El confort moderno de nuestra vida se lo debemos a la corriente eléctrica. Ilumina nuestros hogares generando radiación en el rango visible de las ondas de luz, cocina y calienta alimentos en una variedad de dispositivos como cocinas eléctricas, hornos de microondas, tostadoras, eliminando la necesidad de buscar combustible para el fuego. Gracias a él, nos movemos rápidamente en un plano horizontal en trenes, metros y trenes eléctricos, nos movemos en un plano vertical en escaleras mecánicas y ascensores. La calidez y el confort de nuestros hogares se los debemos a la corriente eléctrica que circula por los aires acondicionados, ventiladores y calentadores eléctricos. Una variedad de máquinas eléctricas, alimentadas por corriente eléctrica, facilitan nuestro trabajo, tanto en el hogar como en el trabajo. Efectivamente, vivimos en la era eléctrica, porque es gracias a la corriente eléctrica que funcionan nuestros ordenadores y smartphones, Internet y televisión, y otros dispositivos electrónicos inteligentes. No en vano, la humanidad se esfuerza tanto por generar electricidad en las centrales térmicas, nucleares e hidroeléctricas: la electricidad en sí misma es la forma de energía más conveniente.
No importa cuán paradójico pueda parecer, las ideas del uso práctico de la corriente eléctrica fueron de las primeras en ser adoptadas por la parte más conservadora de la sociedad: los oficiales navales. Está claro que fue difícil abrirse paso hasta lo más alto en esta casta cerrada, fue difícil demostrar a los almirantes, que empezaron como grumetes en la flota de vela, la necesidad de pasar a barcos totalmente metálicos con máquinas de vapor, por lo tanto, los oficiales subalternos siempre confiaron en las innovaciones. Fue el éxito del uso de cortafuegos durante la guerra ruso-turca en 1770, que decidió el resultado de la batalla en la bahía de Chesme, lo que planteó la cuestión de proteger los puertos no solo con baterías costeras, sino también con medios más modernos de protección para ese día - campos de minas.
El desarrollo de minas submarinas de varios sistemas se ha llevado a cabo desde principios del siglo XIX, las minas autónomas alimentadas por electricidad se convirtieron en los diseños más exitosos. en los años 70 En el siglo XIX, el físico alemán Heinrich Hertz inventó un dispositivo para la detonación eléctrica de minas de ancla con una profundidad de colocación de hasta 40 m. Sus modificaciones nos son familiares de películas históricas sobre temas navales: este es el infame "cuerno". mina, en la que el "cuerno" de plomo, que contenía una ampolla llena de electrolito, fue aplastado al contacto con el casco del barco, como resultado de lo cual comenzó a funcionar una batería simple, cuya energía fue suficiente para detonar la mina.
Los marineros fueron los primeros en apreciar el potencial de las potentes fuentes de luz todavía imperfectas (modificaciones de las velas de Yablochkov, en las que la fuente de luz era un arco eléctrico y un electrodo de carbono positivo caliente luminoso) para su uso en la señalización y la iluminación del campo de batalla. El uso de reflectores dio una ventaja abrumadora al lado que los usó en batallas nocturnas o simplemente los usó como un medio de señalización para transmitir información y coordinar las acciones de las formaciones navales. Y las balizas equipadas con potentes reflectores simplificaron la navegación en aguas costeras peligrosas.
No es de extrañar que fue la flota la que aceptó con fuerza los métodos de transmisión inalámbrica de información: los marineros no se avergonzaron del gran tamaño de las primeras estaciones de radio, ya que las instalaciones de los barcos permitieron colocar tan perfecto , aunque en ese momento muy engorroso, los dispositivos de comunicación.
Las máquinas eléctricas ayudaron a simplificar la carga de los cañones de los barcos, y las unidades de energía eléctrica para girar las torretas de los cañones aumentaron la maniobrabilidad de los cañones. Los comandos transmitidos por el telégrafo de la nave aumentaron la eficiencia de interacción de todo el equipo, lo que le dio una ventaja considerable en los enfrentamientos de combate.
El uso más horrible de la corriente eléctrica en la historia naval fue el uso de submarinos de asalto diesel-eléctricos clase U por parte del Tercer Reich. Los submarinos "Wolf Pack" de Hitler hundieron muchos barcos de la flota de transporte aliada; solo recuerde el triste destino del convoy PQ-17.
Los marineros británicos lograron obtener varias copias de las máquinas de cifrado Enigma (Riddle), y la inteligencia británica descifró con éxito su código. Uno de los científicos destacados que trabajó en esto es Alan Turing, conocido por sus contribuciones a los fundamentos de la informática. Habiendo obtenido acceso a los mensajes de radio del almirante Dönitz, la flota aliada y la aviación costera pudieron hacer retroceder a la manada de lobos a la costa de Noruega, Alemania y Dinamarca, por lo que las operaciones con submarinos a partir de 1943 se limitaron a incursiones a corto plazo.
Hitler planeó equipar sus submarinos con misiles V-2 para ataques en la costa este de los Estados Unidos. Afortunadamente, los rápidos ataques de los aliados en los frentes occidental y oriental no permitieron que estos planes se materializaran.
La flota moderna es inconcebible sin portaaviones y submarinos nucleares, cuya independencia energética está garantizada por los reactores nucleares, que combinan con éxito las tecnologías del siglo XIX del vapor, las tecnologías del siglo XX de la electricidad y las tecnologías atómicas del siglo XXI. siglo. Los reactores de los barcos de propulsión nuclear generan corriente eléctrica en cantidad suficiente para asegurar la vida de toda la ciudad.
Además, los marineros han vuelto su atención a la electricidad y están probando el uso de cañones de riel, cañones eléctricos para disparar proyectiles cinéticos que tienen un tremendo poder destructivo.
Con el advenimiento de fuentes electroquímicas confiables corriente continua, desarrollado por el físico italiano Alessandro Volta, toda una galaxia de notables científicos de diferentes paises se dedica al estudio de los fenómenos asociados a la corriente eléctrica y al desarrollo de su aplicación práctica en muchas áreas de la ciencia y la tecnología. Baste recordar al científico alemán Georg Ohm, quien formuló la ley del flujo de corriente para un circuito eléctrico elemental; el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, quien desarrolló métodos para calcular circuitos eléctricos complejos; El físico francés André Marie Ampère, quien descubrió la ley de interacción de las corrientes eléctricas directas. El trabajo del físico inglés James Prescott Joule y el científico ruso Emil Khristianovich Lenz condujo, independientemente el uno del otro, al descubrimiento de la ley de evaluación cuantitativa del efecto térmico de la corriente eléctrica.
Un mayor desarrollo del estudio de las propiedades de la corriente eléctrica fue obra del físico británico James Clark Maxwell, quien sentó las bases de la electrodinámica moderna, que ahora se conocen como ecuaciones de Maxwell. Maxwell también desarrolló la teoría electromagnética de la luz, prediciendo muchos fenómenos (ondas electromagnéticas, presión de radiación electromagnética). Posteriormente, el científico alemán Heinrich Rudolf Hertz confirmó experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas; su trabajo sobre el estudio de la reflexión, la interferencia, la difracción y la polarización de las ondas electromagnéticas sirvieron de base para la creación de la radio.
Los trabajos de los físicos franceses Jean-Baptiste Biot y Felix Savard, quienes descubrieron experimentalmente las manifestaciones del magnetismo durante el flujo de corriente continua, y el notable matemático francés Pierre-Simon Laplace, quien generalizó sus resultados en forma de un patrón matemático, por primera vez conectó los dos lados de un fenómeno, sentando las bases para el electromagnetismo. El testigo de estos científicos lo tomó el brillante físico británico Michael Faraday, quien descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética y sentó las bases de la ingeniería eléctrica moderna.
