Corriente Alterna

Articulo leído en el “Programa Colombiano para radioaficionados del 11 de Octubre 2020.

El suministro de energía eléctrica en nuestros hogares se encuentra en unos terminales normalizado de dos ranuras. Algunos conectores tienen un tercer terminal redondo con una conexión a tierra por razones de seguridad, pero lo fundamental son las dos ranuras entre las cuales existe una diferencia de tensión, llamado voltaje de 110 voltios. Una ranura es el terminal positivo (+) y el otro es el negativo de acuerdo con las teorías clásicas de la electricidad.

También conocemos, o mejor nos han dicho, que la corriente suministrada es de “corriente alterna” (AC) de 60 ciclos por segundo o lo que es lo mismo 60 Hertz.  Este es el estándar en Colombia:  110 Voltios 60 Hz, pero en Europa y Argentina por ejemplo el estándar es 220 Voltios 50 Hz.  Estos son los parámetros propios en cada país pero el comportamiento es el mismo, una corriente alterna o alternada que afecta la polarización de las ranuras.  En un instante la ranura superior es positiva (+) y la inferior negativa (-), pero un instante después es lo opuesta, la ranura superior es negativa (-) y la inferior positiva (+).  Esto se repite 60 veces en un segundo.

El periodo o tiempo que dura un ciclo es de 1/60 segundo igual a 16,6 milésimas de segundo.  Un ciclo incluye las dos posibilidades “+ -“ o “- +”, entonces en un segundo 60 veces es + – y 60 veces es – +.  Los 60 Hertz (o 50 Hertz) se conoce como la frecuencia.

Internamente en los equipos de radio usamos también corrientes alternas en frecuencia s mas altas.  Una frecuencia de 1000 Hz lo denominamos Kilo Hertz, 1000 KHz es un Mega Hertz, etc.  Las corrientes de frecuencia del orden de mega Hertz y superiores se conocen mejor con el nombre de corrientes de radiofrecuencia.

Ahora bien, decimos que en un ínstate las ranuras o terminales tienen una distribución + – y en otro instante es – +, pero el cambio no es brusco ni instantáneo, si no que el cambio se realiza gradualmente y suave.  Empieza con un voltaje de cero voltios es decir no hay polaridad en los extremos, poco a poco un terminal empieza a volverse positivo (+) ye otro negativo (-) hasta llegar a un máximo o pico de voltaje en un cuarto (1/4) del periodo (16,6/4 = 4,1 milisegundo). Del máximo o pico el voltaje empieza a disminuir hasta llegar a 0 voltios en la mitad del periodo (8,3 milisegundos).  Después empieza un aumento del voltaje pero con polaridad inversa al de la primera parte del ciclo logrando un máximo a ¾ partes de ciclo para luego disminuir para terminar en cero voltios al final del ciclo y poder empezar la misma secuencia en el siguiente ciclo.

La forma en que el voltaje va cambiando el voltaje en el ciclo esta definido por una función matemática llamada la función SENO, en ingles “Sinus” que es un concepto de la Geometría, mas exactamente de la Trigonometría que se dedica a estudiar las propiedades de los Triángulos y en especial los triángulos rectos, que como recordamos son triángulos que uno de sus ángulos es un ángulo recto o de 90 grados.   Los lados que forman el Angulo recto se llaman Catetos y el lado opuesto al ángulo recto se llama Hipotenusa.

La división (proporción) de la longitud de un cateto por la hipotenusa se conoce como el Seno o Coseno de ese triangulo (el nombre seno o coseno depende de cual cateto escogemos).  En geometría hay un teorema de proporcionalidad de los triángulos. Dos triángulos que tengan los ángulos iguales, sus lados son proporcionales entre si independiente del tamaño del triángulo.  Según estos principios el valor del seno depende exclusivamente del ángulo lo que permite describir una función que tiene diferentes valores dependiendo del ángulo.

Recordemos que la corriente alterna que recibimos viene de unos generadores eléctricos que son unas maquinas giratorias en donde el voltaje generado depende del ángulo que formen el rotor y el estator. En un giro el generador cambia su ángulo de 0 a 360 grados. Los generadores se hacen girar 60 revoluciones por minuto (0 3.600 revoluciones por minuto).  El valor instantáneo del voltaje es proporcional al Seno del ángulo en que se encuentra el rotor y el ángulo depende del tiempo transcurrido desde el inicio de un ciclo.  En forma general decimos que el valor del voltaje instantáneo lo podemos calcular con la forma Vi = Vp*Seno(w.t)  donde Vp es el valor máximo que tiene el voltaje (voltaje pico), “w”  es  llamada la velocidad angular o números de ángulos por unidad de tiempo y “t” es el tiempo transcurrido hasta el momento que estamos considerando el voltaje.

Lo curioso o interesante es que otras formas de crear corrientes alternas como por ejemplo un corriente circulado por una combinación de Condensador y Bobina también crea una corriente alterna de forma sinusoidal y de una frecuencia proporcional al valor del condensador C y la bobina L.  En general todos los movimientos oscilantes se pueden analizar, en teoría, como movimientos sinusoidales, tal es el caso del movimiento de un péndulo, un resorte que oscila, una cuerda que vibra cuando se pulsa, ejemplo en un violín o guitarra.

La conclusión es que si queremos entender el comportamiento de las corrientes alternas, la música, la óptica o cualquier campo del conocimiento que involucre cosas cíclicas u oscilantes debemos acudir a la Geometría y sus funciones trigonométricas par poder entenderlas y analizarlas mejor.

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