Teórico: conversión de potencial eléctrico en trabajo.

[Ingun]

Re: Teórico: conversión de potencial eléctrico en trabajo.

Hola, y gracias de nuevo.

Poco a poco ya lo voy cogiendo. Entiendo que un fem puede ser un generador que actúe modificando el campo (las líneas de fuerza de un campo electromagnético) en el tiempo. Me imagino que los generadores de corriente para la luz de las bicicletas funcionan así. Ello se basa en la ley de Faraday. Aunque me encantaría, dejaré esta cuestión para cuando llegue a cursos superiores, esto está lejos de mi jurisdicción en este momento y desgraciadamente, mi tiempo es limitado . Pero por falta de curiosidad te aseguro que no es.

Entiendo que el fem genera un potencial. Sin fijarnos más que en las diferencias entre los polos, en los diagramas:



El polo + posee un potencial de 12V, y el negativo un potencial de 0, siendo que la diferencia de potencial es de 12V.

Ahora bien, para generar el potencial de 12 V se requiere una carga en el polo positivo

U = K*Qq/r ---> V = U/q (eso significa que es la carga Q la que proporciona un potencial de 12V en el polo +. Eso sí, nunca he entendido el porqué no se tiene en cuenta la r (distancia) en un circuito eléctrico a la hora de calcular la energía potencial, y por tanto, la diferencia de potencial. ¿Alguna idea?).

Mi pregunta es: ¿para generar un potencial negativo en el otro polo, hará falta una Q negativa que haga que la energía potencial sea negativa, y por tanto, el potencial eléctrico también lo sea?. En el caso del diagrama no hace falta porque la energía potencial en el polo - es 0 Joules, y por tanto, V = 0 J/C, pero en el gráfico:



Esto no es así, hay un U < 0 y por tanto, un potencial eléctrico negativo (Vp). Entiendo cómo se genera este potencial en una pequeña pila eléctrica (cargada con una disolución de aniones en ese polo), pero no en una instalación eléctrica.

No sé si he conseguido expresar mi pregunta. Muchas gracias, porque gracias a todo esto estoy consiguiendo comprender en profundidad este tema.

Saludos!

[Julián]

Re: Teórico: conversión de potencial eléctrico en trabajo.

El polo + posee un potencial de 12V, y el negativo un potencial de 0, siendo que la diferencia de potencial es de 12V.

No el voltaje no es potencial sino que es diferencia de potencial.No es que el polo positivo tiene un potencial de 12 [V] y el negativo de 0[V], Entre los polos de la fuente hay una diferencia de potencial de 12 [V], entre el positivo y el negativo tenemos los 12 [V]. Esos 12 [V] de la fem son repartidos entre las resistencias. Como podes ver las resistencias producen una caida de tensión. Ya que por la ley de voltaje de kirchoft la suma de las tensiones en una red cerrada es cero.

${V}_{B} - {V}_{R1} - {V}_{R2}= 0 \Rightarrow {V}_{B}= {V}_{R1}+{V}_{R2}$

La caida de tensión de cada resistencia se calcula por la ley de Ohm:

${V}_{R1} [V]= I [A] * {R}_{1} [\Omega]$ y ${V}_{R2} [V]= I [A] * {R}_{2} [\Omega]$

En donde $I$ es la corriente que circula por la resistencia.
La fuente nos proporciona una tensión positiva de ${V}_{B}=12 [V]$, asi que la suma de las caidas de tensión de las resistencias es 12 [V].
Que haya una caida de tensión o polaridad en los extremos de la resistencia, es por el hecho de que las cargas para atravesarlas tienen que gastar energía ya que el material presenta resistencia al paso de la corriente. Y si tienen que gastar energía a esta la toman del potencial.
Por ejemplo en la segunda imagen (que es mas fácil), la resistencia ${R}_{1}$ produce una caída de tensión de $9 [V]$, así que una vez "pasada" la primer resistencia, ahora entre el extremo superior de la resistencia ${R}_{2}$ y el polo negativo de la fuente hay una diferencia de potencial de $3 [V]$. Después de la última resistencia ${R}_{2}$ hasta el polo negativo de la fuente no existe diferencia de potencial porque ya ha sido agotado todo y teóricamente ya en el conductor no existe resistencia a la corriente así que no es necesario gasto de potencial para que terminen en el polo negativo. Pero el circuito eléctrico es un circuito con todas las palabras, asi que cuando las cargas pasen del polo negativo al positivo la fem aumenta su potencial nuevamente a $12 [V]$ y así el ciclo se mantiene.

