Energía eléctrica

la energía eléctrica se transforma en otras formas de energía cuando las cargas eléctricas se mueven a través de una diferencia de Potencial Eléctrico (Voltaje), que ocurre en componentes eléctricos en circuitos eléctricos., Desde el punto de vista de la energía eléctrica, los componentes de un circuito eléctrico se pueden dividir en dos categorías:

dispositivos pasivos (cargas)editar

cuando las cargas eléctricas se mueven a través de una diferencia de potencial de un voltaje más alto a un voltaje más bajo, es decir, cuando la corriente convencional (carga positiva) se mueve desde el terminal positivo (+) al terminal negativo ( − ), el trabajo se realiza por las cargas en el dispositivo. La energía potencial de las cargas debido a la tensión entre los terminales se convierte en energía cinética en el dispositivo., Estos dispositivos se denominan Componentes pasivos o cargas; «consumen» energía eléctrica del circuito, convirtiéndola en otras formas de energía como el trabajo mecánico, el calor, la luz, etc. Los ejemplos son los aparatos eléctricos, como bombillas, motores eléctricos y calentadores eléctricos. En los circuitos de corriente alterna (CA) la dirección del voltaje se invierte periódicamente, pero la corriente siempre fluye desde el potencial más alto al lado de potencial más bajo.,

dispositivos activos (fuentes de alimentación)editar

Si las cargas se mueven por una ‘fuerza exterior’ a través del dispositivo en la dirección del potencial eléctrico más bajo al más alto, (por lo que la carga positiva se mueve del terminal negativo al positivo), el trabajo se realizará en las cargas, y la energía se está convirtiendo en energía potencial eléctrica de algún otro tipo de energía, como la energía mecánica o la energía química., Los dispositivos en los que esto ocurre se llaman dispositivos activos o fuentes de energía; como generadores eléctricos y baterías. Algunos dispositivos pueden ser una fuente o una carga, dependiendo del voltaje y la corriente a través de ellos. Por ejemplo, una batería recargable actúa como fuente cuando proporciona energía a un circuito, pero como carga cuando está conectada a un cargador de batería y se está recargando, o un generador como fuente de energía y un motor como carga.,

Convención de signo Passivoeditar

dado que la energía eléctrica puede fluir hacia o desde un componente, se necesita una convención para la cual la dirección representa el flujo de potencia positivo. La energía eléctrica que fluye de un circuito a un componente se define arbitrariamente para tener un signo positivo, mientras que la energía que fluye en un circuito de un componente se define para tener un signo negativo. Por lo tanto, los componentes pasivos tienen un consumo de energía positivo, mientras que las fuentes de energía tienen un consumo de energía negativo. Esto se llama Convención de signos pasivos.,

circuitos Resistivoseditar

en el caso de cargas resistivas (Óhmicas o lineales), la Ley de Joule se puede combinar con la Ley de Ohm (V = I·R) para producir expresiones alternativas para la cantidad de potencia que se disipa:

p = i v = i 2 R = V 2 R, {\displaystyle P=IV=i^{2}R={\frac {V^{2}}{R}},}

donde R es la resistencia eléctrica.

corriente Alternadaeditar

en los circuitos de corriente alterna, los elementos de almacenamiento de energía como la inductancia y la capacitancia pueden dar lugar a inversiones periódicas de la dirección del flujo de energía., La porción de flujo de potencia que, promediada durante un ciclo completo de la forma de onda de CA, resulta en la transferencia neta de energía en una dirección se conoce como potencia real (también conocida como potencia activa). Esa porción del flujo de energía debido a la energía almacenada, que regresa a la fuente en cada ciclo, se conoce como potencia reactiva., r m s cos ⁡ θ {\displaystyle P={1 \over {\sqrt {2}}}V_{p}I_{p}\cos \theta =V_{\rm {rms}}I_{\rm {rms}}\cos \theta \,}

donde

Vp es la tensión máxima en voltios Ip es la corriente máxima en amperios Vrms es la tensión raíz-media-cuadrada en voltios Irms es la corriente raíz-media-cuadrada en amperios θ es el ángulo de fase entre las ondas sinusoidales de corriente y tensión

La relación entre la potencia real, la potencia reactiva y la potencia aparente se puede expresar representando las cantidades como vectores., La potencia Real se representa como un vector horizontal y la potencia reactiva se representa como un vector vertical. El vector de potencia aparente es la hipotenusa de un triángulo rectángulo formado al conectar los vectores de potencia real y Reactiva. Esta representación a menudo se llama el triángulo de poder.,no poder)}}^{2}={\mbox {(poder real)}}^{2}+{\mbox{(potencia reactiva)}}^{2}}

Las potencias reales y reactivas también se pueden calcular directamente a partir de la potencia aparente, cuando la corriente y el voltaje son ambos sinusoides con un ángulo de fase conocido θ entre ellos:

(potencia real) = (potencia aparente) cos ⁡ θ {\displaystyle {\mbox{(potencia real)}}={\mbox{(potencia aparente)}}\cos \theta } (potencia reactiva) = (potencia aparente) sin ⁡ θ {\displaystyle {\mbox{(potencia reactiva)}}={\mbox{(potencia aparente)}}\sin \theta }

la relación entre la potencia real y la potencia aparente se llama factor de potencia y es un número siempre entre 0 y 1., Donde las corrientes y voltajes tienen formas no sinusoidales, el factor de potencia se generaliza para incluir los efectos de la distorsión.

campos Electromagnéticoseditar

la energía eléctrica fluye donde quiera que los campos eléctricos y magnéticos existan juntos y fluctúen en el mismo lugar., El ejemplo más simple de esto es en los circuitos eléctricos, como lo demostró la sección anterior. En el caso general, sin embargo, la ecuación simple P = IV debe ser reemplazada por un cálculo más complejo, la integral del producto cruzado de los vectores de campo eléctrico y magnético sobre un área específica, así:

P = ∫ S ( E × H ) ⋅ d A . {\displaystyle P= \ int _{S} (\mathbf {E} \times \mathbf {H} )\cdot \mathbf {dA} .\ ,}

el resultado es un escalar ya que es la integral de superficie del vector de Poynting.