¿Para qué sirven los bancos de capacitores?

Para entender la necesidad de tener bancos de capacitores, primero hay que familiarizarse con el algunos conceptos, como el factor de potencia.

El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. Las compañias suministradoras de energia eléctrica cobran multa por tener un bajo factor de potencia de hasta un 120 % del costo de la facturación. La potencia puede ser:

• Efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo.
• Reactiva es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores.

Dependiendo de esto entendí que en las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, el voltaje y la corriente están en fase y se tiene un factor de potencia unitario.
En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasada respecto al voltaje y se tiene un factor de potencia retrasado.
Mientras que en los capacitores la corriente se encuentra adelantada con respecto al voltaje y tiene un factor de potencia adelantado.
Entonces los bancos de capacitores se colocan con el propósito de regular el factor de potencia y por lo tanto reduce los costos de facturación eléctrica, disminución de las pérdidas en conductores, reducción de las caídas de tensión y un aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.

Sensores capacitivos

Los sensores son dispositivos electrónicos con la capacidad de detectar la variación de una magnitud física tales como temperatura, iluminación, movimiento y presión; y de convertir el valor de ésta, en una señal eléctrica ya sea analógica o digital.

Un sensor capacitivo es, básicamente, un capacitor en el que puede variar cualquiera de los parámetros que definen su capacidad: la distancia entre placas y permitividad del dieléctrico. El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad es un oscilador de alta frecuencia con un electrodo flotante en el circuito de base de un transistor. En el estado de inactividad hay un campo ruidoso en la región de base, que representa el área activa del sensor de proximidad.

Al colocar cualquier tipo de objeto delante del sensor, se varía el dieléctrico del capacitor y, por tanto, la capacidad de este. Al variar la capacidad se varía la amplitud de las oscilaciones.

Teclados Capacitivos

La tecnología de estos teclados es diferente, ya que en estos, los interruptores no son realmente mecánicos sino que la corriente fluye continuamente por toda la matriz de teclas.

Cada tecla tiene un muelle, que asegura el retorno a su posición original tras una pulsación. Bajo la superficie de cada tecla se halla una pequeña placa metálica y debajo de ésta hay otra a cierta distancia. El conjunto de dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico (el aire, en este caso) no es más que un condensador. La capacidad de dicho condensador varía dependiendo de la distancia entre las placas. Al pulsar la tecla las placas se acercan, lo que produce un cambio de capacidad que sirve para detectar la pulsación de la tecla.

El costo de estos teclados es elevado pero, por otro lado, se deterioran muy poco.

Precipitadores Electrostáticos

Un precipitador electrostático es un dispositivo que sirve para filtrar el aire y que captan partículas contaminantes en condiciones extremas.

El precipitador funciona con fuerzas eléctricas que atraen a las partículas que están presentes en el aire. Todo precipitador está constituido de un electrodo emisor y un electrodo o placa recolectora.

Los electrodos emisores mantienen un alto voltaje, lo que genera un fuerte campo eléctrico que hace que las partículas se sientan atraídas. A las partículas se les da una carga eléctrica obligándolas a pasar por el campo, esto produce un gran número de iones de gas. Los iones positivos son atraídos inmediatamente hacia los electrodos de emisión, mientras que los iones negativos se mueven hacia las placas colectoras a las cuales se adhieren mientras se descargan. Estas partículas se acumulan y forman una capa de polvo en la superficie de la placa, que se elimina mediante vibraciones o lavado dependiendo del tipo de PE para que caigan a una tolva inferior.

Los precipitadores electrostáticos son los equipos más eficientes para el control de partículas de menos de 0.2 micras con eficiencia superior a 99%, su caída de presión es muy baja y pueden manejar grandes volúmenes. Existen tambien precipitadores domésticos que funcionan con el mismo mecanismo que los industriales.

Los campos eléctricos de la Tierra

En buen tiempo, el campo eléctrico de la Tierra es generado pricipalmente por la ionosfera que es como una capa que es como un lectrodo gigante que se encuentra sobre la Tierra y emite cargas positivas contrarias a las negativas de la Tierra.



La electrosfera actúa de barrera haciendo que las partículas ionizadas que consiguen entrar en la atmósfera no traspasen la parte inferior de la electrosfera, y que los fenómenos atmosféricos tormentosos, que se dan por debajo de ella, no pasen a otras capas más altas de la atmósfera. En buen tiempo, cerca del suelo, el campo eléctrico es de 200V/m, sobre la superficie del océano la media es de 130 V/m y en las zonas industrializadas a causa de la contaminación este valor aumenta hasta los 360 V/m.. Los campos que ocurren directamente bajo las tormentas son de 50 kV/m. En el interior del núcleo de la Tierra se generan unas corrientes eléctricas debido al movimiento de rotación del núcleo semilíquido de hierro y níquel.





