Seguro que has oído hablar de muchas guerras que se han producido a lo largo de la historia. Pero, ¿alguna vez has escuchado sobre la guerra de las corrientes? No te preocupes, no te has equivocado de artículo, sigues estando en física. Y es que la guerra de las corrientes fue un conflicto, desde finales del 1880 hasta principios del 1890, entre el intento de imposición de la corriente continua (CC) (secundado por Thomas Alba Edison) y la imposición de la corriente alterna (CA) (apoyado por Nikola Tesla). Fue esta segunda la que acabó triunfando y, en este artículo, sabrás por qué.
¿Qué es la corriente alterna?
La corriente alterna (CA, o AC en inglés) es el tipo de corriente que varía periódicamente su magnitud en el tiempo en una forma de onda sinusoidal. La principal característica de la corriente alterna es la alternancia de su magnitud entre valores positivos y negativos.
Las centrales eléctricas modernas producen electricidad en forma de corriente alterna.
Así, la corriente alterna se distribuye en zonas residenciales y comerciales, y es la principal forma de energía eléctrica que utilizamos en todos nuestros aparatos eléctricos.
Generación de la corriente alterna
La corriente alterna se produce mediante un generador de corriente alterna.
Un generador de corriente alterna consiste en un cable que gira en un campo magnético creado por imanes.
- Cuando el cable gira en el campo magnético, corta las líneas de flujo magnético.
- El flujo magnético cambiante, a través del cable, genera una fuerza electromotriz que impulsa las cargas eléctricas alrededor del cable.
- El cable conductor crea una corriente eléctrica oscilante que fluye en dos direcciones, dependiendo de la variación de la polaridad del imán.
Fig. 1: Un generador de corriente alterna nos permite transformar la energía mecánica que hace mover la espira.
Consulta nuestra explicación Fuerza electromotriz y Resistencia interna para obtener más información sobre la fuerza electromotriz.
Gráfico de la corriente alterna
Dado que las corrientes alternas se mueven de forma periódica y sinusoidal, su movimiento puede representarse mediante la gráfica del seno. La gráfica de la corriente alterna (que puedes ver a continuación) expresa la relación entre la tensión y el tiempo.
La CA alterna su intensidad con respecto al tiempo, entre valores positivos y negativos. Esto significa que cuando la corriente alterna circula por un circuito, la corriente circulará por los componentes en ambas direcciones. Una CA alcanzará valores máximos y mínimos (en términos de magnitud) y luego oscilará entre ellos (\(\pm I_{max}\)), repitiendo este ciclo cada cierto tiempo \(T\).
Gráfico de distintos tipos de corriente
A continuación, se muestra un gráfico que ilustra el movimiento de la corriente continua (CC), la corriente alterna (CA) y otros tipos de corrientes. La corriente continua tiene un valor constante en el tiempo (es decir, no oscila).
En la figura, se puede ver la corriente alterna en azul (gráfico sinusoidal) y la corriente continua en verde (gráfico lineal).
Fig. 2: La corriente alterna tiene una forma sinusoidal, mientras que la corriente continua es constante en el tiempo. Además, existen otro tipo de corriente, como la pulsatoria o la variable.
Fórmula de la corriente alterna
Podemos expresar la CA, matemáticamente, como una ecuación de onda sinusoidal:
\[I=I_{max}\sin(\omega t)\]
Donde:
- \(I\) es la corriente en un momento dado.
- \(I_{max}\) es el valor máximo de la corriente, en amperios (\(\mathrm{A}\)).
- \(\omega\) es la frecuencia angular, en radianes por segundo (\(\mathrm{rad/s}\)).
- \(t\) es el tiempo, en segundos (\(\mathrm{s}\)).
Del mismo modo, podemos utilizar la misma ecuación para expresar la tensión en el tiempo
\[V=V_{max}\sin(\omega t)\]
Donde:
- \(V\) es la tensión en un momento dado, en voltios (\(\mathrm{V}\)).
- \(V_{max}\) es la tensión máxima.
El periodo también puede expresarse en términos de frecuencia o velocidad angular, cuando sea conveniente:
\[T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{2\pi}{\omega}\]
Donde:
- \(f\) es la frecuencia, en hercios (\(\mathrm{Hz}\)).
- \(\omega\) es la velocidad angular (\(\mathrm{rad/s}\)).
El periodo de oscilación entre el negativo y el positivo es de unos \(50-60\,\mathrm{Hz}\), dependiendo del país.
Diferencias entre corriente continua y corriente alterna
Hay muchas diferencias entre la corriente alterna y la corriente continua. La corriente alterna oscila en dos direcciones, mientras que la corriente continua tiene una magnitud constante en el tiempo. Esto se debe al mecanismo que genera la CA, que es una espiral giratoria entre dos imanes —tal y como hemos visto al principio de este artículo—.
En la CA, a medida que la bobina gira, la dirección de los electrones que circulan por ella cambia, en función de su posición con respecto a los polos. Esto se debe a los colectores conectados a la bobina. Sin embargo, en la producción de CC, los anillos conectados a la bobina cambian los contactos entre la bobina y los cables del circuito, lo que hace que la corriente fluya en una sola dirección.
Además, la frecuencia de la corriente continua es nula, mientras que la frecuencia de la corriente alterna que llega a nuestros hogares está entre \(50\) y \(60\) \(\mathrm{Hz}\). Otra diferencia es, tal y como hemos visto en las gráficas anteriores, que la corriente alterna se describe con un movimiento sinusoidal (de ahí que la tensión varíe). En la corriente continua, la tensión y la corriente son constantes.