El físico teórico holandés Hendrik Anton Lorenz hizo una gran contribución a la explicación de la naturaleza de la corriente eléctrica, quien creó la teoría electrónica clásica y recibió del campo electromagnético una expresión para la fuerza que actúa sobre una carga en movimiento.
Corriente eléctrica: movimiento dirigido (ordenado) de partículas cargadas. Por ello, la corriente se define como el número de cargas que han pasado por la sección transversal del conductor por unidad de tiempo:
I = q / t donde q es carga en culombios, t es tiempo en segundos, I es corriente en amperios
Otra definición de corriente eléctrica está relacionada con las propiedades de los conductores y está descrita por la ley de Ohm:
I = U/R donde U es voltaje en voltios, R es resistencia en ohmios, I es corriente en amperios
La corriente eléctrica se mide en amperios (A) y sus múltiplos decimales y unidades fraccionarias: nanoamperios (milmillonésima parte de un amperio, nA), microamperios (millonésima parte de un amperio, µA), miliamperios (milésima parte de un amperio, mA), kiloamperios (milésimas de amperios, kA) y megaamperios (millones de amperios, MA).
La dimensión de la corriente en el sistema SI se define como
[A] = [C] / [seg]
Al considerar el problema del flujo de corriente eléctrica, es necesario tener en cuenta la presencia de varios portadores de corriente, cargas elementales, características de un estado físico dado de la materia. La sustancia en sí puede ser sólida, líquida o gaseosa. Un ejemplo único de tales estados observados en condiciones ordinarias pueden ser los estados de monóxido de dihidrógeno o, en otras palabras, hidróxido de hidrógeno o simplemente agua ordinaria. Observamos su fase sólida sacando cubitos de hielo del congelador para enfriar bebidas, la mayoría de las cuales son a base de agua líquida. Y cuando preparamos té o café instantáneo, lo llenamos con agua hirviendo, y la preparación de este último está controlada por la aparición de una niebla que consiste en gotas de agua que se condensan en el aire frío del vapor de agua gaseoso que sale del pico de la tetera.
También hay un cuarto estado de la materia llamado plasma, que consiste en las capas superiores de estrellas, la ionosfera de la Tierra, llamas, arcos eléctricos y materia en lámparas fluorescentes. El plasma de alta temperatura es difícil de reproducir en laboratorios terrestres, ya que requiere temperaturas muy altas, más de 1.000.000 K.
En términos de estructura, los sólidos se dividen en cristalinos y amorfos. Las sustancias cristalinas tienen una estructura geométrica ordenada; los átomos o moléculas de tal sustancia forman redes tridimensionales o planas peculiares; Los materiales cristalinos incluyen metales, sus aleaciones y semiconductores. La misma agua en forma de copos de nieve (cristales de varias formas no repetitivas) ilustra perfectamente el concepto de sustancias cristalinas. Las sustancias amorfas no tienen una red cristalina; tal estructura es característica de los dieléctricos.
En condiciones normales, la corriente en los materiales sólidos fluye debido al movimiento de los electrones libres formados a partir de los electrones de valencia de los átomos. Desde el punto de vista del comportamiento de los materiales cuando por ellos pasa una corriente eléctrica, estos últimos se dividen en conductores, semiconductores y aislantes. Las propiedades de varios materiales, según la teoría de la banda de la conductividad, están determinadas por el ancho de la banda prohibida, en la que no se pueden ubicar los electrones. Los aisladores tienen la banda prohibida más amplia, llegando a veces a 15 eV. A una temperatura de cero absoluto, los aislantes y los semiconductores no tienen electrones en la banda de conducción, pero a temperatura ambiente ya habrá una cierta cantidad de electrones eliminados de la banda de valencia debido a la energía térmica. En los conductores (metales), la banda de conducción y la banda de valencia se superponen, por lo tanto, a la temperatura cero absoluta, hay una cantidad suficientemente grande de electrones: conductores de corriente, que se conservan incluso a temperaturas más altas de los materiales, hasta su fusión completa. Los semiconductores tienen espacios de banda pequeños y su capacidad para conducir electricidad depende en gran medida de la temperatura, la radiación y otros factores, así como de la presencia de impurezas.
Un caso aparte es el flujo de corriente eléctrica a través de los llamados superconductores, materiales que tienen cero resistencia al flujo de corriente. Los electrones de conducción de tales materiales forman conjuntos de partículas interconectadas debido a efectos cuánticos.
Los aisladores, como su nombre indica, son muy malos conductores de electricidad. Esta propiedad de los aisladores se utiliza para limitar el flujo de corriente entre superficies conductoras de diferentes materiales.
Además de la existencia de corrientes en conductores con un campo magnético constante, en presencia de una corriente alterna y un campo magnético alterno asociado a ella, surgen efectos asociados a su cambio o las denominadas corrientes "de Foucault". corrientes Cuanto más rápido cambia el flujo magnético, más fuertes son las corrientes de Foucault, que no fluyen a lo largo de ciertos caminos en los cables, sino que, al cerrarse en el conductor, forman circuitos de vórtice.
Las corrientes de Foucault presentan un efecto pelicular, que se reduce al hecho de que la corriente eléctrica alterna y el flujo magnético se propagan principalmente en la capa superficial del conductor, lo que provoca pérdidas de energía. Para reducir las pérdidas de energía debidas a las corrientes de Foucault, se utiliza la división de los circuitos magnéticos de corriente alterna en placas aisladas eléctricamente.
Todos los líquidos, en un grado u otro, son capaces de conducir una corriente eléctrica cuando se les aplica un voltaje eléctrico. Tales líquidos se llaman electrolitos. Los portadores de corriente en ellos son iones cargados positiva y negativamente, cationes y aniones, respectivamente, que existen en una solución de sustancias debido a la disociación electrolítica. La corriente en electrolitos debida al movimiento de iones, a diferencia de la corriente debida al movimiento de electrones, característica de los metales, va acompañada de la transferencia de materia a los electrodos con la formación de nuevos compuestos químicos cerca de ellos o la deposición de estas sustancias o nuevos compuestos en los electrodos.
Este fenómeno sentó las bases de la electroquímica moderna, dando definiciones cuantitativas de los equivalentes en gramos de varios productos químicos, convirtiendo así la química inorgánica en una ciencia exacta. Un mayor desarrollo de la química de los electrolitos hizo posible crear fuentes de corriente química (baterías secas, acumuladores y celdas de combustible) que alguna vez fueron cargadas y recargables, lo que, a su vez, dio un gran impulso al desarrollo de la tecnología. Basta mirar debajo del capó de su automóvil para ver los resultados de los esfuerzos de generaciones de científicos e ingenieros químicos en forma de batería de automóvil.
Un gran número de procesos tecnológicos basados en el flujo de corriente en electrolitos permiten no sólo dar un aspecto espectacular a los productos finales (cromado y niquelado), sino también protegerlos de la corrosión. Los procesos de deposición electroquímica y grabado electroquímico forman la base de la producción de la electrónica moderna. Ahora bien, estos son los procesos tecnológicos más demandados, la cantidad de componentes fabricados con estas tecnologías asciende a decenas de miles de millones de unidades por año.
La corriente eléctrica en los gases se debe a la presencia de electrones e iones libres en ellos. Para los gases, debido a su rarefacción, es característica una gran longitud de camino antes de la colisión de moléculas e iones; debido a esto, el flujo de corriente en condiciones normales a través de ellos es relativamente difícil. Lo mismo puede decirse de las mezclas de gases. La mezcla natural de gases es el aire atmosférico, que en ingeniería eléctrica se considera un buen aislante. Esto también es característico de otros gases y sus mezclas en condiciones físicas normales.
