Motor Eléctrico

Los motores eléctricos son máquinas que transforman la energía eléctrica, obtenida de una fuente de tensión o pila, en energía mecánica al originar un movimiento. El experimento consiste en la atracción y repulsión entre dos imanes, uno natural y uno electromagnético inducido por la corriente de la pila, lo que induce el movimiento.

El campo electromagnético inducido en la bobina se debe a la corriente que circula por la espiral de cable. Así obtenemos un "imán artificial". Sin embargo, en el imán, dicho magnetismo es propio del material debido a su naturaleza magnética.

Materiales Necesarios:

• Una pila alcalina de tipo ' D ' o una pila de petaca
• Cinta adhesiva
• Dos clips de papel (cuanto más grandes mejor)
• Un imán rectangular (como los que se usan en las neveras)
• Cable de cobre esmaltado grueso (no con funda de plástico)
• Un tubo de cartón de papel higiénico o de cocina (de poco diámetro)
• Papel de lija fino
• Opcional: Pegamento, bloque pequeño de madera para la base.

Este es el aspecto final del motor eléctrico que desarrollaremos en este experimento. 

 instrucciones:

1. Enrollar el cable de cobre alrededor del tubo de cartón, diez o más vueltas (espiras paralelas), dejando al menos 5 cm de cada extremo sin enrollar y perfectamente recto. Retire el tubo ya que sólo se utiliza para construir la bobina. También puedes enrollar el cable con cualquier objeto cilíndrico, por ejemplo, la misma pila del tipo D.

Los extremos deben coincidir, es decir, quedar perfectamente enfrentados ya que serán los ejes de nuestro motor. Se puede utilizar una gota de pegamento entre cada espira o dar dos vueltas del cable de los extremos sobre la bobina para evitar la deformación de ésta.

2. Utilizando la lija, retirar completamente el esmalte del cable de uno de los extremos de la bobina, dejando al menos 1 cm sin lijar, en la parte más próxima a la bobina.

3. Colocar la bobina sobre una superficie lisa y lijar el otro extremo del cable, simplemente por uno de los lados (por ello no hay que dar la vuelta a la bobina). Dejar al menos 1 cm sin lijar de la parte más próxima a la bobina.

4. Fijar el imán a uno de los lados de la pila utilizando para ello el pegamento.
 
En caso de no contar con un cilindro de mayor grosor podemos usar una de las pilas pero recordar cuanto más delgado sea el cilindro mayor número de vueltas debemos realizar.. 

5. Utilizando los clips, dejar dos ganchos en cada uno de los extremos habiendo entre éstos un ángulo de 90º. Unos alicates planos o de punta fina pueden ser muy útiles.

6. Utilizar la cinta adhesiva para fijar el clip de papel a cada uno de los extremos de la pila (ver figura 6), situando dichos extremos en el mismo lado que el imán.

7. Colgar la bobina sobre los extremos libres de los clips. Si la bobina no gira inmediatamente debemos ayudarla levemente.  

Con las cintas adhesivas fijaremos los clips a los bornes de la pila, pegaremos el imán a la superficie de la pila haciendo coincidir el eje de la estructura del cable con el centro de éste. Explicación

Al situar la bobina sobre el extremo de los clips cerramos el circuito por lo que se induce un campo magnético en cada una de las espiras de la bobina al pasar, por éstas, la corriente eléctrica generada por la pila. Dicho campo magnético se enfrenta al propio del imán por lo que se origina el giro de la bobina. El motor sólo se parará cuando la pila se agote, ya que, al estar lijado sólo un lado de uno de los extremos del cable, nunca se conseguiría el equilibrio estático del conjunto. Si ambos estuviesen lijados se produciría un equilibrio entre los campos magnéticos, no generando el movimiento.
Si no funcione el motor asegúrese de que los clips están en contacto con los polos de la pila, las superficies perfectamente lijadas, o bien cambie la posición lateral del imán. 