Ahora bien, para generar el potencial de 12 V se requiere una carga en el polo positivo

Hay más de una manera de generar una diferencia de potencial. Como ya viste una es por la inducción electromagnética y otra (como en este caso) es mediante una concentración de cargas del mismo signo pero en cada polo de la batería. Porque como te dije antes es un circuito.

U = K*Qq/r ---> V = U/q (eso significa que es la carga Q la que proporciona un potencial de 12V en el polo +. Eso sí, nunca he entendido el porqué no se tiene en cuenta la r (distancia) en un circuito eléctrico a la hora de calcular la energía potencial, y por tanto, la diferencia de potencial. ¿Alguna idea?)

Yo tenía este tipo de dudas. El problema viene por 2 cuestiones. Una porque una cosa es la electroestática (cargas que no se desplazan) y otra la electrodinámica, como el caso de la corriente en un conductor. Y el otro problema viene porque una cosa es estudiar los circuitos eléctricos - electrónicos mediante los conceptos del voltaje, la corriente y la resistencia por la ley de Ohm que sería una forma más práctica y aplicable y "otra cosa" es estudiar física eléctrica, que es lo que sucede con las cargas y el campo eléctrico en el conductor.

Un libro que te va a responder todas estas dudas es el Resnick volumen 2. Es el que yo utilice y es muy bueno.
También fijate el signo del voltaje aca http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico

[Ingun]

Re: Teórico: conversión de potencial eléctrico en trabajo.

Hola Julían, gracias de nuevo.

Sí, sí, si comprendo la distinción entre potencial eléctrico y diferencia de potencial. En la misma wikipedia que me has pasado, explican el potencial eléctrico como:

V = W/q. Esto también son voltios (J/C).

Es decir, tiene un potencial eléctrico de X Voltios. Aún sin hablar de diferencias de potencial.

La diferencia de potencial se genera (y voy a simplificar para poder expresar correctamente mi duda), cuando existen dos potenciales eléctricos distintos en puntos distintos. Por ejemplo, en un cable con extremos A y B. Si el A tiene un potencial eléctrico de 3 Voltios y el B tiene un potencial eléctrico de -5 Voltios, entonces es cuando se genera una diferencia de potencial de 8 Voltios. (/Delta V = Va - Vb que da Voltios también).

Hasta aquí, la diferencia entre potencial eléctrico y diferencia de potencial, todo en voltios. Ahora la duda: en un generador eléctrico, por ejemplo por inducción (ley de Faraday), en el punto A del circuito se generaría un potencial eléctrico, por ejemplo, de 3 Voltios (como es el caso anterior). Para poder generar la diferencia de potencial, en el otro extremo hay que generar por ejemplo -3 Voltios de potencial eléctrico (esto sería cerca de casa del cliente de la red eléctrica), y para ello se necesita el trabajo W < 0 de la fórmula V = W/q, o sea, se necesita energía.

Mi gran duda es: ¿cómo se genera el potencial eléctrico en casa del cliente para que haya esta diferencia de potencial?

No sé si he expresado mi duda ahora bien. Es un poco difícil a veces por internet poder expresarse bien, sobre todo en temas técnicos. También soy un poco puntilloso, lo sé , es que me gusta tenerlo todo bien entendido.

La única respuesta que se me ocurre es que el potencial negativo (-3 V) se genere también en la compañía eléctrica, y la corriente alterna "de la vuelta" a todo el circuito pasando por todos los clientes.

Quiero agradecer este enorme esfuerzo por aclarar esta duda, ojalá puede contribuir a la comunidad algún día!!

[Julián]

Re: Teórico: conversión de potencial eléctrico en trabajo.

Hasta aquí, la diferencia entre potencial eléctrico y diferencia de potencial, todo en voltios. Ahora la duda: en un generador eléctrico, por ejemplo por inducción (ley de Faraday), en el punto A del circuito se generaría un potencial eléctrico, por ejemplo, de 3 Voltios (como es el caso anterior). Para poder generar la diferencia de potencial, en el otro extremo hay que generar por ejemplo -3 Voltios de potencial eléctrico (esto sería cerca de casa del cliente de la red eléctrica), y para ello se necesita el trabajo W < 0 de la fórmula V = W/q, o sea, se necesita energía.