El flujo de corriente en los gases depende mucho de varios factores físicos, tales como: presión, temperatura, composición de la mezcla. Además, varios tipos de radiación ionizante tienen efecto. Así, por ejemplo, al ser iluminados por rayos ultravioleta o rayos X, o al estar expuestos a partículas catódicas o anódicas oa partículas emitidas por sustancias radiactivas, o, finalmente, bajo la influencia de altas temperaturas, los gases adquieren la propiedad de conducir mejor la corriente eléctrica.
El proceso endotérmico de formación de iones como resultado de la absorción de energía por parte de átomos o moléculas de gas eléctricamente neutros se denomina ionización. Habiendo recibido suficiente energía, un electrón o varios electrones de la capa externa de electrones, superando la barrera potencial, abandonan el átomo o la molécula, convirtiéndose en electrones libres. El átomo o molécula del gas se convierte entonces en un ion cargado positivamente. Los electrones libres pueden unirse a átomos o moléculas neutrales para formar iones cargados negativamente. Los iones positivos pueden recuperar electrones libres tras la colisión, volviéndose eléctricamente neutros nuevamente. Este proceso se llama recombinación.
El paso de corriente a través de un medio gaseoso va acompañado de un cambio en el estado del gas, lo que predetermina la naturaleza compleja de la dependencia de la corriente del voltaje aplicado y, en general, obedece la ley de Ohm solo a corrientes bajas.
Distinguir descargas no autosostenidas e independientes en gases. Con una descarga no autosostenida, la corriente en el gas existe solo en presencia de factores ionizantes externos; en su ausencia, no hay corriente significativa en el gas. Con la autodescarga, la corriente se mantiene debido a la ionización por impacto de átomos y moléculas neutrales en una colisión con electrones libres e iones acelerados por un campo eléctrico, incluso después de la eliminación de las influencias ionizantes externas.
Una descarga no autosostenida a un valor pequeño de la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo en un gas se denomina descarga silenciosa. Con un aumento en el voltaje, la intensidad de la corriente primero aumenta en proporción al voltaje (sección OA sobre la característica corriente-voltaje de una descarga silenciosa), luego el crecimiento de la corriente se ralentiza (sección de la curva AB). Cuando todas las partículas que han surgido bajo la acción del ionizador van al cátodo y al ánodo al mismo tiempo, la corriente no aumenta al aumentar el voltaje (sección del gráfico BC). Con un aumento adicional en el voltaje, la corriente aumenta nuevamente y la descarga silenciosa se convierte en una descarga de avalancha no autosostenida. Un tipo de descarga no autosuficiente es una descarga luminiscente, que crea luz en lámparas de descarga de gas de varios colores y propósitos.
La transición de una descarga eléctrica no autosostenida en un gas a una descarga autosostenida se caracteriza por un fuerte aumento de la corriente (punto E en la curva de la característica corriente-voltaje). Se llama ruptura eléctrica del gas.
Todos los tipos de descargas anteriores son tipos de descargas de estado estacionario, cuyas características principales no dependen del tiempo. Además de las descargas constantes, existen descargas no estacionarias, que generalmente surgen en campos eléctricos intensos no homogéneos, por ejemplo, cerca de superficies puntiagudas y curvas de conductores y electrodos. Hay dos tipos de descargas transitorias: descargas de corona y de chispa.
Con una descarga de corona, la ionización no conduce a la ruptura, es simplemente un proceso repetitivo de encendido de una descarga no autosostenida en un espacio limitado cerca de los conductores. Un ejemplo de una descarga de corona es el resplandor del aire atmosférico cerca de antenas muy elevadas, pararrayos o líneas eléctricas de alto voltaje. La ocurrencia de una descarga de corona en las líneas eléctricas conduce a pérdidas de energía. Antiguamente, este resplandor en la parte superior de los mástiles era familiar para los marineros de la flota de vela como las luces de San Telmo. La descarga de corona se utiliza en impresoras láser y fotocopiadoras electrográficas, donde está formado por un corotrón, una cuerda de metal a la que se le aplica un alto voltaje. Esto es necesario para ionizar el gas con el fin de cargar el tambor fotosensible. En este caso, la descarga de corona es beneficiosa.
Una descarga de chispa, a diferencia de una corona, conduce a una ruptura y tiene la forma de filamentos ramificados brillantes intermitentes, canales llenos de gas ionizado, que surgen y desaparecen, acompañados por la liberación de una gran cantidad de calor y un resplandor brillante. Un ejemplo de descarga de chispa natural es el rayo, donde la corriente puede alcanzar valores de decenas de kiloamperios. La formación del rayo en sí está precedida por la creación de un canal de conducción, el llamado líder "oscuro" descendente, que junto con el líder ascendente inducido forma un canal conductor. El rayo suele ser una descarga de chispas múltiples en el canal de conducción formado. Una potente descarga de chispa ha encontrado su aplicación técnica también en flashes fotográficos compactos, en los que la descarga se produce entre los electrodos de un tubo de vidrio de cuarzo lleno de una mezcla de gases nobles ionizados.
El destello de gas sostenido se conoce como descarga de arco y se utiliza en la tecnología de soldadura, que es la piedra angular de las tecnologías de construcción de acero de nuestro tiempo, desde rascacielos hasta portaaviones y automóviles. Se utiliza tanto para soldar como para cortar metales; la diferencia en los procesos se debe a la fuerza de la corriente que fluye. A valores de corriente relativamente más bajos, se produce la soldadura de metales, a valores más altos de la corriente de descarga del arco, el metal se corta debido a la eliminación del metal fundido debajo del arco eléctrico mediante varios métodos.
Otras aplicaciones de la descarga de arco en gases son las lámparas de descarga de gas que dispersan la oscuridad en nuestras calles, plazas y estadios (lámparas de sodio) o las lámparas halógenas para automóviles, que en la actualidad han sustituido a las lámparas incandescentes convencionales en los faros de los automóviles.
El vacío es un dieléctrico ideal, por lo tanto, una corriente eléctrica en el vacío solo es posible en presencia de portadores libres en forma de electrones o iones, que se generan debido a la emisión térmica o fotoeléctrica, o por otros métodos.
El método principal para obtener corriente en el vacío debido a los electrones es el método de emisión termoiónica de electrones por parte de los metales. Alrededor del electrodo calentado, llamado cátodo, se forma una nube de electrones libres, que proporcionan el flujo de corriente eléctrica en presencia de un segundo electrodo, llamado ánodo, siempre que entre ellos exista un voltaje correspondiente de la polaridad requerida. Dichos dispositivos de electrovacío se denominan diodos y tienen la propiedad de conducir corriente por un solo lado, bloqueándose en voltaje inverso. Esta propiedad se utiliza para rectificar la corriente alterna, que es convertida por el sistema de diodos en una corriente continua pulsada.
La adición de un electrodo adicional, llamado rejilla, ubicado cerca del cátodo, permite obtener un elemento amplificador triodo, en el que pequeños cambios en el voltaje de la rejilla con respecto al cátodo permiten obtener cambios significativos en el flujo. corriente y, en consecuencia, cambios significativos en el voltaje en la carga conectada en serie con la lámpara en relación con la fuente de alimentación , que se utiliza para amplificar varias señales.