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Diferencia entre conductor y aislante

La diferencia entre un material conductor y un aislante es que los materiales conductores permiten que las cargas del flujo de la electricidad y los aislantes son más resistentes a que esto pase, los cuerpos que mantienen fijas sus cargas o que les permiten un movimiento muy reducido se conocen como materiales no conductores o aislantes y a los cuerpos en los que las cargas se mueven con facilidad se les denomina materiales conductores.
Los materiales que son buenos conductores son aquellos formados por átomos que en su ultimo nivel energético tienen menos de cuatro electrones, por lo que los metales son los mejores conductores, puesto que sus electrones se pueden mover con facilidad y ello da como resultado que sean buenos conductores de la electricidad; en cambio, cuando un material aislante es electrizado, solo se electriza en la parte por donde se hizo contacto, por lo que no permite que las cargas circulen a través de el..

Símbolos de los elementos de un circuito

Cuando dibujan un circuito, los especialistas no reproducen sus elementos tal cual son, sino que emplean símbolos que facilitan su representación.
Los circuitos eléctricos se suelen representar esquemáticamente utilizando los símbolos de los distintos elementos que lo componen.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.
Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir.

 

La ley de Ohm

La ley de Ohm dice que: "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo".
 
Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante.

Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.

Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de fórmulas matemáticas pueden realizar también los cálculos de tensión, corriente y resistencia correspondientes a la Ley de Ohm, de una forma más fácil utilizando el siguiente recurso práctico:

Con esta variante sólo será necesario tapar con un dedo la letra que representa el valor de la incógnita que queremos conocer y de inmediato quedará indicada con las otras dos letras cuál es la operación matemática que será necesario realizar.

Interruptor diferencial

Un interruptor diferencial o también llamado disyuntor, es un sistema de protección automático que se instala en el cuadro principal de cualquier instalación eléctrica, aguas debajo de toda carga conectada y que tiene la función de proteger la instalación de derivaciones a tierra y a las personas de contactos directos o indirectos.

Este interruptor automático, corta automáticamente el suministro eléctrico de la instalación en el momento en que se produce una fuga de intensidad.

Los interruptores diferenciales se clasifican según sus fases (monofásico o trifásico), la diferencia de potencial a la que estarán sometidos (230 V o 400 V), la intensidad máxima que les puede atravesar, su sensibilidad, siendo los más habituales de 30 miliamperios y de 300 miliamperios y según el tiempo necesario para su reacción, que no debería ser inferior a 30 milisegundos.

Los interruptores diferenciales disponen de un botón o “tester”, marcado generalmente con una T. Este botón sirve para comprobar que el funcionamiento del interruptor diferencial o disyuntor es correcto.

La base del funcionamiento del interruptor diferencial es sencilla. Simplemente mide la intensidad de corriente que entra en un circuito y la que sale del mismo. Si la medición es la misma, quiere decir que no se pierde por ningún sitio y que la instalación es correcta, pero si la medición es distinta, significa que la intensidad de está perdiendo por algún sitio.

Interruptor termomagnetico

Un interruptor magnetotérmico, interruptor termomagnético o llave térmica, es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule).

El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga.

Al igual que los fusibles, los interruptores magnetotérmicos protegen la instalación contra sobrecargas y cortocircuitos.

Pila de limón

Consiste en insertar, en un limón, dos objetos hechos de metales diferentes, por ejemplo un alambre de hierro y un alambre de cobre. Estos dos objetos funcionan como electrodos, causando una reacción electro química mediada por el jugo de limón que genere una pequeña cantidad de corriente eléctrica.

El objetivo de este experimento es demostrar a los estudiantes cómo funcionan las baterías. Después de que la pila está ensamblada, se puede usar un voltímetro para comprobar el voltaje generado, que usualmente no supera 1 V y una corriente de aproximadamente 0,1 mA como máximo.

El voltaje y corriente producido es insuficiente para encender un led estándar, para lo que se requeriría una batería hecha de varias pilas de limón. Se necesitan al menos dos pilas conectadas en serie para duplicar el voltaje y varias conectadas en paralelo para alcanzar corrientes del orden de 5 mA.

De esta forma, se puede encender un diodo led de bajo voltaje (aproximadamente dos o tres voltios).

Magnetismo

El magnetismo o energía magnética es un fenómeno natural por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.

Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el niquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

 
Si tenemos dos imanes y los juntamos podemos comprobar como los polos del mismo signo se repelen y los de distinto signo se atraen.

Cada electrones, por su naturaleza, un pequeño imán. Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoria mente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados.

