1.27 – Generador sinusoidal conectado a una resistencia R.
La señal utilizada será:
V1(t) = V · cos(2π ft)
La corriente que circula en el circuito se puede determinar simplemente con la ley de Ohm:
Podemos observar que tanto la expresión de la tensión como la de la corriente tienen la misma forma, ambas son cosenos, con la misma frecuencia. Por tanto, tenemos dos ondas simples sincronizadas, es decir, en fase entre ellas. La resistencia no modifica la señal sinusoidal y no presenta desfases. También podemos escribir las ecuaciones mediante los fasores. La ley de Ohm adopta esta forma:
donde
Condensadores en corriente alterna
Un condensador es un componente electrónico muy sencillo que se crea acercando dos superficies metálicas denominadas placas. Estas placas están conectadas a los dos terminales. Si se conecta una batería a los dos terminales, no pasará la corriente, solo de forma momentánea. De hecho, el condensador permite el paso solo de corrientes variables en el tiempo, mientras bloquea las continuas.
Cuando aplicamos una tensión continua, sobre las dos superficies se forma una distribución de cargas eléctricas, positivas sobre una placa y negativas sobre la otra. Esta distribución de cargas origina un campo eléctrico estable una vez que la corriente se está ejecutando. La corriente que detectamos en la fase de carga es una corriente aparente, por el hecho de que las armaduras se están cargando y, por tanto, es como si absorbieran cargas eléctricas, con lo que da así la impresión de que circula algo de corriente en el circuito (displacement current). La cantidad de carga presente en las placas de un condensador es proporcional a la diferencia de potencial aplicada. La constante que indica esta proporción se denomina capacidad y se indica con la letra C.
Q = C · V
La capacidad es una magnitud similar a la resistencia: de hecho, caracteriza el condensador e indica su capacidad de almacenar cargas eléctricas. Además, es un número siempre positivo. La capacidad de un condensador se mide en faradios y en submúltiplos de faradio.
Figura 1.28 – Símbolos de condensadores, polarizados y no, y representación gráfica de las placas cargadas.
Hemos podido ver al inicio de este capítulo que la corriente puede describirse como la variación de carga en el tiempo. En la primera expresión hemos utilizado las deltas. Obviamente, la fórmula se puede escribir como una derivada y, por tanto, será:
Recordemos que esta expresión significa que nos interesa conocer la tendencia de las variaciones de carga en el tiempo. Tratemos de aplicar la derivada en la ecuación que describe la relación entre carga y tensión sobre un condensador (Q = CV):
El primer término es, precisamente, la corriente, por lo que, si realizamos la sustitución, tenemos:
También podemos analizar la fórmula con fasores. Supongamos que aplicamos una tensión sinusoidal al condensador:
V(t) = V · cos(2π ft + φ)
El fasor correspondiente será
La fórmula me dice que el fasor
Cuando sin(t) está a 90°, se encuentra en su punto máximo de altura y se prepara para bajar: la pendiente es igual a 0.
A 180° sin(t) va de bajada y pasa por el eje horizontal a 45°, por lo que su pendiente será de –1.
A 270° su pendiente es aún de 0 para, a continuación, volver, a 360°, a 1.
Si dibujamos la curva de las pendientes, hemos obtenido la tendencia de i(t) y podemos observar que la corriente tiene un desfase de 90° (de antemano) respecto a la tensión.
Figura 1.29 – Tendencia de una tensión sinusoidal aplicada a un condensador.
La tensión aplicada cambia continuamente, por lo que en el condensador circulará una corriente y este podría comportarse de forma similar a un resistor. A diferencia de un resistor, un condensador no disipa energía, sino que actúa desfasando entre ellos la tensión y la corriente aplicadas. Este comportamiento se asemeja al de una resistencia, pero, como hemos visto, tiene como efecto el de desfasar ambos componentes. Así, podemos describirlo como una relación entre tensión y corriente que se llama reactancia y se mide en ohmios. Normalmente la reactancia se representa con la letra X. La reactancia del condensador es igual a:
La reactancia depende de la frecuencia y, cuando esta es muy elevada, tendremos un valor muy bajo que subirá a medida que la frecuencia disminuye. Cuando la frecuencia es igual a 0, el valor de inductancia es infinito. Por esta razón, los condensadores dejan pasar las señales variables, pero no las continuas.
Figura 1.30 – Tendencia de la reactancia de un condensador al cambiar la frecuencia de la señal aplicada.
Inductores en corriente alterna
Un inductor es un componente eléctrico cuyo comportamiento es opuesto al de un condensador. Los inductores también tienen