Mi gran duda es: ¿cómo se genera el potencial eléctrico en casa del cliente para que haya esta diferencia de potencial?

Para que en un circuito eléctrico funcione este debe ser cerrado. Es el mismo generador el que genera la diferencia de potencial que existe en los extremos de este. La diferencia de potencial que genera es con respecto a ambos extremos del generador.

Podés darte una idea utilizando las imágenes que adjuntaste de los circuitos eléctricos. Y imaginemos que el símbolo de la fuente de tensión es ahora (para darte un ejemplo) el generador; además de obiar las complicaciones de la red para simplificar.
Así que tenemos el generador que produce una tensión alterna y solamente conectado a este tenemos esas dos resistencias (imagina que esas resistencias son las cargas de una casa). La diferencia de potencial que este por la inducción electromagnética genera es con respecto a los extremos del generador.

Mirá esta imagen


Esa imagen es un dínamo (generador eléctrico salvo que a diferencia de los otros genera corriente continua pero para la explicación es lo mismo). Entre los bornes a donde se conectan los cables tenemos la diferencia de potencial que este genera. Porque esos bornes están conectados a el bobinado en donde por acción del campo magnético variable producirá una redistribución de cargas en los extremos de la bobina. En un extremo tenemos una concentración de electrones (carga negativa) que fueron movidos por el campo magnético. Y en el otro extremo de la bobina tenemos una concentración de cargas positivas ya que hay falta de electrones (ya que se concentraron en el otro extremo). Esta redistribución de cargas genera una diferencia de potencial que se traduce a los bornes y a todo el circuito, ya que están conectados.
Esa tensión (diferencia de potencial) es la que va a caer en la carga. En este caso de esta imagen la carga es la bombilla. Para el caso de las redes eléctricas, los generadores funcionan de la misma manera que este dínamo, salvo que la tensión que generan es alterna porque tienen otro mecanismo mecánico y además que la tensión que generan es la que cae en las cargas de las casas.

Mi gran duda es: ¿cómo se genera el potencial eléctrico en casa del cliente para que haya esta diferencia de potencial?

Tu respuesta fue:

La única respuesta que se me ocurre es que el potencial negativo (-3 V) se genere también en la compañía eléctrica, y la corriente alterna "de la vuelta" a todo el circuito pasando por todos los clientes

Supongo que por la explicación anterior ya lo entendiste. La diferencia de potencial la produce el generador. Por la acción de la inducción producen en el bobinado una redistribución de cargas concentrando los electrones libres en un extremo (carga negativa) y una falta de electrones en el otro extremo que por ende queda cargado positivamente. Por la configuración del generador este produce una concentración de cargas que va aumentando hasta llegar al pico (voltaje pico) y luego va disminuyendo hasta que cambia el sentido de la tensión. Ahora los electrones se concentraran en el otro extremo ya que el flujo del campo magnético cambio. Por eso es alterna la tensión.

Mi gran duda es: ¿cómo se genera el potencial eléctrico en casa del cliente para que haya esta diferencia de potencial?

Te explico ahora tu duda suponiendo q ya entendiste como se genera la diferencia de potencial.
El generador produce que halla una concentración de carga en los extremos del bobinado o sea en los bornes de este. Si conectas (unís) un conductor (ideal) esa concentración de cargas se trasladará a este ya que el conductor tiene electrones libres. En cambio una resistencia, que no tiene tantos electrones libres, no produce la misma redistribución de cargas, es por esto que hay una caida de tensión.Es así como ese potencial se traslada por toda la red.
Pero tenés que pensar que en la explicación que te di, me dedique a lo simple. Obviando los trasnformadores y demás cosas que hasta desconosco.

[Ingun]

Re: Teórico: conversión de potencial eléctrico en trabajo.

Estupendo, ya lo he entendido, simplemente ambos potenciales eléctricos se generan en la central. En su recorrido, la carga sufre una caída de potencial al llegar a casa del cliente (en casa del cliente el potencial final sería 0V, así que parece que ni haría falta generar esa diferencia de potencial en la central).

Gracias! jajaja lástima que sólo te pueda poner una. Claro, al ver este esquema:



Me confundió un poco porque no veía que el circuito se "cerrase" en la central eléctrica.

Ahora sólo me falta entender el trifásico, volveré a echarle un ojo a tus posts anteriores, creo que estoy en condiciones de entender el porqué se desfasan las señales eléctricas alternas en 120º!