Además del campo magnético intrínseco del electrón, algunas veces hay que contar también con el campo magnético debido al movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo. Este efecto es análogo al campo generado por una corriente eléctrica que circula por una bobina.

De nuevo, en general el movimiento de los electrones no da lugar a un campo magnético en el material, pero en ciertas condiciones los movimientos pueden alinearse y producir un campo magnético.

El comportamiento magnético de un material depende de la estructura del material y, particularmente, de la configuración electrónica.

La Red de Distribución de la Energía Eléctrica

La Red de Distribución de la Energía Eléctrica o Sistema de Distribución de Energía Eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales (medidor del cliente).

Los elementos que conforman la red o sistema de distribución son los siguientes:

Generación

En los sistemas de suministro eléctrico centralizados, la energía eléctrica se genera en las centrales eléctricas. Una central eléctrica es una instalación que utiliza una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina que, a su vez, hace girar un alternador, generando así electricidad.

En los sistemas de suministro eléctrico distribuidos, la energía eléctrica se produce (recolecta) tanto en centrales eléctricas como en muchos de los propios nodos consumidores, que son capaces de revertir su excedente energético a la red para abastecer a otros.

El hecho de que la electricidad, a nivel industrial, no pueda ser almacenada y deba consumirse en el momento en que se produce, obliga a disponer de capacidades de producción con potencias elevadas para hacer frente a las puntas de consumo con flexibilidad de funcionamiento para adaptarse a la demanda.

Transporte

La red de transporte es la encargada de enlazar las centrales con los puntos de utilización de energía eléctrica.

Para un uso racional de la electricidad es necesario que las líneas de transporte estén interconectadas entre sí con estructura de forma mallada, de manera que puedan transportar electricidad entre puntos muy alejados, en cualquier sentido y con las menores pérdidas posibles.

Subestaciones

Las instalaciones llamadas subestaciones son plantas transformadoras que se encuentran junto a las centrales generadoras  y en la periferia de las diversas zonas de consumo, enlazadas entre ellas por la Red de Transporte. En estas últimas se reduce la tensión de la electricidad de la tensión de transporte a la de distribución.

Distribución

Desde las subestaciones ubicadas cerca de las áreas de consumo, el servicio eléctrico es responsabilidad de la compañía suministradora (distribuidora), que ha de construir y mantener las líneas necesarias para llegar a los clientes. Estas líneas, realizadas a distintas tensiones, y las instalaciones en que se reduce la tensión hasta los valores utilizables por los usuarios, constituyen la red de distribución. Las líneas de la red de distribución pueden ser aéreas o subterráneas.

Centros de transformación

Los Centros de Transformación, dotados de transformadores alimentados por las líneas de distribución en Media Tensión, esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensión 230 ó 400v

Instalación de enlace

El punto que une las redes de distribución con las instalaciones interiores de los clientes se denomina Instalación de Enlace y está compuesta por: Acometida, Caja general de protección, Líneas repartidoras y Derivaciones individuales.

Electricidad

Es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas.

Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica.

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:

Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor. Se mide en amperios.

Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo. Se mide en voltios.

Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones como generar:

luz, mediante lámparas, calor, movimiento mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica, señales mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.

La Materia

La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, posee una cierta cantidad de energía, y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida.

Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos.

El nivel microscópico de la materia  puede entenderse como un agregado de moléculas, a su vez son agrupaciones de átomos que forman parte del nivel microscópico.

Existen niveles microscópicos que permiten descomponer los átomos en constituyentes aún más elementales, que sería el siguiente nivel, son: 

Electrones: partículas leptónicas con carga eléctrica negativa.

Protones: partículas bariónicas con carga eléctrica positiva.

Neutrones: partículas bariónicas sin carga eléctrica (pero con momento magnético).

El Atomo

Un átomo es la unidad más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico.

Cada sólido, líquido, gas y plasma se compone de átomos neutros o ionizados.

Los átomos son de un tamaño de alrededor de 100 pm (diez mil millonésima parte de un metro)

Cada átomo se compone de un núcleo y uno o más electrones unidos al núcleo.

El núcleo está compuesto de uno o más protones y típicamente un número similar de neutrones, los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una carga eléctrica negativa y los neutrones tienen ambas cargas eléctricas, haciéndolos neutros.