Polarización.

La polarización eléctrica:

También llamada densidad de polarización hilo de tierra, toma de conexión a tierra, puesta a tierra pozo a tierra, conexión a tierra o simplemente polarización.

Se emplea en las instalaciones eléctricas para llevar a tierra cualquier derivación indebida de la corriente eléctrica a los elementos que pueden estar en contactos, ya sea directa o indirectamente.

La puesta a tierra es una unión de todos los elementos metálicos que mediante cables de sección suficiente entre las partes de una instalación y un conjunto de electrodos, permite la desviación de corriente  de fallas o de las descargas  de tipo atmosférico.
 

Los tres campos eléctricos macroscópicos que describen el comportamiento de los materiales son:

• La polarización eléctrica.     
• El campo eléctrico.              
• El desplazamiento eléctrico.

 En cualquier objeto, existen dos cuotas, el negativo y el positivo. Polarización es la separación de estas cargas. Es decir, separan las cargas negativas de las positivas.
Polarización puede hacerse por cualquier de los dos electrones que hace pasar a través de la superficie de un punto a otro o por distorsión de electrones como el caso de los aisladores.

Polarización Eléctrica:

Es el desplazamiento relativo de las negativas a las cargas positivas en sentido contrario debido a un campo eléctrico. Esto puede tener lugar en conductores o aislantes. Cuando un conductor se expone a un campo externo, electrones son forzados a moverse de un lado del conductor a otro, dependiendo de la polaridad del campo eléctrico presente.

Aisladores también pueden ser polarizados por un campo eléctrico. Un buen ejemplo es un dieléctrico en los condensadores una función muy importante de una polarización del campo eléctrico. Un condensador no tendrá la capacidad para almacenar la carga si su dieléctrico no es eléctricamente polarizado. 

Cada material tiene su propia manera única de responder a un campo eléctrico y cómo le afecta el campo eléctrico. Se llama densidad de polarización. 

Un material eléctricamente polarizado tiene cargas más positivas por un lado mientras que en el otro tiene cargas negativas.

El trabajo eléctrico para polarizar materiales es:

Toma corriente polarizado:

 Este tomacorriente se caracteriza por tener tres puntos de conexión, el de fase, vivo o positivo, el neutro o negativo y el de tierra física, es muy importante el uso de estos tomacorrientes.

Para la instalación de un tomacorriente se debe de desmontar él toma anterior quitando los tornillos que aseguran el tomacorriente a la caja, luego, aflojar los tornillos que aseguran los cables y colocar el nuevo. Si es una instalación nueva, primero debemos de colocar los cables dentro del tubo y proceder como se hizo con los interruptores. En el caso de los tomacorrientes los cables se conectan al positivo y negativo de la instalación directamente.

En la figura puede verse que debemos de conectar tres cables para instalar un tomacorriente polarizado:

•                  CAFÉ, NEGRO O GRIS: Este debe de conectarse a la línea de fase, viva o positiva de la instalación eléctrica. 
•                  AZUL O BLANCO: Este debe de conectarse a la línea neutra o negativa de la instalación eléctrica.
•            VERDE O VERDE CON AMARILLO: Este corresponde a la tierra física instalación eléctrica.

Un polo a tierra no se puede hacer en un terreno pedregoso ni en uno arcilloso ya que no cumpliría su función como se debe, el mejor terreno para hacerlo es uno húmedo y que sea de pura tierra.

Los materiales que se usan en un polo tierra son:

• Barra Cooper:

•  Hidrogel: 

 

•   Cepo inoxidable:

 

• Carbón vegetal: 

 

• Sal marina: 

 

Tipos de polo a tierra: 

1.  POLO TIERRA HORIZONTAL:

   
   
   

   2.                         POLO A TIERRA VERTICAL:

    

   

    

Vídeo de la polarización de un tomacorriente:

https://www.youtube.com/watch?v=HZyUtM4am80

Corriente alterna.

¿Qué es la corriente alterna?

La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante  siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o  hertz posea esa corriente. 