El uso de dispositivos de electrovacío en forma de triodos y dispositivos con un gran número de rejillas para diversas finalidades (tetrodos, pentodos e incluso heptodos) revolucionó la generación y amplificación de señales de radiofrecuencia, y condujo a la creación de las modernas transmisiones de radio y televisión. sistemas
Históricamente, el desarrollo de la radiodifusión fue el primero, ya que los métodos para convertir señales de frecuencia relativamente baja y su transmisión, así como la circuitería de los dispositivos receptores con amplificación y conversión de radiofrecuencia y convertirla en una señal acústica, eran relativamente simple.
Al crear la televisión, para convertir señales ópticas, se utilizaron dispositivos de electrovacío: iconoscopios, donde se emitían electrones debido a la fotoemisión de la luz incidente. La amplificación adicional de la señal se realizó mediante amplificadores de tubo de vacío. Para la conversión inversa de la señal de televisión se utilizaron cinescopios, dando una imagen debido a la fluorescencia del material de la pantalla bajo la influencia de electrones acelerados a altas energías bajo la influencia de un voltaje acelerador. Un sistema sincronizado de lectura de señales de iconoscopio y un sistema de escaneo de imágenes de cinescopio crearon una imagen de televisión. Los primeros cinescopios eran monocromáticos.
Posteriormente, se crearon los sistemas de televisión en color, en los que los iconoscopios de lectura de imágenes reaccionaban únicamente a su propio color (rojo, azul o verde). Los elementos radiantes de los cinescopios (fósforo coloreado), debido al flujo de corriente generado por los llamados "cañones de electrones", que reaccionan a la entrada de electrones acelerados en ellos, emiten luz en un cierto rango de intensidad apropiada. Para que los rayos de las armas de cada color impactaran en su propio fósforo, se utilizaron máscaras protectoras especiales.
Los equipos modernos de transmisión de radio y televisión se basan en elementos más progresivos con menor consumo de energía: los semiconductores.
Uno de los métodos más utilizados para la obtención de imágenes de órganos internos es el método de fluoroscopia, en el que los electrones emitidos por el cátodo reciben una aceleración tan importante que, al chocar con el ánodo, se generan rayos X que pueden penetrar en los tejidos blandos. del cuerpo humano Las radiografías brindan a los médicos información única sobre el daño óseo, el estado de los dientes y algunos órganos internos, y revelan incluso una enfermedad tan formidable como el cáncer de pulmón.
En general, las corrientes eléctricas formadas como resultado del movimiento de electrones en el vacío tienen una amplia gama de aplicaciones, que incluyen, sin excepción, tubos de radio, aceleradores de partículas, espectrómetros de masas, microscopios electrónicos, generadores de vacío por microondas, en forma de tubos de ondas viajeras, klistrones y magnetrones. Son los magnetrones, por cierto, los que calientan o cocinan nuestra comida en hornos de microondas.
De gran importancia recientemente es la tecnología de aplicación de recubrimientos de película en vacío, que desempeñan el papel de un recubrimiento protector, decorativo y funcional. Como tales revestimientos se utilizan revestimientos con metales y sus aleaciones, y sus compuestos con oxígeno, nitrógeno y carbono. Dichos recubrimientos cambian las propiedades eléctricas, ópticas, mecánicas, magnéticas, anticorrosivas y catalíticas de las superficies recubiertas, o combinan varias propiedades a la vez.
La composición química compleja de los recubrimientos solo se puede obtener utilizando técnicas de pulverización iónica al vacío, cuyas variedades son la pulverización catódica o su modificación industrial: la pulverización catódica con magnetrón. Por último la corriente electrica debido a los iones, provoca la deposición de componentes sobre la superficie depositada, otorgándole nuevas propiedades.
Es así como se pueden obtener los llamados recubrimientos reactivos iónicos (películas de nitruros, carburos, óxidos metálicos), que poseen un complejo de extraordinarias propiedades mecánicas, termofísicas y ópticas (con elevada dureza, resistencia al desgaste, eléctrica y térmica). conductividad, densidad óptica), que no se puede obtener por otros métodos.
El conocimiento del comportamiento de las corrientes en los objetos biológicos brinda a los biólogos y médicos un poderoso método de investigación, diagnóstico y tratamiento.
Desde el punto de vista de la electroquímica, todos los objetos biológicos contienen electrolitos, independientemente de las características estructurales de este objeto.
Al considerar el flujo de corriente a través de objetos biológicos, es necesario tener en cuenta su estructura celular. Un elemento esencial de la célula es la membrana celular, la capa exterior que protege a la célula de los efectos de factores ambientales adversos debido a su permeabilidad selectiva a diversas sustancias. Desde el punto de vista de la física, la membrana celular se puede considerar como coneccion paralela un condensador y varias cadenas de una fuente de corriente y una resistencia conectadas en serie. Esto predetermina la dependencia de la conductividad eléctrica del material biológico de la frecuencia del voltaje aplicado y la forma de sus oscilaciones.
El tejido biológico está formado por células del propio órgano, líquido intercelular (linfa), vasos sanguíneos y células nerviosas. Estos últimos, en respuesta a la acción de una corriente eléctrica, responden con excitación, provocando que los músculos y vasos sanguíneos del animal se contraigan y relajen. Cabe señalar que el flujo de corriente en el tejido biológico no es lineal.
Un ejemplo clásico del efecto de la corriente eléctrica sobre un objeto biológico es la experiencia del médico, anatomista, fisiólogo y físico italiano Luigi Galvani, quien se convirtió en uno de los fundadores de la electrofisiología. En sus experimentos, pasar una corriente eléctrica a través de los nervios de la pata de una rana provocó la contracción muscular y espasmos de la pata. En 1791, el famoso descubrimiento de Galvani se describe en su Tratado sobre las potencias de la electricidad en el movimiento muscular. Los fenómenos en sí, descubiertos por Galvani, fueron llamados "galvanismo" en libros de texto y artículos científicos durante mucho tiempo. Este término aún se conserva en el nombre de algunos dispositivos y procesos.
El desarrollo posterior de la electrofisiología está estrechamente relacionado con la neurofisiología. En 1875, independientemente el uno del otro, el cirujano y fisiólogo inglés Richard Caton y el fisiólogo ruso V. Ya. Danilevsky demostraron que el cerebro es un generador de actividad eléctrica, es decir, se descubrieron las biocorrientes cerebrales.
Los objetos biológicos en el curso de su actividad vital crean no solo microcorrientes, sino también grandes voltajes y corrientes. Mucho antes que Galvani, el anatomista inglés John Walsh probó la naturaleza eléctrica del impacto de la raya, y el cirujano y anatomista escocés John Hunter dio una descripción precisa del órgano eléctrico de este animal. La investigación de Walsh y Hunter se publicó en 1773.
En la biología y la medicina modernas, se utilizan varios métodos para estudiar organismos vivos, tanto invasivos como no invasivos.
Un ejemplo clásico de métodos invasivos es una rata de laboratorio con un haz de electrodos implantado en el cerebro, corriendo por laberintos o resolviendo otros problemas que le asignan los científicos.
Los métodos no invasivos incluyen estudios tan familiares como la extracción de un encefalograma o un electrocardiograma. Al mismo tiempo, los electrodos que leen las biocorrientes del corazón o del cerebro eliminan las corrientes directamente de la piel del sujeto. Para mejorar el contacto con los electrodos, la piel se humedece con solución salina, que es un buen electrolito conductor.
Además del uso de la corriente eléctrica en la investigación científica y el control técnico del estado de diversos procesos y reacciones químicas, uno de los momentos más dramáticos de su uso, conocido por el público en general, es el lanzamiento del corazón "parado" de cualquier héroe de una película moderna.
