Física Práctica

Onda senoidal

La corriente alterna es una corriente eléctrica cuyo valor y sentido varían continuamente, tomando valores positivos y negativos en distintos instantes de tiempo.

La forma más común de corriente alterna es la senoidal y se debe a que los generadores de electricidad más utilizados producen tensiones y corrientes con esta forma.

La corriente alterna es más fácil para transportar que la corriente continua a lo largo de grandes distancias, lo cual es una ventaja para su distribución. Otra ventaja importante de la corriente alterna es que puede ser fácilmente convertida entre distintos valores de tensión, ya sea aumentándolos o disminuyéndolos a través de transformadores.

En el siguiente gráfico podemos ver la variación de tensión en el tiempo de una señal alterna senoidal. En el gráfico se muestra un solo ciclo completo, pero la señal normalmente repite los ciclos constantemente. A cada instante de tiempo del eje horizontal le corresponde un valor de tensión en el eje vertical.

Los instantes de tiempo se representan también mediante un ángulo que es el parámetro de la función seno. Esta relación entre tiempo y ángulo se explica más adelante. Por ahora vemos en el diagrama que para distintos instantes de tiempo hay distintos valores de tensión eléctrica.


Corriente Alterna

Expresión general – Valor instantáneo

A través de la expresión general de una señal alterna se puede obtener el valor que tiene la tensión en un determinado instante de tiempo o para un determinado ángulo. Esta magnitud se denomina valor instantáneo.

El valor instantáneo se calcula como el valor máximo multiplicado por el seno de un ángulo. El ángulo varía continuamente con el tiempo, por lo tanto para cada instante de tiempo tenemos un ángulo diferente.

Dado que la función seno toma valores entre -1 y 1, el valor instantáneo alcanza sus máximos y mínimos cuando el argumento de la función vale 90 y 270 grados respectivamente (½ π radianes y 3/2 π radianes).

Expresión general
V(α) = Tensión para un determinado ángulo [V]
Vmax = Valor máximo de la tensión [V]
α = Ángulo instantáneo [Grados o radianes]

El ángulo en un determinado momento se calcula como la velocidad angular (angulo recorrido por unidad de tiempo) multiplicada por el tiempo.

Se suma un valor de fase, que es distinto de cero en los casos en que se tenga un desplazamiento inicial de la función hacia la izquierda o hacia la derecha. Por lo tanto la expresión completa para calcular el valor instantáneo es la siguiente.

Expresión general
V(t) = Tensión para un determinado instante [V]
Vmax = Valor máximo de la tensión [V]
ω = Velocidad angular [grados / s o rad. / s]
t = Tiempo para el cual calculamos la tensión [s]
φ = Angulo de fase inicial [grados o rad.]

Fase (φ)

Una señal senoidal puede estar desplazada en el eje horizontal, es decir en tiempo.

La fase es un valor que representa el ángulo inicial de la señal y se mide en radianes o en grados. En el siguiente ejemplo vemos dos señales con distinta fase (desfasadas entre sí ½ π radianes o 90 grados).


Fase

Período (T)

El período es la duración de un ciclo completo de una señal alterna. Se mide en segundos (con sus prefijos correspondientes).


Período

Frecuencia (f)

Es la inversa del período y corresponde a la cantidad de ciclos por unidad de tiempo de una señal alterna. Se mide en hertz. Un hertz equivale a un ciclo completo en un segundo.

Velocidad angular (ω)

La velocidad angular o pulsación se calcula como 2 π multiplicado por la frecuencia. Representa la velocidad de variación del ángulo de giro (ver movimiento circular uniforme).

Velocidad angular
ω = Velocidad angular [rad. / s]
f = Frecuencia de la señal [Hz]

Valor eficaz (Vef)

El valor eficaz de una corriente alterna es una de sus magnitudes más importantes. Dado que una señal alterna varía en el tiempo, no entrega la misma energía que entregaría una corriente continua con el mismo valor que el valor máximo de la corriente alterna.

El valor eficaz de tensión de una corriente alterna es el equivalente al valor de tensión de una corriente continua que produce el mismo calor (es decir que provee la misma energía) durante un mismo período de tiempo. Si la señal alterna tiene forma senoidal, el valor eficaz se calcula como:

Valor Eficaz
VEF =    Tensión eficaz [V]
VMAX = Tensión máxima [V]

 
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