En la mayoría de las líneas de electricidad se transporta corriente alterna.
Se caracteriza porque su magnitud y dirección varían cíclicamente.

Existen muy buenas razones para elegir la corriente alterna en la transmisión de fuerza motriz. Una de ellas, es que la tensión de corriente alterna puede elevarse o disminuirse con facilidad y con perdidas despreciables de potencias mediante el transformador, mientras que las tensiones de corriente continua no se puede modificar sin una pérdida considerable de potencia.

Ciclos de corriente alterna:

Se dice que completa un ciclo cuando la onda de tensión o intensidad describe un juego completo de valores positivos y negativos.

Generador elemental de corriente alterna:

Un generador elemental consiste en una espira de alambre colocado de manera que se le pueda hacer girar dentro de un campo dentro de un campo magnético estacionario, para que éste produzca una corriente inducida en la espira. 

La tensión del generador se denomina tensión eléctrica, puesto que alterna periódicamente entre positivo y el negativo. En cuanto a la intensidad, también se le denomina intensidad alterna. la cual siempre esta asociado a un voltaje alterno. 

Frecuencia de la corriente alterna:

Cuando la armadura de un generador CA gira, cuando más veloz sea su movimiento de rotación entre los polos magnéticos, con mayor frecuencia la corriente se invertirá cada segundo. Por lo tanto se complementan más ciclos por segundo, ya que cada inversión de corriente cierra cierra medio ciclo de flujo. 

La cantidad de ciclos por segundo se denomina frecuencia.

Control del flujo de corriente.

El comportamiento del flujo de corriente está regido por la ley de Ohm y sus derivaciones, que son la base del estudio de la electricidad.

Resistencias:

Todo material ofrece cierta oposición al flujo de corriente, oposición que puede ser grande o pequeña.

Esta oposición se le denomina resistencia.

La resistencia depende:

1. Longitud.
2. Área de sección transversal.
3. Temperatura.
4. Material del que está hecho.

1. Longitud:

Si comparamos dos conductores de igual material y sección pero de diferente longitud cada uno, el de mayor longitud tiene mayor resistencia al movimiento de los electrones debido a que éstos tienen un mayor camino que recorrer.

En cambio, el que tiene menor longitud tiene menor resistencia al movimiento de electrones debido a que éstos tienen un menor camino que recorrer.

2. Área de sección transversal:

Al comparar dos conductores de igual material y longitud pero de diferente sección, notamos que en el de mayor sección existe un mayor número de electrones, por lo que circula una corriente más intensa.

Por lo tanto, La resistencia es menor, cuando mayor sea la sección del conductor.

3. Temperatura:

Los cambios de temperatura influyen en los materiales, tanto es así, que la resistencia de los metales puros aumenta con la temperatura.

Por lo tanto, Entre mayor sea la temperatura de un material, mayor es la resistencia de este.

4. Material:

Una propiedad de los materiales es la conductancia y está definido como la facilidad con que un material deja fluir la corriente.

A mayor conductancia mayor cantidad de corriente permitirá fluir. Como el conductor más comúnmente utilizado es el cobre, todos los metales tienen una clasificación de conductancia, que indica la eficacia con que conduce la corriente en comparación con el cobre.

A está conductancia se le llama conductancia relativa o coeficiente de conductividad. 

Por lo tanto, cuanto mayor sea el coeficiente de conductividad que tiene el conductor, menor es la resistencia al paso de corriente.

La conductancia es la inversa de la resistencia y se mide en S (Siemens).

En la tabla siguiente se muestra la conductancia relativa de algunos materiales:

Conductancia Relativa (Respecto al cobre):

Metal	Conductancia relativa	Metal	Conductancia relativa
Plata	1.0800	Fierro	0.1490
Cobre	1.0000	Níquel	0.1290
Oro	0.7250	Estaño	0.1210
Aluminio	0.6250	Acero	0.1160
Zinc	0.2750	Plomo	0.0810
Latón	0.2770	Mercurio	0.0180
Platino	0.1720	Carbono	0.0004

Resistencia específica:

Otra propiedad de los materiales es la resistividad o la resistencia específica.
La resistividad es la resistencia que ofrece un conductor de 1 metro de longitud y 1mm2 de sección a una temperatura de 20°.
A cada tipo de material le corresponde un coeficiente de resistividad, es decir, indica el grado de resistencia que opone ese material al paso de la corriente.