De hecho, el flujo de un impulso de corta duración de una corriente significativa sólo en casos aislados es capaz de poner en marcha un corazón parado. Muy a menudo, su ritmo normal se restablece de un estado de contracciones convulsivas caóticas, llamado fibrilación cardíaca. Los dispositivos que se utilizan para restablecer el ritmo normal de las contracciones del corazón se denominan desfibriladores. Un desfibrilador automático moderno toma un cardiograma, determina la fibrilación ventricular del corazón y decide de forma independiente si aplicar una descarga o no latir; puede ser suficiente para pasar un pequeño impulso de activación a través del corazón. Hay una tendencia a instalar desfibriladores automáticos en lugares públicos, lo que puede reducir significativamente el número de muertes por paro cardíaco inesperado.
Los profesionales de EMS no tienen dudas sobre el uso del método de desfibrilación: capacitados para determinar rápidamente la condición física del paciente en el cardiograma, toman una decisión mucho más rápido que un desfibrilador automático destinado al público en general.
También sería apropiado mencionar los marcapasos artificiales, también llamados marcapasos. Estos dispositivos se implantan debajo de la piel o debajo del músculo pectoral de una persona y dicho dispositivo, a través de electrodos, envía pulsos de corriente de aproximadamente 3 V al miocardio (músculo cardíaco), estimulando el funcionamiento normal del corazón. Los marcapasos modernos pueden proporcionar un funcionamiento ininterrumpido durante 6 a 14 años.
La corriente eléctrica se caracteriza por su magnitud y forma. De acuerdo con su comportamiento a lo largo del tiempo, se distingue entre corriente continua (que no cambia con el tiempo), corriente aperiódica (que cambia arbitrariamente con el tiempo) y corriente alterna (que cambia con el tiempo según una determinada ley periódica, por regla general) . En ocasiones, para solucionar diversos problemas, se requiere la presencia simultánea de corriente continua y alterna. En este caso, hablamos de corriente alterna con componente constante.
Históricamente, el primero en aparecer fue un generador de corriente triboeléctrica que generaba corriente frotando lana contra una pieza de ámbar. Los generadores de corriente más avanzados de este tipo ahora se denominan generadores Van de Graaff, en honor al inventor del primer solución técnica tales máquinas.
Como se mencionó anteriormente, el físico italiano Alessandro Volta inventó el generador electroquímico de CC, que se convirtió en el precursor de las baterías secas, los acumuladores y las celdas de combustible, que todavía usamos como fuentes de corriente convenientes para una variedad de dispositivos, desde reloj de pulsera y teléfonos inteligentes hasta baterías de automóviles y baterías de tracción de vehículos eléctricos Tesla.
Además de estos generadores de corriente continua, existen generadores de corriente basados en la desintegración isotópica nuclear directa y generadores de corriente magnetohidrodinámica (generadores MHD), que todavía tienen un uso limitado debido a su baja potencia, débil base tecnológica para una amplia aplicación, y por otras razones. . Sin embargo, las fuentes de energía de radioisótopos se utilizan ampliamente donde se necesita una autonomía total: en el espacio, en vehículos de aguas profundas y estaciones hidroacústicas, en faros, boyas, así como en el Extremo Norte, en el Ártico y la Antártida.
En ingeniería eléctrica, los generadores de corriente se dividen en generadores de corriente continua y generadores de corriente alterna.
Todos estos generadores se basan en el fenómeno de la inducción electromagnética descubierto por Michael Faraday en 1831. Faraday construyó el primer generador unipolar de baja potencia que produce corriente continua. El primer alternador fue propuesto por un autor anónimo bajo las iniciales latinas R.M. en una carta a Faraday en 1832. Después de que se publicó la carta, Faraday recibió una carta de agradecimiento del mismo autor anónimo con un diagrama de un generador mejorado en 1833, que usaba un anillo de acero adicional (yugo) para cerrar los flujos magnéticos de los núcleos de los devanados.
Sin embargo, en ese momento, la corriente alterna no tenía ningún uso, ya que todas las aplicaciones prácticas de la electricidad en ese momento (ingeniería eléctrica de minas, electroquímica, la recién nacida telegrafía electromagnética, los primeros motores eléctricos) requerían corriente continua. Por ello, posteriormente, los inventores dirigieron sus esfuerzos a la construcción de generadores que proporcionen corriente eléctrica continua, desarrollando diversos dispositivos de conmutación para estos fines.
Uno de los primeros generadores que recibió aplicación práctica fue el generador magnetoeléctrico del académico ruso B.S. Yakobi. Este generador fue adoptado por los equipos galvánicos del ejército ruso, quienes lo utilizaron para encender mechas de minas. Las modificaciones mejoradas del generador Jacobi todavía se utilizan para activar cargas de minas de forma remota, lo que se muestra ampliamente en películas históricas militares en las que saboteadores o partisanos socavan puentes, trenes u otros objetos.
En el futuro, la lucha entre la generación de corriente continua o alterna, con éxito variable, se llevó a cabo entre inventores e ingenieros prácticos, lo que llevó al apogeo del enfrentamiento entre los titanes de la industria eléctrica moderna: Thomas Edison con el General eléctrica por un lado, y Nikola Tesla con la empresa Westinghouse, por otro. Ganó el capital poderoso, y los desarrollos de Tesla en el campo de la generación, transmisión y transformación de corriente eléctrica alterna se convirtieron en propiedad nacional de la sociedad estadounidense, lo que, en gran medida, contribuyó al dominio tecnológico posterior de los Estados Unidos.
Además de la generación real de electricidad para diversas necesidades, basada en la conversión del movimiento mecánico en electricidad, debido a la reversibilidad de las máquinas eléctricas, se hizo posible revertir la conversión de corriente eléctrica en movimiento mecánico, implementada por DC y AC electric motores Quizás estas sean las máquinas más comunes de nuestro tiempo, incluidos los motores de arranque para automóviles y motocicletas, los accionamientos para máquinas industriales y varios electrodomésticos. Usando varias modificaciones de tales dispositivos, nos hemos convertido en expertos en todos los oficios, podemos planificar, aserrar, taladrar y fresar. Y en nuestras computadoras, gracias a los motores de CC de precisión en miniatura, los discos duros y las unidades ópticas están girando.
Además de los motores electromecánicos habituales, los motores iónicos funcionan gracias al flujo de corriente eléctrica, utilizando el principio de propulsión a chorro al expulsar iones acelerados de materia.Hasta ahora, se utilizan principalmente en el espacio exterior en pequeños satélites para ponerlos en el órbitas deseadas. Y los motores de fotones del siglo XXII, que hasta ahora solo existen en el proyecto y que transportarán nuestras futuras naves interestelares a velocidad sublumínica, muy probablemente también funcionarán con corriente eléctrica.
Para crear elementos electrónicos y hacer crecer cristales para diversos fines, por razones tecnológicas, se requieren generadores de corriente continua ultraestables. Estos generadores de CC de precisión en componentes electrónicos se denominan estabilizadores de corriente.
Cabe señalar que los dispositivos para medir la corriente (microamperímetros, miliamperímetros, amperímetros) son muy diferentes entre sí, principalmente en términos de tipo de construcción y principios de funcionamiento: pueden ser corriente continua, corriente alterna de baja frecuencia y corriente alterna de alta frecuencia. dispositivos actuales.
Según el principio de funcionamiento, se distinguen dispositivos electromecánicos, magnetoeléctricos, electromagnéticos, magnetodinámicos, electrodinámicos, de inducción, termoeléctricos y electrónicos. La mayoría de los medidores de puntero para medir corrientes consisten en una combinación de un marco móvil/fijo con una bobina enrollada y un imán fijo/móvil. Debido a este diseño, un amperímetro típico tiene un circuito equivalente de inductancia y resistencia conectado en serie, derivado por una capacitancia. Debido a esto, la respuesta de frecuencia de los amperímetros de puntero tiene un bloqueo a altas frecuencias.