Me dio un chorro de trabajo encontrar como se media el campo ese pero finalmente me meti en paginas en ingles y encontre que se mide con algo que se llama molinos de campo y su principal aplicación es poder predecir donde va a haber caída de rayos. En lo que encontré decía que se coloca un plato conectado a un resistencia en la Tierra y luego es expuesto a un campo eléctrico, entonces la carga se acumula en el plato y ésta será proporcional al tamalo del plato y la incidencia del campo eléctrico.






Aún así, el tema no me quedo muy claro que digamos a ver si alguien lo explica en clase o que onda.





http://www.missioninstruments.com/pages/learning/elec_fields.html


http://freespace.virgin.net/paul.z/VDG/measurin.htm

¿Cómo funciona la batería del coche?

En vista de que a mi me gusta mucho la química, mi explicación del funcionamiento de las baterías estará en función de la reacción que ocurre dentro de ésta y trataré de explicarlo lo mas entendible posible jajaja...

La batería del coche o acumulador de plomo opera con el principio oxido-reducción. En el caso de la batería de plomo, el ánodo es una barra con Pb02(óxido de plomo IV) y el cátodo es una barra con Pb, ambos sumergidos en una solución de un electrolito fuerte, que en este caso es H2SO4(ácido sulfúrico), el cual se consume formándose agua. Sabemos que la oxidación de Pb a PbSO4(sulfato de plomo II) y la reducción de Pb02 a PbSO4 pueden llevarse a cabo simultáneamente, en forma separada, con la transferencia de electrones a través del conductor externo.

¿Qué significa que se forme sulfato de plomo(II) en cada electrodo? Siendo insoluble, se queda adherido en el electrodo en que se ha formado en lugar de disolverse en la solución.
Habíamos dicho que el ácido se consume y se va diluyendo, como el ácido sulfúrico diluido es menos denso que el ácido concentrado original, normalmente se mide la densidad del electrolito para determinar en que extensión esta agotado el acumulador, ya que se emplea cada vez que la celda se desacarga,
Para recargar el acumulador se bombean electrones a través de las mismas, pero en sentido opuesto; en otras palabras, se invierten todas las reacciones químicas. El sulfato de plomo y el agua se transforman de nuevo en plomo, dióxido de plomo y ácido sulfúrico.

¿Qué es lo que hace que los electrones se muevan del ánodo viajen a través del alambre externo y lleguen al cátodo? Esto ocurre debido a la diferencia de energía potencial, que puede ser explicado con un ejemplo sencillo como el agua de una catarata que fluye espontáneamente hacia abajo, por la diferencia entre la energía potencial entre la parte superior de la catarata con la corriente inferior a medida que el agua cae por la catarata, su energía potencial disminuye con respecto al extremo inicial por la pérdida de altura. Es pues, la diferencia de energía potencial entre el cátodo y el ánodo lo que provoca el flujo, ya que la EP de los electrones es mayor en el ánodo y fluyen hacia el cátodo por el alambre externo.

Más específicamente, cada par (Pb - PbSO4 y Pb02 -PbSO4 ) tiene una capacidad intrínseca de aceptar electrones. A esta capacidad se le puede asignar un valor numérico denominado potencial de reducción. Si dos pares se combinan en una sola celda, el par con mayor potencial de reducción acepta electrones en su electrodo, en este caso Pb 02 - PbSO4 (ánodo). La fuerza determinante de la circulación de la corriente es la diferencia algebraica entre los dos potenciales de reducción . Esta diferencia de potencial entre los electrodos, llamada fuerza electromotriz, o fem (E celda ) puede medirse conectando un voltímetro entre los dos electrodos. La fem de una celda galvánica se mide generalmente en volts, también se conoce como voltaje de la celda o potencial de la celda que es de 2.05 V para la batería de plomo.

Alessandro Volta y los volts

Alessandro Volta (1745-1827), físico italiano, conocido por sus trabajos sobre la electricidad. Nació en Como y estudió allí, en la escuela pública. En 1774 fue profesor de física en la Escuela Regia de Como y al año siguiente inventó el electróforo, un instrumento que producía cargas eléctricas. Con dos discos metálicos, separados por un conductor húmedo, pero unidos con un circuito exterior logra, capazde transferir electricidad a otros objetos.