Coeficiente de resistividad:

Metal	Coef. Resistividad	Metal	Conductancia relativa
Plata	0.016	Platino	0.1
Oro	0.018	Hierro	0.106
Cobre	0.022	Estaño	0.11
Aluminio	0.028	Plomo	0.208
Zinc	0.06	Carbono	66.667
Latón	0.07

Resistores:

Los dispositivos que se usan para aumentar la resistencia en un circuito eléctrico son los resistores.

Son fabricados con materiales que ofrecen una alta resistencia al paso de la corriente eléctrica, lo más comunes son:

• Nicromo
• Constantán.
• Manganina.

Código de colores:

Existe un método estándar para saber el valor óhmico de los resistores. 

Este código está compuesto por bandas de colores divididos en dos grupos:

1.  El primer grupo consiste de tres o cuatro de estas bandas, de las cuales las primeras dos o tres indican el valor nominal del resistor y la última es un multiplicador para obtener una escala.
2.  El segundo grupo está compuesto por una sola banda y es la tolerancia expresada como un porcentaje, dicha tolerancia proporciona el campo de valores dentro del cual se encuentra el valor real de la misma.

Ley de Ohm:

La ley de Ohm, establece que, en un circuito eléctrico el valor de la corriente es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.

La ley de Ohm permite conocer el voltaje en un elemento del circuito conociendo su resistencia  y la corriente que fluye a través de él. 

V/I=R 

Voltaje = V

Resistencia = R

Corriente = I

En otras palabras esta ley nos dice:

• A más voltaje, más corriente; a menos voltaje, menos corriente.
• A más resistencia, menos corriente; a menos resistencia, más corriente. 

La generación de corriente eléctrica está ligada a dos condiciones:

a) La existencia de una fuerza propulsora, la fuerza que hemos denominado fuerza electromotriz (f.e.m)

b) A la existencia de una fuerza propulsora, cerrado, que une los dos polos de la fuente de voltaje.

La intensidad de la corriente depende tanto de la magnitud de la fuerza electromotriz (V) como de la resistencia del circuito (R).

Esa dependencia fue precisada por el físico George Simon Ohm, quien formulo la ley más importante de la electrotecnia, llamada por eso, ley de Ohm.

Circuitos en serie y en paralelos:

La resistencia en un circuito eléctrico puede estar dispuestas en serie o en paralelo.

Circuito  de corriente continúa en Serie:

 Cuando se tienen N resistencias conectadas en serie la resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias.
Son aquellos circuitos donde la energía eléctrica solamente dispone de un camino, lo cual hace que no interesen demasiado lo que se encuentre en el medio y los elementos que la componen no pueden ser independientes.
O sea aquí solamente existe un único camino desde la fuente de corriente hasta el final del circuito  (que es la misma fuente).

Circuito de corriente continúo en paralelo:

Se dice que varios elementos están en paralelos cuando la caía del potencial entre todos aquellos es la misma. 

Al haber tres caminos alternativos para el paso de la corriente, la facilidad de paso (conductancia) ha aumentado: la facilidad total es la suma de facilidades. La conductancia ha de ser la suma de las conductancias componentes.

Inductancia:

La inductancia se expresa en Henrios (H). 

La inductancia (L) se opone al cambio del flujo de corriente.

El dispositivo que cumple eficazmente esta función es el inductor,  que físicamente es una bobina que tiene numerosas espiras de alambre de cobre, de un diámetro muy fino y con un forro o un aislante, arrollados en un tubo de baquelita.