La base para ellos es un galvanómetro en miniatura, y se logran varios límites de medición mediante el uso de derivaciones adicionales: resistencias con baja resistencia, que es un orden de magnitud inferior a la resistencia del galvanómetro de medición. Por lo tanto, sobre la base de un dispositivo, se pueden crear dispositivos para medir corrientes de varios rangos: microamperímetros, miliamperímetros, amperímetros e incluso kiloamperímetros.
En general, en la práctica de medición, el comportamiento de la corriente medida es importante, puede ser una función del tiempo y tener una forma diferente, ser constante, armónico, no armónico, pulsado, etc., y su valor generalmente se usa caracterizar los modos de funcionamiento de los circuitos y dispositivos de radio. Se distinguen los siguientes valores de corrientes:
El valor instantáneo de la corriente I i es el valor de la corriente en un momento determinado. Puede observarse en la pantalla del osciloscopio y determinarse para cada instante de tiempo a partir del oscilograma.
El valor de amplitud (pico) de la corriente I m es el valor de corriente instantáneo más grande para el período.
El valor cuadrático medio (efectivo) de la corriente I se define como la raíz cuadrada del promedio para el período del cuadrado de los valores de corriente instantáneos.
Todos los amperímetros de puntero generalmente se calibran en valores de corriente rms.
El valor promedio (componente constante) de la corriente es el promedio aritmético de todos sus valores instantáneos durante la medición.
La diferencia entre los valores máximo y mínimo de la corriente de la señal se denomina oscilación de la señal.
Ahora, básicamente, tanto los instrumentos digitales multifuncionales como los osciloscopios se utilizan para medir la corriente: sus pantallas muestran no solo la forma tensión/corriente, sino también las características esenciales de la señal. Estas características también incluyen la frecuencia de cambio de las señales periódicas, por lo tanto, en la técnica de medición, el límite de frecuencia de las mediciones del instrumento es importante.
Una ilustración de lo anterior será una serie de experimentos para medir los valores de corriente efectivos y pico de señales sinusoidales y triangulares utilizando un generador de señales, un osciloscopio y un instrumento digital multifuncional (multímetro).
El esquema general del experimento No. 1 se presenta a continuación:
El generador de señal (FG) se carga en la conexión serial del multímetro (MM), la resistencia de derivación R s = 100 ohmios y la resistencia de carga R de 1 kOhm. El osciloscopio OS está conectado en paralelo con la resistencia de derivación R s . El valor de la resistencia de derivación se selecciona de la condición R s< Aplicamos una señal sinusoidal de un generador con una frecuencia de 60 Hertz y una amplitud de 9 Voltios a la resistencia de carga. Presionamos el muy práctico botón Auto Set y observaremos en la pantalla la señal que se muestra en la Fig. 1. El alcance de la señal es de aproximadamente cinco divisiones grandes a un precio de división de 200 mV. El multímetro al mismo tiempo muestra un valor actual de 3,1 mA. El osciloscopio determina el valor RMS del voltaje de la señal a través de la resistencia de medición U=312 mV. El valor efectivo de la corriente a través de la resistencia R s está determinado por la ley de Ohm: I RMS = U RMS / R = 0,31 V / 100 ohmios = 3,1 mA, que corresponde a las lecturas del multímetro (3,10 mA). Tenga en cuenta que la oscilación actual a través de nuestro circuito de dos resistencias conectadas en serie y un multímetro es igual a I P-P = U P-P /R = 0,89 V / 100 Ω = 8,9 mA Se sabe que los valores pico y efectivo de corriente y voltaje para una señal sinusoidal difieren en √2 veces. Si multiplicamos I RMS = 3,1 mA por √2, obtenemos 4,38. Duplica este valor y obtenemos 8,8 mA, que es casi lo mismo que la corriente medida con un osciloscopio (8,9 mA). Reducimos la señal del generador a la mitad. El alcance de la imagen en el osciloscopio disminuirá exactamente a la mitad aproximadamente (464 mV) y el multímetro mostrará aproximadamente la mitad del valor actual de 1,55 mA. Determinemos las lecturas del valor de corriente efectivo en el osciloscopio: I RMS = U RMS / R = 0,152 V / 100 ohmios = 1,52 mA, que corresponde aproximadamente a las lecturas del multímetro (1,55 mA). Aumentemos la frecuencia del generador a 10 kHz. En este caso, la imagen en el osciloscopio cambiará, pero la amplitud de la señal seguirá siendo la misma y las lecturas del multímetro disminuirán; el rango de frecuencia de operación permitido del multímetro afecta. Volvamos a la frecuencia original de 60 Hertz y voltaje de 9 V del generador de señal, pero cambiemos forma su forma de onda de sinusoidal a triangular. El alcance de la imagen en el osciloscopio permaneció igual, y las lecturas del multímetro disminuyeron en comparación con el valor actual que mostró en el experimento No. 1, ya que cambió valor efectivo corriente de señal El osciloscopio también muestra una disminución en el valor rms del voltaje medido a través de la resistencia R s = 100 ohmios. Pedestal casero con un teleprompter completamente funcional y monitores para un estudio de video casero En ingeniería eléctrica, hay muchas unidades de medida que se utilizan en los cálculos. Los valores grandes se dividen en otros más pequeños y, a su vez, en otros aún más pequeños. Por lo tanto, dependiendo de las circunstancias, es necesario convertir una unidad en otra. Durante el proceso de traducción, a menudo surgen varias preguntas, por ejemplo, cuántos miliamperios hay en amperios o vatios en kilovatios y megavatios. Los profesionales experimentados realizan tales operaciones casi sin pensar, pero los electricistas novatos a veces pueden cometer errores, especialmente si surge la pregunta: ¿qué es más amperio o miliamperio? Para eliminar tales errores, debe tener la comprensión más completa de una unidad de medida en particular, y todos los problemas se resolverán solos. En física e ingeniería eléctrica, el amperio es una cantidad que caracteriza la fuerza de la corriente en términos cuantitativos. Se utilizan varios métodos para determinarlo. Entre ellos, el método de mediciones directas es el más utilizado cuando se usa un probador o un multímetro. Al realizar mediciones, estos dispositivos se conectan en serie al circuito eléctrico. Otro método se considera indirecto y requiere cálculos especiales. En este caso, es necesario conocer el voltaje aplicado a una sección determinada del circuito y la resistencia de esta sección. Después de eso, la fuerza actual se determina fácilmente mediante la fórmula I \u003d U / R, y el resultado se muestra en amperios. En la práctica, los amperios rara vez se usan, ya que esta unidad se considera demasiado grande para un uso normal. Por lo tanto, la mayoría de los especialistas usan unidades múltiples: miliamperios (10-3A) y microamperios (10-6A), que se pueden denotar de manera diferente como 0,001 A y 0,000001 A. Sin embargo, al realizar cálculos, es necesario volver a traducir los miliamperios en amperios. y en todas las fórmulas ya utilizan estas unidades. Es en esta etapa que muchas personas tienen la duda de cómo convertir miliamperios a amperios. Para determinar la intensidad de la corriente en una sección particular del circuito, se utilizan los instrumentos de medición enumerados anteriormente. Entre ellos, el más preciso es el amperímetro, que mide solo un valor, usando una escala. Sin embargo, los probadores y se consideran más