Durante 1776 y 1777 se dedicó a la química, estudió la electricidad atmosférica e ideó experimentos como la ignición de gases mediante una chispa eléctrica en un recipiente cerrado. En 1779 fue profesor de física en la Universidad de Pavía durante 25 años. Hacia 1800 había desarrollado la llamada pila de Volta, precursora de la batería eléctrica, que producía un flujo estable de electricidad.

Por su trabajo en el campo de la electricidad, Napoleón le nombró conde en 1801. El 1 de mayo de 1806, Volta es elegido como Caballero de la Corona de Hierro del reino de Lombardia. En 1809 es designado senador de la corte y, en 1810, se le otorga el título nobiliario de conde. La unidad de potencia eléctrica conocida como voltio recibió ese nombre en su honor.

La Cubeta de Faraday

Mmm... la cubeta de Faraday, un experimento tan simple que hasta me costó entenderlo jajaja pero finalmente en base a explicaciones del maestro, un compañero y de investigar pude hacer conclusiones de lo que entendí.

Faraday realizó un experimento muy sencillo utilizando como conductor hueco el recipiente metálico donde guardaba el hielo que empleaba en el laboratorio. El propósito del experimento es mostrar la inducción electrostática. Se montó una cubeta metálica encima de un electroscopio . Se introdujo un cuerpo metálico cargado positivamente(rojas). Inmediatamente se observa un movimiento en el electroscopio que detecta la presencia de la carga desde el exterior. Una carga opuesta negativa aparece en la superficie interna de la hielera en tanto que la superficie externa queda cargada positivamente. La carga del exterior de la cubeta es independiente de la ubicación del cuerpo cargado que introducido.

En resumen demostró que las cargas inducidas son siempre de igual magnitud pero de signo opuesto entre ellas y la carga inductora, y que además las líneas de campo eléctrico logran atravesar superficies.

La Fotocopiadora

En 1903, el norteamericano G. C. Beidler descubrió el modo de hacer la reproducción rápida de un documento por revelado instantáneo de un negativo fotográfico, técnica que patentó en 1906. Este revelado rápido dio origen a las primeras fotocopias.

¿Cómo funciona una fotocopiadora?
La fotocopiadora es un aparato que proporciona instantáneamente copias de cualquier documento. Existen dos tipos principales de fotocopiadoras: las xerográficas, que utilizan papel normal, y las electrostáticas, que requieren un papel sensible especial. La fotocopiadora común de oficina usa un proceso conocido como xerografía, término que se deriva de palabras que en griego antiguo significan "escritura seca". Funciona por un tipo de fotografía eléctrica.

En la fotocopiadora xerográfica hay un tambor giratorio de metal recubierto con un material que conduce electricidad si la luz incide sobre él. Este tambor cuando está oscuro, gira frente a un alambrito que conduce carga eléctrica de alto voltaje, lo que hace que el tambor se cargue con electricidad estática.

Básicamente, entendí que cuando una luz brillante ilumina el documento que debe ser copiado la imagen se proyecta en un espejo y el tambor electriza las zonas que corresponden a partes negras, donde la luz no llega, mientras que un fino polvo negro llamado toner, tiene carga opuesta, es atraído hacia las áreas cargadas del tambor. en cambio en las partes donde no hay imagen y que son blancas, la luz quita la carga por tanto no existe atracción con el toner.

En las copiadoras electrostáticas la imagen a reproducir se proyecta directamente sobre el papel, cuya superficie queda sensibilizada con cargas eléctricas. El papel se somete luego a un baño de toner y las partículas se fijan en las zonas electrizadas de éste dando lugar a la copia definitiva.

Experimento de la gota de aceite de Millikan

La primera medición directa de la electrón fue a través del experimento de la gota de aceite. Usando un atomizador de carga eléctrica de un perfume, Millikan, desparramó pequeñas gotas de aceite dentro de una cámara transparente.

En las partes superior e inferior había placas metálicas unidas a una batería, siendo una positiva y la otra negativa. Cuando el espacio entre las placas metálicas era ionizado por rayos X, los electrones del aire se pegaban a las gotitas de aceite, adquiriendo éstas una carga negativa. Como cada gotita adquiría una leve carga de electricidad a medida que viajaba a través del aire, la velocidad de su movimiento podía ser controlada alterando el voltaje entre las placas hasta contrarrestar el peso de la gotita.