¨Cuando un flujo de electrones circula a lo largo de un conductor, empieza a expandirse un campo magnético desde el eje del conductor. Las líneas de fuerza del campo magnético se mueven hacia afuera, a través del material conductor, continuando después por el aire, induciendo un voltaje en el propio conductor. Este voltaje inducido tiene siempre una dirección opuesta, al de la circulación de corriente. Debido a dicha dirección opuesta, a este voltaje se le llama Fuerza contra electromotriz ¨

El efecto de la fuerza contra electromotriz que se crea en el conductor es el de oponerse al valor máximo de la corriente, aunque esta es una condición temporal.
Cuando la corriente que pasa por el conductor alcanza finalmente un valor permanente, las líneas de fuerza dejan de expandirse o moverse y ya no se produce f.c.e.m.

Existen dos tipos de inductores:

1. Inductores fijos:

A los inductores fijos no se le puede variar su valor, una vez que sean fabricado su valor permanece constante.  Estos inductores pueden tener un núcleo de aire o de hierro.  

                      Inductores con núcleo                      Inductores con núcleo  

                                De hierro.                                            De aire.

2. Inductores variables:

A los inductores variables se le puede variar el valor de la inductancia en cierta escala. Están fabricados de manera que el núcleo se puede mover dentro del devanado.  De esta manera, la posición de núcleo determina el valor de la inductancia. Se representan:

Capacitancia:

Así como la inductancia se opone ante cualquier cambio en la corriente, la Capacitancia (C) se opone ante cualquier cambio de voltaje. 

El dispositivo que introduce la capacitancia a los circuitos es el capacitor.  Este dispositivo almacena energía en un campo electrostático y la libera posteriormente. 

Un capacitador está formado por dos placas conductoras paralelas entre sí, separadas por una capa delgada de material aislante, a este material no conductor se le conoce como dieléctrico. 

Potencia de electricidad - Ley de Joule:

Establece que todo conductor recorrido por una corriente se calienta, lo cual produce el llamado ¨Efecto Calórico¨  de la corriente eléctrica.

La cantidad de calor se mide en calorías. Una caloría (Cal) es la cantidad necesaria para llevar a 1°C  la temperatura de 1g de agua.

Circuitos Eléctricos.

Voltaje (Diferencia de potencial):

Para que exista una corriente eléctrica se requiere de algo que fuerce a que los electrones circulen ordenadamente; una fuerza de origen eléctrica, denominada fuerza electromotriz (f.e.m), cuya unidad es el volt (V).
Esta fuerza es lo que proporcionan los generadores de electricidad como:

• Pilas.
• Baterías.
• Alternadores.

En los generadores de electricidad, como consecuencia de algún tipo de proceso, se produce en su interior lo que se llama una fuerza electromotriz.

Fuerza electromotriz:

 

 

Es la fuerza que obliga a los electrones a moverse (Dentro del generador) y que tiene por efecto producir una tensión eléctrica.
La tensión eléctrica: que se expresa en volts, es la fuerza que hace que los electrones se muevan ordenadamente en una cierta dirección a través de las líneas conductoras (circuito), o sea, lo que hace que aparezca una corriente eléctrica:

¨Un generador de electricidad suministra una tensión eléctrica (Volts) que hace que circule una corriente eléctrica a través del receptor (carga) para desarrollar un cierto trabajo (Luz. Calor. Fuerza mecánica, etc.)
 Las líneas conductoras son el medio de transporte de la energía eléctrica, del generador a la carga¨.





Mientras más carga tenga el material, mayor será su potencial para producir un flujo de electrones, mayor será la tensión., mayor será el flujo de electrones.

Visto de una forma más técnica, aparecen otros términos relacionados que se denominan:

1. Potencial eléctrico.
2. Diferencia de potencial.

-Potencial eléctrico:

Se define por potencial eléctrico en un punto al trabajo necesario para trasladar la unidad de carga eléctrica positiva desde el infinito hasta dicho punto.
Es un trabajo por unidad de carga, que se mide en volts.

-Diferencia de potencial:

Se define por diferencia de potencial entre dos puntos al trabajo necesario para que la unidad de carga se traslade de un punto a otro.
La diferencia de potencial también se divide en volts.

En resumen, los términos de fuerza electromotriz, tensión, potencial y diferencia de potencial se expresan mediante la unidad de volt, y a menudo son denominados como voltaje cuyo símbolo es la letra V o E, aunque también se representa como una U.