convenientes, con la ayuda de los cuales no solo se mide la intensidad de la corriente, sino también otras cantidades eléctricas en varios rangos. Estos dispositivos tienen la capacidad de cambiar de una unidad de medida a otra y determinar con precisión cuántos miliamperios hay en un amperio. En algunos casos, el dispositivo de medición puede indicar un exceso de rango. Para resolver este problema, basta con convertir miliamperios en amperios y obtener el valor requerido. A pesar de los altos errores de medición, los multímetros y probadores se usan en la práctica con mucha más frecuencia que los amperímetros, ya que con su ayuda, la mayoría de las fallas se detectan y eliminan muy rápidamente. Además, estos dispositivos no requieren una interrupción obligatoria del circuito al realizar las mediciones, y la corriente se puede medir sin contacto. La forma más fácil es convertir las unidades manualmente, mostrando claramente el amperio y el miliamperio, cuya diferencia es 10-3. Como ejemplo, considere una sección de un circuito eléctrico con un voltaje de 5 voltios y una resistencia de 100 ohmios. Para determinar la intensidad de la corriente, es necesario usar la fórmula y dividir el valor del voltaje por la resistencia I \u003d U / R \u003d 5/100 \u003d 0.05 A. El resultado obtenido no es muy conveniente de usar, por lo que se recomienda recalcularlo en unidades múltiples, es decir, en miliamperios. En este caso, 1 amperio es igual a 1000 miliamperios. Para convertir 0,05 A, debe multiplicar por 1000 y obtendrá 50 mA. De la misma manera se hace el procedimiento inverso cuando se dividen 50 mA entre 1000, y como resultado se obtienen los 0,05 A iniciales, así resolviendo el problema para 1 amperio, cuantos miliamperios son, la cantidad igual a 1000 es obtenido. Para acelerar la conversión de unidades, se han desarrollado tablas especiales que muestran diferentes tipos de cantidades. Por ejemplo, si un miliamperio es 0,001 amperios, entonces, en orden inverso, un amperio será igual a 1000 miliamperios. En los estuches de baterías, además de la intensidad de la corriente, se suma la cantidad de tiempo durante el cual pueden dar o recibir una determinada carga. En varios cargadores, se aplica la cantidad de amperios o miliamperios, lo que también significa su potencia. En la tabla que se muestra en la figura, se excluye el uso de una gran cantidad de ceros. En lugar de ellos, se utilizan prefijos especiales que denotan una parte de los números enteros. Todos juntos representan una sola palabra, en la que no solo hay un prefijo, sino también la unidad principal en sí. Para responder a esta, en general, una pregunta simple, debemos volver a considerar brevemente cantidades físicas como corriente (A), voltaje (V) y potencia (W). Están muy estrechamente relacionados y no pueden existir el uno sin el otro. Somos muy conscientes de que la creación y el mantenimiento de una corriente eléctrica depende enteramente del campo eléctrico. depende directamente de la magnitud del campo eléctrico. Para una mejor comprensión de esta dependencia, intentemos caracterizar estos conceptos en términos cuantitativos. La fuerza actual no es un buen nombre para este proceso. Apareció en un momento en que no estaba del todo claro qué era. Después de todo, esto no es una fuerza en absoluto, como tal, sino la cantidad de electrones (electricidad) que fluye a través de la sección transversal del conductor en un segundo. Este valor podría mostrarse como el número de electrones que pasan a través del conductor por segundo. Sin embargo, la carga de un electrón es una cantidad muy pequeña. No es adecuado para el uso práctico. Por ejemplo: 2 x 1018 electrones pasan a través del filamento de una bombilla de linterna convencional en un segundo. Por tanto, la unidad de medida de la magnitud de la carga eléctrica se empezó a considerar la carga que tienen 6,25x1018 electrones. Esta carga se llama colgante. Por lo tanto, finalmente, una unidad se considera una corriente en la que, en un segundo, una carga de 1 colgante pasa a través de la sección transversal del conductor. Esta unidad se llama amperio y todavía se usa en ingeniería eléctrica para medir la fuerza actual. Para determinar la dependencia de la corriente eléctrica con el campo eléctrico, es necesario poder medir la magnitud del campo. Después de todo, un campo es una fuerza que actúa sobre cualquier carga, un electrón o un colgante. Es la presencia de tal fuerza lo que es característico de un campo eléctrico. Es muy difícil medir la intensidad de campo, porque no es la misma en diferentes lugares del conductor. Habría que llevar a cabo un gran número de mediciones complicadas en varios puntos. En este sentido, la magnitud del campo no se caracteriza por la fuerza que actúa sobre las cargas, sino por el trabajo realizado por ella, al mover un colgante de un extremo del conductor al otro. El trabajo de un campo eléctrico se llama voltaje. También se le llama diferencia de potencial (+ y -) en los extremos del conductor. La unidad de voltaje se llama voltio. Por lo tanto, podemos concluir que el concepto de corriente eléctrica se caracteriza por dos cantidades principales: la intensidad de la corriente es directamente la corriente eléctrica, el voltaje es la magnitud del campo en el que se crea la corriente. Resulta que la fuerza depende directamente del voltaje. Finalmente, echemos un vistazo rápido a lo que es el poder. Ya sabemos que U (voltaje) es el trabajo que se realiza al mover 1 colgante. I es la fuerza actual, o el número de culombios que pasan en un segundo. Por lo tanto, I x U es un indicador del trabajo total realizado en 1 segundo. De hecho, este es el poder de la corriente eléctrica. La unidad de potencia es vatio. Vatio \u003d Amperio x Voltio o P \u003d I x U Amp = Vatios/Voltio o I = P/U 4,6 amperios = 1000W/220V 2,7 amperios = 600W/220V 1,8 amperios = 400W/220V 1,1 amperios = 250W/220V
En electrodomésticos (batidora, secador de pelo, licuadora), los fabricantes escriben el consumo de energía en vatios, en dispositivos que requieren grandes cantidades de carga eléctrica (cocina eléctrica, aspiradora, calentador de agua), en kilovatios. Y en los enchufes o disyuntores a través de los cuales se conectan los dispositivos a la red, se acostumbra indicar la intensidad de la corriente en amperios. Para comprender si el enchufe soportará el dispositivo conectado, debe saber cómo convertir amperios a vatios. Convertir vatios a amperios y viceversa es un concepto relativo, porque son unidades de medida diferentes. Los amperios son la cantidad física de corriente eléctrica, es decir, la velocidad a la que la electricidad pasa a través de un cable. Vatio: la cantidad de energía eléctrica o la tasa de consumo de electricidad. Pero tal traducción es necesaria para calcular si el valor de la fuerza actual corresponde al valor de su poder. Saber calcular la correspondencia entre amperios y vatios es necesario para determinar qué dispositivo puede soportar la potencia de los consumidores conectados. Dichos dispositivos incluyen equipos de protección o conmutación. Antes de elegir qué disyuntor o dispositivo de corriente residual (RCD) instalar, debe calcular el consumo de energía de todos los dispositivos conectados (plancha, lámparas, lavadora, computadora, etc.). O viceversa, sabiendo qué tipo de máquina o dispositivo de apagado de protección vale, determinar qué equipo soportará la carga y cuál no. Para convertir un amperio a kilovatios y viceversa, existe una fórmula: I \u003d P / U, donde I - amperios, P - vatios, U - voltios. Los voltios