Millikan observó gotita tras gotita, variando el voltaje y notando el efecto. Con este cálculo solo faltaba conocer la masa para conocer la carga. Entonces se propuso a encontrar tanto la densidad como el volumen para hallar la masa. Millikan logró hallar la densidad del aceite y pudo comprobar que las gotitas eran perfectamente esféricas. El volumen de la esfera está en función del radio que Millikan logró encontrar mediante una fórmula relacionando el radio de una esfera con la gravedad ya que desconectó la corriente para ver en cuanto tiempo caía la gota por efectos de la gravedad.

Entonces repitió el experimento centenares de veces y todos los resultados demostraron ser simples múltiplos (entre 5 y 20 veces) de una carga básica: 1.602 x 10-19 C.

Campos magnéticos de la Tierra

ELa tierra genera un campo magnético en el rango de aproximadamente 0,30000 a 0,65000G (= Gauss, o Oersted). En el siglo XIX Karl Gauss demostró que el campo magnético de la Tierra tenía su origen en su interior. El campo magnético de la Tierra es muy aproximadamente el de un dipolo magnético, tiene cargas negativas en el polo norte y cargas positivas en el polo sur.

Hay dos puntos en donde las líneas de fuerza son verticales. Éstos son los polos magnéticos, si el dipolo está centrado en la Tierra éstos están a 180º el uno del otro. Los polos magnéticos de la Tierra están separados de los polos geográficos por alrededor de 18º.

Con el magnetómetro, se miden las variaciones del campo magnético de la Tierra, provocadas localmente por objetos férricos.Los campos electromagnéticos se miden mediante una antena trasmisora y otra receptora. La antena trasmisora emite una corriente alterna creando así un campo magnético primario. Si este campo se sitúa sobre un buen conductor, éste a su vez genera un campo magnético secundario. La antena receptora recibe el campo magnético combinado pudiendo medir la conductividad geoeléctrica del subsuelo en el punto donde se ha producido la medición. Creo que el clima puede influenciar tal vez porque como son antenas, las cargas de la tierra como vimos en la sección que hablamos de los rayos, son diferentes cuando hay buen tiempo o tormenta.

En la actualidad gracias a las observaciones de satélites artificiales equipados con magnetómetros vectoriales de gran alcance y precisión se ha aportado un esquema completo
del campo magnético de la Tierra.Únicamente las medidas por satélite pueden permitirnos cartografiar en su totalidad el campo magnético terrestre, así como su cmabio a través de los años, esto debido a la visión global que posee este tipo de tecnología.

Otro dato interesante, es acerca de la relación de los campos magnéticos con la aurora boreal. El viento solar, puede tener varios efectos sobre nuestra vida en la Tierra. Es una especie de viento de materia o de gas ionizado que se llama plasma. Este plasma está contenido en la corona solar, cuya temperatura puede alcanzar los dos millones de grados. Este viento afecta la estructura dipolar del campo magnético pues extiende el campo magnético del Sol. En el lado que mira hacia el Sol las líneas de fuerza se comprimen hacia la Tierra, mientras que en el lado opuesto son empujadas en dirección contraria al Sol formando una larga cola.

El campo magnético terrestre o magnetósfera, representa una protección o pantalla contra las partículas del viento solar.

En los momentos de mayor debilidad del campo magnético, las partículas de alta energía procedentes mayoritariamente del Sol pueden atravesarlo pero no tienen un gran efecto al nivel de la superficie de la Tierra, pero son las que producen las famosas auroras boreales visibles desde los polos. Afortunadamente, el campo magnético protege la Tierra de la "lluvia" de protones y electrones. Sin embargo, no ocurre lo mismo al nivel de la magnetosfera, así pueden producirse daños sobre los aparatos que se encuentran en esta zona, es decir los satélites de comunicación.

La Electricidad y las cargas eléctricas

La electricidad es un fenómeno originado por el movimiento que experimentan los electrones, partículas de masa muy pequeña que se encuentran entorno al núcleo del átomo.

La carga eléctrica es una de las propiedades básicas de la materia. En realidad, la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mínimos: moléculas, átomos y partículas elementales. Se demuestra su existencia mediante un sencillo experimento en el año 600 a. C. en el que los filósofos griegos obsevaron que una barra de ámbar frotado atrae pequeños pedacitos de paja u otro material ligero (electrización por frotamiento).