Medición del voltaje:

El instrumento para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico se denomina voltímetro.
Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

Corriente eléctrica (Densidad de corriente):

La corriente se puede definir como: un flujo ordenados de electrones, es decir, los electrones en movimiento constituyen una corriente eléctrica, los cuales, al aplicarles un voltaje como por ejemplo el de una batería, es posible forzar a los electrones fuera de su trayectoria circular y ocasionar que pasen de un átomo a otro.

La corriente que pasa por un alambre tiene una dirección y una magnitud. El símbolo de la corriente eléctrica es la letra I y la unidad de corriente es el Amper (A). 

Hay dos maneras de representar la dirección de la corriente eléctrica:

-Sentido real: Físicamente, el sentido de la corriente eléctrica va de negativo a positivo; o sea,  el flujo de los electrones parte del polo negativo del generador y se dirige, a través de las líneas de conducción, hacia el polo positivo del generador.

-Sentido convencional: Va al revés del sentido real; o sea, de positivo a negativo. Esto es así porque en los principios del descubrimiento de la electricidad, se creía que éste era el sentido real de la corriente. Posteriores descubrimientos demostraron que los electrones (cargas negativas) son los que realmente se mueven y su tendencia es ir hacia cargas de distinto signo (cargas positivas).

Intensidad de corriente:

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.
No sólo es importante saber si circula corriente y en qué sentido lo hace, si no también que tan intenso es el movimiento de los electrones. 

La intensidad de la corriente viene dada por la siguiente formula:

Donde:

                                                -I: Intensidad expresada en amperios (A).

                -Q: Carga eléctrica expresada en culombios  (C).

                                                -T: Tiempo expresado en segundos.

Prefijo	Símbolo	Decimal
1 Kiloamperio	1kA	1000 A
1 miliamperio	1mA	(1/1000)= 0.001 A
1 microamperio	1µA	(1/1,000,000)= 0.000001 A

Densidad de corriente:

La densidad de corriente se define como la  corriente máxima admisible por cada unidad de sección de un conductor. Para entender mejor esta definición, imaginemos la sección de un conductor eléctrico atravesada por la circulación de la corriente eléctrica en donde se presentan diferentes casos:

¨Los electrones se desplazan en libertad por el conductor. La sección es excesiva para la corriente, ésta es ¨poco densa¨ con respecto  a la sección del conductor¨.

¨Los electrones ocupan toda el área de la sección del conductor. Esto quiere decir que la sección alcanza exactamente para la circulación de electrones. A este valor de la corriente, se denomina intensidad máxima admisible para la sección considerada¨.

¨Los electrones necesitan una sección mayor que la del conductor, para que todos puedan circular indefinidamente. Esto quiere decir que la sección del conductor es insuficiente para la corriente, lo cual implica que el conductor no soporta ese valor de corriente indefinidamente por lo que en poco tiempo se funde¨.

Electricidad.

¿Qué es la electricidad?

Sencillamente se puede describir como la forma de energía producto de la acción específica de los electrones.

La electricidad es la acción que producen los electrones al trasladarse de un punto a otro, ya sea por su falta o exceso del mismo material,

¿Cómo se desplazan los electrones en un material? Para que los electrones puedan moverse es necesario que alguna forma de energía se convierta en electricidad.

Electrón:

Todos los efectos de la electricidad pueden explicarse y predecirse presumiendo la existencia de una diminuta partícula denominada electrón. 

En vista en que la existencia del electrón ha conducido a tantos importantes descubrimientos en el campo de:

• La electricidad.
• La electrónica.
• La química.
• La física atómica

Podemos suponer sin equivocarnos que el electrón es una realidad. Todos los equipos eléctricos y electrónicos han sido diseñados en base a la teoría de electrones.

Estructura de la materia.