son la tensión de red. En locales residenciales, se usa una red monofásica: 220 V. En producción, se usa una red eléctrica trifásica para conectar equipos industriales, cuyo valor es de 380 V. Según esta fórmula, conociendo los amperios, puede calcular la correspondencia a vatios y viceversa - convertir vatios a amperios. Situación: Hay un disyuntor. Parámetros técnicos: corriente nominal 25 A, 1 polo. Es necesario calcular qué potencia de dispositivos puede soportar la máquina. La forma más fácil es ingresar los datos técnicos en la calculadora y calcular la potencia. Y también puede usar la fórmula I \u003d P / U, resulta: 25 A \u003d x W / 220 V. x W=5500 W. Para convertir vatios a kilovatios, debe conocer las siguientes medidas de potencia en vatios: Entonces, 5500 W \u003d 5.5 kW. Respuesta: una máquina automática con una corriente nominal de 25 A puede soportar la carga de todos los dispositivos con una potencia total de 5,5 kW, no más. Aplicar una fórmula con datos de voltaje y corriente para seleccionar el tipo de cable en términos de potencia y corriente. La tabla muestra la correspondencia de la corriente con la sección del cable: Debe convertir vatios a amperios en una situación en la que necesita instalar un dispositivo de protección y debe elegir qué corriente nominal debe ser. De las instrucciones de funcionamiento se desprende claramente cuántos vatios consume un electrodoméstico cuando se conecta a una red monofásica. La tarea es calcular cuántos amperios en vatios o qué enchufe corresponde a la conexión si el horno de microondas consume 1,5 kW. Para facilitar el cálculo de kilovatios, es mejor convertir a vatios: 1,5 kW = 1500 vatios. Sustituimos los valores en la fórmula y obtenemos: 1500 W / 220 V \u003d 6,81 A. Redondeamos los valores y obtenemos 1500 W en términos de amperios: el consumo de corriente del microondas es de al menos 7 A. Si conecta varios dispositivos al mismo tiempo a un dispositivo de protección, para calcular cuántos amperios en vatios, debe sumar todos los valores de consumo juntos. Por ejemplo, la sala utiliza iluminación con 10 lámparas LED. 6 W cada uno, una plancha de 2 kW y un televisor de 30 W. Primero, todos los indicadores deben convertirse a vatios, resulta: 60+2000+30=2090 W. Ahora puede convertir amperios a vatios, para esto sustituimos los valores en la fórmula 2090/220 V \u003d 9.5 A ~ 10 A. Respuesta: el consumo actual es de aproximadamente 10 A. Necesita saber cómo convertir amperios a vatios sin una calculadora. La tabla muestra la correspondencia entre la tasa de consumo de electricidad y la intensidad de corriente para redes monofásicas y trifásicas. Muy a menudo, en la práctica, es necesario convertir miliamperios en amperios. Los electricistas experimentados no tienen problemas con esto. Pero es posible que los especialistas novatos de este perfil no respondan de inmediato. En el marco de este artículo, se describirán formas simples y asequibles de realizar esta operación. Un amperio es una unidad que cuantifica la fuerza de una corriente. Su valor se puede determinar mediante mediciones directas con un multímetro, probador o amperímetro (método directo). se mide solo conectando en serie al circuito eléctrico del dispositivo de medición. En el segundo caso, su valor se puede encontrar realizando cálculos (método indirecto). Si se conoce el voltaje aplicado a una sección del circuito, así como su resistencia, basta con dividir el primero por el segundo, y obtendremos el valor requerido. En la práctica, los amperios no se usan a menudo; este es un valor grande. Por lo tanto, es necesario usar varias unidades: micro (10 -6) y mili (10 -3). Pero para realizar cálculos eléctricos, debe convertirlos en unidades básicas de medida (por ejemplo, miliamperios en amperios). Considere el siguiente ejemplo. El voltaje en la sección del circuito es U = 6 V y su resistencia es R = 100 ohmios. Determinemos la fuerza actual I en él de acuerdo con la ley de Ohm: Como resultado de los cálculos, obtenemos I \u003d U / R \u003d 6/100 \u003d 0.06 A. No es un número muy conveniente para la percepción. Por lo tanto, se convierte en múltiples unidades de medida. En este caso conviene representar este valor en miliamperios. Para ello, multiplicamos el valor obtenido de 0,06 A por 1000 y obtenemos 60 mA. También puede hacer la conversión inversa: miliamperios a amperios. Para hacer esto, basta con dividir 60 mA por 1000, y obtendremos los mismos 0,06 A. A partir de esta conversión, puede ver cuántos miliamperios hay en un amperio: 1000. Por lo tanto, dividimos o multiplicamos por este número. Si se usa el prefijo "micro", entonces para pasar de una unidad de medida a otra, debe multiplicar o dividir por 1,000,000. Como se señaló anteriormente, los amperímetros, multímetros y probadores se utilizan para medir la intensidad de la corriente. El primero de ellos proporciona la mayor precisión de medición. Miden una sola cantidad y una sola escala. Y esto no es muy conveniente. A su vez, los multímetros y probadores le permiten medir casi todas las magnitudes eléctricas y no solo en un rango. También en estos dispositivos es posible cambiar las unidades de medida. Por ejemplo, el instrumento indica que se ha excedido el rango. En este caso, debe cambiar miliamperios a amperios y así averiguar el valor requerido. La principal desventaja de los probadores y multímetros es que, a diferencia de los amperímetros, su error es mucho mayor. Pero aún así, en la práctica se usan a menudo, ya que esto hace que sea fácil y sencillo encontrar un mal funcionamiento y solucionarlo. Otro matiz importante asociado a estos aparatos: si antes era necesario romper el circuito, ahora han aparecido testers y multímetros que permiten medir la corriente sin contacto, es decir, sin conectar. Esta solución se utiliza cada vez más en la práctica. Hay dos formas de convertir miliamperios a amperios. El primero de ellos es realizar cálculos aritméticos utilizando un coeficiente especial "1000" (la cantidad de miliamperios en un amperio). El segundo método se basa en el uso de instrumentos de medición especiales: un probador y un multímetro. Tienen interruptores especiales que le permiten convertir fácilmente miliamperios a amperios y viceversa. Cuál de los métodos es más conveniente, ese se usa en la práctica. Si es posible averiguar el valor establecido mediante el cálculo, se utiliza este método. De lo contrario, se lleva a cabo una medición, según los resultados de los cuales se conoce un valor desconocido.Experiencia 1
Experiencia 2
Experiencia 3
Experiencia 4
Precauciones de seguridad al medir corriente y voltaje
Amperio en términos de física
Cómo medir
Como traducir
Dependencia del campo eléctrico
Medición de la fuerza de campo
que es el poder
Cómo convertir vatios a amperios
Como ejemplo ilustrativo, considere esta opción
Unidades de potencia
Convertir amperios a vatios y kilovatios
Conductores de cobre de alambres y cables.
Sección transversal del conductor, mm² Conductores de cobre de alambres, cables
Voltaje 220 V Voltaje 380 V
corriente, un potencia, kWt corriente, un potencia, kWt
1,5
19
4,1
16
10,5
2,5
27
5,9
25
16,5
4
38
8,3
30
19,8
6
46
10,1
40
26,4
10
70
15,4
50
33
16
85
18,7
75
49,5
25
115
25,3
90
59,4
35
135
29,7
115
75,9
50
175
38,5
145
95,7
70
215
47,3
180
118,8
95
260
57,2
220
145,2
120
300
66
260
171,6
Cómo convertir vatios a amperios
Amperio (A) Potencia, kWt)
220 V 380 V
2
0,4
1,3
6
1,3
3,9
10
2,2
6,6
16
3,5
10,5
20
4,4
13,2
25
5,5
16,4
32
7,0
21,1
40
8,8
26,3
50
11,0
32,9
63
13,9
41,4
Cantidad física
Técnica de medición
Resumen