En su experimento Millikan, hacía caer una rociada fina de gotas de aceite muy pequeñas entre dos placas metálicas. El aire entre las placas era irradiado con rayos-X y éstos provocaban arrancaban electrones de moléculas de nitrógeno y oxígeno. Algunos de los electrones liberados colisionaban con las gotas de aceite y podían quedar adheridos a ellas, con lo que conferían a la gota que caía una carga negativa. Conociendo la carga de las placas y haciendo uso de la ley de Coulomb, Millikan fue capaz de calcular la carga que portaba la gota.


Tipos de Redistribución de cargas
§ Por contacto: se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otro cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga.

§ Por frotamiento: al frotar dos cuerpos, ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

§ Por inducción: ocurre cuando se acerca un objeto cargado a otro neutro, y se ocasiona la separación de las cargas dentro de él, como un dipolo inducido, las cargas opuestas al objeto inductor tratan de acercarse.

§ Por electrólisis: se da cuando las sustancias se separan en iones positivos y negativos al encontrarse en solución. Si se ponen un ánodo y un cátodo, los iones positivos se sentirán atraídos al ánodo y los iones negativos al cátodo.

§ Efecto fotoeléctrico : ocurre cuando se liberan electrones al haber una fuente de luz presente irradiando a un objeto y este absorbe la luz.

§ Efecto Termoeléctrico: ocurre cuando se aplica calor entre dos materiales unidos. Si hay una diferencia de temperatura entre ambos, la corriente eléctrica va a fluir por la diferencia de temperatura


Coulomb y su Ley
Charles Agustín Coulomb (1736-1806). Físico francés que encontró que las cargas eléctricas se atraen o repelen con una fuerza que es proporcional al producto de las cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Dos cargas de signos contrarios se atraen y dos de signos iguales se repelen.

Para comprobar la ley que lleva su nombre, Coulomb inventó la balanza de torsión, con una sensibilidad capaz de medir fuerzas de 0.00001 gramos, que fue durante más de un siglo el instrumento de mayor precisión para medir fuerzas.

Historia de la Electricidad
§ Tales de Mileto (630-550 AC) fue el primero, que cerca del 600 AC,conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos.

§ En 1733 El Francés François de Cisternay Du Fay fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas: Positiva y Negativa

§ En 1776 Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas.

§ Galvani produjo contracciones musculares en las patas de una rana aplicándoles una corriente eléctrica.

§ En 1800, Volta presentó la primera fuente electroquímica artificial de diferencia de potencial, un tipo de pila eléctrica o batería.

§ Andrés María Ampère (1775-1836). Físico y matemático francés. Formuló una con la que ley se puede encontrar en todo punto del espacio el campo magnético producido por una corriente eléctrica que circule por un alambre de cualquier forma.

§ Michael Faraday (1791-1867). Físico y químico inglés Faraday estudió el fenómeno de la electrólisis y encontró las leyes que lo rigen. Faraday se ocupó también de los fenómenos electromagnéticos y consideró que si las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, los campos magnéticos deberían producir corrientes eléctricas. Esto lo condujo a formular su descubrimiento más importante: la ley de Faraday.

§ James Clerk Maxwell físico matemático británico investigó las propiedades de las ondas electromagnéticas y la luz y desarrolló la teoría de que ambas tienen la misma naturaleza.

Mecanismo de un Rayo

¿Cae el rayo a la Tierra o asciende a la nube?

Después de investigar diversas fuentes, llegué a comprender en su totalidad como ocurría el proceso, aunque tuve mucho problema para lograr saber realmente cuál es la carga de la Tierra.
En un cielo tranquilo existen cargas negativas y positivas que están mezcladas en la atmósfera por lo que hay una carga neutra. La cosa es que cuando ocurre una tormenta las nubes se convierten en un dipolo, esto ocurre porque las corrientes de aire empujan hacia abajo los cristales de hielo más pesados cuya carga es negativa, mientras que empuja hacia arriba los cristales pequeños, por lo cual hay una diferencia de cargas dentro de la nube, o sea diferencia de potencial.
Entendí que de manera regular, cuando hay buen tiempo, la carga de la Tierra es negativa y atrae iones positivos de la atmósfera, pero por el aire a veces esta carga se disipa y el mecanismo para recuperar esta carga es por medio de la electricidad que se genera con el rayo. Entonces durante una tormenta, Tierra adquiere una carga positiva, es por ello que las cargas negativas de la parte inferior de la nube se sienten atraídas. La carga negativa baja y se forma lo que se llama escalera de peldaños y por ahí empiezan a subir las cargas positivas, y al encontrarse, una fuerte corriente eléctrica lleva carga positiva de vuelta a la nube. El proceso ocurre varias veces en una sola descarga por eso se ven varios relámpagos y rayos seguidos.