La materia puede definirse como cualquier cuerpo que ocupa un lugar en el espacio y tiene peso. Toda materia está compuesta de moléculas formadas por combinaciones de átomos, los cuales son muy pequeñas. Los principales elementos que forman al átomo son:

1.  El electrón: Se encuentra fuera del núcleo del átomo y su carga es negativa.
2. El protón: Se encuentra dentro del núcleo del átomo y su carga es positiva. 
3. El neutrón: Se encuentra en el núcleo del átomo y su carga es neutra.
4. El núcleo: Es el lugar en donde se encuentran protones y electrones. 

¿Cuál es el origen de la electricidad?

Los electrones giran alrededor del núcleo debido al equilibrio de dos fuerzas:

• La fuerza del propio: electrón que lo mantiene siempre en  movimiento.
• La fuerza de atracción: que ejerce el núcleo sobre el electrón. 

Los electrones que se encuentran en la órbita más lejana del núcleo pueden salirse de sus órbitas, aplicándoles alguna fuerza externa como un campo magnético o una reacción química.

 A este tipo de electrones se les conoce electrones libres.
El movimiento disperso de los electrones libres de un átomo a otro es normalmente igual en todas direcciones, de manera que ninguna parte del material gana ni pierde electrones.

El movimiento de electrones libres de un átomo  a otro origina lo que se conoce como corriente de electrones, o lo que también se le denomina Corriente eléctrica. 

Esta es la base de la electricidad.

Tipos de electricidad:

1. Electricidad estática:

La electricidad estática o carga eléctrica. 

Cuando los electrones viajan por un cuerpo y llegan al borde del mismo, se genera electricidad. Esta electricidad se manifiesta solo por acción de presencia, por lo tanto es llamada electricidad estática o carga eléctrica. 

Con esta electricidad podemos tener descargas de energía.

 

                                                                                        2. Electricidad dinámica:

La electricidad dinámica o corriente eléctrica. Cuando los electrones fluyen por un cuerpo desde un extremo a otro, se genera la electricidad o corriente eléctrica.

Con la electricidad dinámica obtenemos luz, calor, fuerza motriz, etc.

Tipos de energía:

Para producir electricidad se debe utilizar alguna forma de energía que ponga en movimiento a los electrones. Se puede emplear seis formas de energía:

1. Fricción.
2. Presión.
3. Calor.
4. Luz.
5. Acción química.
6. Magnetismo.

1. Fricción:

Se produce al frotar dos materiales. Uno de los objetos gana electrones mientras que el otro los pierde. Si los objetos que se friccionan son muy conductores, esa carga se neutraliza rápidamente.

Si por el contrario son poco conductores, ambos objetos quedan con carga eléctrica. 

2. Presión (Piezoelectricidad):

Se produce sometiendo a presión mecánica cristales llamados piezoeléctricos. 

Los cristales de uso más corriente son el cuarzo y el rubidio. 

El uso más habitual es el de los encendedores eléctricos, que al recibir un golpe, generan una corriente eléctrica de alto voltaje que crea la chispa para el encendido. 

Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico.

 3. Calor (Termoelectricidad):

Se produce al calentar una unión de dos metales diferentes

Un ejemplo es la termocupla que se utiliza como medida de seguridad en estufas o calentadores. Cuando reciben calor provocan electricidad  y cuando dejan de recibir, hacen cerrar el circuito para evitar perdida de gas.

Termocupla:

4. Luz (Fotoelectricidad):

Se produce por la incidencia de luz en sustancias fotosensibles (sensibles a la luz).

5. Acción química:

Se produce por una reacción química.
En las pilas primarias pueden emplearse casi todos los metales, ácidos y sales.

6. Magnetismo:

El magnetismo se produce en un conductor cuando éste se mueve a través de un campo magnético.

O el campo magnético se mueve a través del conductor, de tal manera que el conductor corte las líneas del campo magnético.

El método más común para producir la electricidad que se utiliza como corriente eléctrica es el que emplea el magnetismo. La fuente de electricidad tiene que ser capaz de mantener una carga grande debido a que la misma se emplea para suministrar corriente eléctrica.  Si bien el frotamiento, la presión, el calor y la luz son fuente de electricidad, su uso se aplica a limitaciones menores.