La siguiente tabla resume lo explicado:
Corriente alterna (CA) | Corriente continua (CC) |
Oscila en dos direcciones. Tiene magnitudes positivas y negativas. | La magnitud es constante en el tiempo. |
Tiene un valor máximo de corriente. | La corriente es constante a lo largo del tiempo. |
Los electrones del cable conductor se mueven en dos direcciones. | El flujo continuo de electrones es en una dirección. |
La forma en una gráfica corriente-tiempo es sinusoidal. | La forma en una gráfica corriente-tiempo es una línea recta. |
Puede transmitirse a grandes distancias. | Es muy difícil de transmitirse a grandes distancias. |
Los generadores de CA utilizan colectores y escobillas | Los generadores de CC utilizan un conmutador de anillo partido. |
Tabla 1: Principales diferencias entre la corriente alterna y la corriente continua.
Ejemplos de corrientes alterna y continua
La corriente alterna se emplea para alimentar algunos motores eléctricos; por ejemplo, los motores de inducción de CA. La corriente alterna también se utiliza para transmitir energía eléctrica desde las estaciones de generación de energía hasta las zonas urbanas para uso comercial, personal y otras instalaciones de uso industrial.
Fig. 3: La corriente alterna se utiliza para transmitir energía eléctrica desde las centrales eléctricas hasta las zonas urbanas.
La corriente continua se utiliza principalmente en aplicaciones de baja tensión, como las diferentes celdas de las baterías de los teléfonos inteligentes, las baterías de los ordenadores portátiles o las baterías de los coches. La corriente continua también se utiliza en los paneles solares, donde la corriente continua se convierte en corriente alterna, para el uso diario.
Media cuadrática de la corriente y tensión
La media cuadrática (RMS en inglés) del voltaje y de la corriente comparan las corrientes alternas con las corrientes continuas. Utilizamos los valores de la media cuadrática para la CA, que es el equivalente al valor de la CC, que produce la misma cantidad de trabajo. Los voltímetros de corriente alterna y los amperímetros dan una lectura de los valores de la media cuadrática de CA.
A continuación, se muestran las ecuaciones para hallar la media cuadrática del voltaje y la media cuadrática de la tensión:
\[\begin{align} I_{ef}=\dfrac{I_{max}}{\sqrt{2}} \\ \\ V_{ef}=\dfrac{V_{max}}{\sqrt{2}} \end{align}\]
El gráfico de abajo representa la CA de tensión-tiempo (en este caso, el símbolo \(V\) está representado por \(u\), ¡pero siempre debes usar \(V\) para la tensión!) El número 3 representa la media cuadrática para el voltaje.
Fig. 4: Tensión sinusoidal. El 1 representa la amplitud (pico), el 2 de pico a pico, el 3 es el valor eficaz y el 4 es el periodo de la onda.
Ejemplos de corriente alterna con la media cuadrática
Halla los valores eficaces de corriente alterna de una corriente que produce una tensión máxima de \(250\,\mathrm{V}\) y una corriente máxima de \(5\,\mathrm{A}\).
Solución:
Usamos las ecuaciones dadas para los valores eficaces de la CA y añadimos los valores máximos de la tensión y corriente:
\[\begin{align} I_{ef}&=\dfrac{I_{max}}{\sqrt{2}}=\dfrac{5\,\mathrm{A}}{\sqrt{2}}=3,54\,\mathrm{A} \\ \\ V_{ef}&=\dfrac{V_{max}}{\sqrt{2}}=\dfrac{250\,\mathrm{V}}{\sqrt{2}}=176,80\,\mathrm{V} \end{align}\]
Halla el valor máximo de la tensión y la corriente de CA, a partir de los valores eficaces de la CA de \(150\,\mathrm{V}\) y \(2,15\,\mathrm{A}\).
Solución:
Usamos las ecuaciones dadas para los valores eficaces de la CA, reordenamos la solución para \(I_{max}\) y \(V_{max}\) e introducimos los valores eficaces de tensión y corriente:
\[\begin{align} I_{ef}&=\dfrac{I_{max}}{\sqrt{2}}\rightarrow I_{max}=I_{ef}\cdot\sqrt{2}=2,15\,\mathrm{A}\cdot\sqrt{2}=3,04\,\mathrm{A} \\ \\ V_{ef}&=\dfrac{V_{max}}{\sqrt{2}}\rightarrow V_{max}=V_{ef}\cdot \sqrt{2}=150\,\mathrm{V}\cdot \sqrt{2}=212,1\mathrm{V} \end{align} \]
Corriente alterna - Puntos clave
- La corriente alterna (CA) es una corriente oscilante que fluye en dos direcciones con una magnitud alterna.
- La corriente alterna se distribuye en zonas residenciales y comerciales, y es la principal forma de energía eléctrica que utilizamos en todos nuestros aparatos eléctricos.
- Las corrientes alternas son producidas por un generador de CA, que consiste en un cable que gira en un campo magnético creado por imanes.
- Las corrientes alternas se mueven de forma periódica y sinusoidal, por lo que el gráfico sinusoidal representa su movimiento.
- Hay muchas diferencias entre la corriente alterna y la corriente continua (CC). La CA oscila en dos direcciones, mientras que la CC tiene una magnitud constante en el tiempo.
- La media cuadrática de la tensión y de la corriente comparan las corrientes alternas con las corrientes continuas.
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