevar la temperatura de una sustancia es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia:

Q = c.m.∆T

c = calor específico de la sustancia

m = masa de la sustancia

∆T = incremento de temperatura

2) CAMBIO DE FASE. Una excepción a lo anterior tiene lugar durante los cambios de fase: sólido <===> líquido <===> gas. En un cambio de fase la temperatura permanece constante .El calor necesario para fundir una sustancia (sólido ===> líquido) es proporcional a la masa de la sustancia

Q(f) = m.L(f)

L(f) se denomina calor latente de fusión (= calor necesario para fundir 1 kg de sustancia).

De forma análoga, para un cambio de fase líquido ===> gas (vaporización), el calor requerido esQ(v) = m.L(v).

en donde L(v) se denomina calor latente de vaporización (= calor necesario para vaporizar 1 kg de sustancia).

Elasticidad

ELASTICIDAD

 

http://nl-cienciasfsicas.blogspot.mx/2010/10/ley-de-hooke-1.html

La elasticidad, es una propiedad mecánica de los sistemas, decimos que un material es elástico cuando al aplicarle una fuerza, se deforma, y, al dejar de aplicar la fuerza, vuelve a su forma original.

Los materiales que al ser deformados y dejar de aplicar la fuerza, no vuelven a su forma original, se llaman inelásticos o plásticos.

Son materiales elásticos, un resorte, una gomita elástica, la piel, los músculos, entre otros.

Materiales plásticos, son por ejemplo un chicle, plastilina, cemento...


Todos los materiales elásticos tienen un límite de elasticidad, lo cual significa que si aplicamos una fuerza mayor al límite de elasticidad, el material queda deformado o se rompe.

Las partículas se mantienen unidas por fuerzas de atracción entre ellas, las que hacen que al separarlas vuelvan a su lugar, pero si las separamos demasiado, éstas fuerzas no son suficientes para volver a unirlas. El límite elasticidad depende de cada material.

 Estado Solido

 

 

Una propiedad de los sólidos es que tienen forma definida, lo cual se debe a que en el estado sólido cada molécula esta confinada en un espacio pequeño entre moléculas cercanas, por lo que vibran sin cambiar prácticamente de lugar debido a su alta fuerza de cohesión.
Las fuerzas moleculares determinan las propiedades de los sólidos, entre éstas propiedades podemos mencionar:
Dureza
Rigidez
Resistencia mecánica
Elasticidad
Cuando las fuerzas entre los átomos y moléculas de un sólido son muy grandes, resulta muy difícil rayarlo. Esta propiedad de los sólidos recibe el nombre de dureza. Los Geólogos identifican a los minerales por su grado de dureza.
La rigidez se encuentra en función de la resistencia que opone un cuerpo sólido a las fuerzas que tienden a deformarlo y está en relación con su elasticidad.
Por ejemplo, al aplicar una fuerza a cuerpos sólidos como una piedra, una canica, un balín o una moneda, se observa que no se deforman en virtud de que no son flexibles y por tanto carecen de elasticidad. Las propiedades anteriores de los sólidos se pueden modificar si se someten a calentamiento, a tratamientos mecánicos especiales o si se les agregan pequeñas cantidades de otros materiales.
Cuando se le da un tirón a una liga o a un resorte, se observa que su longitud aumenta. Cuando una pelota de voleibol es golpeada se observa que se deforma por un breve tiempo. Los tres cuerpos señalados, recuperan su forma original cuando deja de actuar sobre ellos la fuerza que los deformó. Por ello se dice que tienen elasticidad; esta propiedad que tienen algunos cuerpos se debe a las fuerzas entre los átomos y las moléculas. El hule es una sustancia muy elástica, sin embargo lo es más el acero; esto es si dejamos caer un balín de acero sobre un piso duro de cemento observamos que rebota más que si dejamos caer una pelota, alcanzando un 85 % de su altura original.
No todas las sustancias son elásticas. Por ejemplo, al apretar un trozo de plastilina, se verá que se alarga y conserva esta forma, aunque ya no se le aplique una fuerza, sin embargo no podrá recuperar su forma original.
Elasticidad: es la propiedad que tienen los cuerpos de recuperar su tamaño y forma original después de ser comprimidos, una vez que desaparece la fuerza que ocasiona la deformación. Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo provoca un esfuerzo en el interior del cuerpo ocasionando su deformación.
En algunos materiales como los metales, la deformación es directamente proporcional al esfuerzo. Sin embargo, si la fuerza es mayor a un determinado valor, el cuerpo queda deformado permanentemente. El máximo esfuerzo que un material puede resistir antes de quedar permanentemente deformado se designa con el nombre de límite elástico.
Si el cuerpo se rompe llega a su resistencia máxima denominado punto de ruptura. El punto de ruptura es el máximo esfuerzo que puede soportar un material antes de romperse.
Algunos ejemplos de cuerpos elásticos son: resortes, ligas, bandas de hule, pelotas de tenis, pelotas de fútbol y trampolines. La deformación de un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza que recibe. En otras palabras, si la fuerza aumenta al doble, la deformación también aumenta al doble; si la fuerza aumenta al triple, la deformación se triplica, y si la fuerza disminuye a la mitad, la deformación se reduce a la mitad; por ello se dice que entre estas dos variables existe una relación directamente proporcional.
Esfuerzo y deformación, tensión y comprensión unitaria
 
Cuando una fuerza aplicada a un cuerpo le produce una deformación se dice que el esfuerzo es la causa que origina la deformación elástica.
Existen tres tipos de esfuerzo:
Esfuerzo de tensión:
Se presenta cuando sobre un cuerpo actúan fuerzas de igual magnitud pero de sentido contrario que se alejan entre sí.
Esfuerzo de comprensión:
Ocurre cuando sobre un cuerpo actúan fuerzas iguales en magnitud pero de sentido contrario que se acercan entre sí.
Esfuerzo de corte:
Se presenta cuando sobre un cuerpo actúan fuerzas colíndales de igual o diferente magnitud que se mueven en sentidos contrarios.
La elasticidad de alargamiento es característica únicamente de los sólidos. Así pues, el esfuerzo longitudinal (en el sentido de la longitud) de alambres, varillas, barras, resortes o cables, como consecuencia de un esfuerzo de tensión o de comprensión se puede cuantificar por medio de la relación entre la fuerza aplicada a un cuerpo sólido y el área sobre la que actúa.
La deformación longitudinal también llamada tensión unitaria (alargamiento de un cuerpo), o comprensión unitaria (acortamiento de cuerpo), se determina mediante la relación entre la variación en la longitud de un cuerpo y su longitud original.

Elasticidad .....Información

http://definicion.mx/elasticidad/