ENERGÍA ELÉCTRICA

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La energía eléctrica se transmite en líneas aéreas como estas y también en cables subterráneos de alto voltaje .

La energía eléctrica es la velocidad, por unidad de tiempo, a la que la energía eléctrica se transfiere mediante un circuito eléctrico . La unidad de potencia SI es el vatio , un julio por segundo .

La energía eléctrica generalmente es producida por generadores eléctricos , pero también puede ser suministrada por fuentes tales como baterías eléctricas . Por lo general, se suministra a las empresas y los hogares (como la red eléctrica doméstica ) por la industria de la energía eléctrica a través de una red eléctrica . La energía eléctrica se vende generalmente por kilovatio hora (1 kW · h = 3,6 MJ), que es el producto de la potencia en kilovatios multiplicado por el tiempo de funcionamiento en horas. Las empresas de servicios eléctricos miden la energía usando un medidor de electricidad , que mantiene un total de la energía eléctrica entregada a un cliente.

La energía eléctrica proporciona una forma de energía de baja entropía y puede transportarse a largas distancias y convertirse en otras formas de energía como movimiento , luz o calor con alta eficiencia energética .

Definición [ editar ]

Energía eléctrica, como la energía mecánica , es la tasa de hacer el trabajo , medida en vatios , y representado por la letra P . El término vataje se usa coloquialmente para significar "potencia eléctrica en vatios". La potencia eléctrica en vatios producida por una corriente eléctrica I que consiste en una carga de Q coulombs cada tsegundos que pasa a través de una diferencia de potencial eléctrico ( voltaje ) de V es

$${\ displaystyle P = {\ text {trabajo realizado por unidad de tiempo}} = {\ frac {VQ} {t}} = VI \,}

dónde

Q es carga electrica en coulombs

t es el tiempo en segundos

Yo es corriente electrica en amperios

V es potencial eléctrico o voltaje en voltios

Explicación [ editar ]

Animación que muestra carga eléctrica.

La energía eléctrica se transforma en otras formas de energía cuando las cargas eléctricas se mueven a través de una diferencia de potencial eléctrico ( voltaje ), que se produce en los componentes eléctricos de los circuitos eléctricos. Desde el punto de vista de la energía eléctrica, los componentes de un circuito eléctrico se pueden dividir en dos categorías:

• Dispositivos pasivos o cargas : cuando las cargas eléctricas se mueven a través de una diferencia de potencial desde un voltaje más alto a uno más bajo, es decir, cuando la corriente convencional (carga positiva) se mueve desde el terminal positivo (+) al terminal negativo (-), el trabajo se realiza Los cargos en el dispositivo. La energía potencial de las cargas debida a la tensión entre los terminales se convierte en energía cinética en el dispositivo. Estos dispositivos se denominan componentes pasivos o cargas ; 'consumen' energía eléctrica del circuito, convirtiéndola en otras formas de energía como trabajo mecánico , calor, luz, etc. Los ejemplos sonaparatos eléctricos , como bombillas , motores eléctricos y calentadores eléctricos . En los circuitos de corriente alterna (CA), la dirección de la tensión se invierte periódicamente, pero la corriente siempre fluye desde el potencial más alto hacia el lado de potencial más bajo.

Animación que muestra la fuente de poder

• Los dispositivos activos o fuentes de energía : Si los cargos son movidos por una 'fuerza exterior' a través del dispositivo en la dirección del potencial eléctrico inferior a lo superior, (cargo tan positiva se mueve desde el negativo al terminal positivo), el trabajo se llevará a cabo en las cargas, y la energía se está convirtiendo en energía potencial eléctrica a partir de algún otro tipo de energía, como la energía mecánica o la energía química . Los dispositivos en los que esto ocurre se denominan dispositivos activos o fuentes de energía ; Como generadores eléctricosy baterías .

Algunos dispositivos pueden ser una fuente o una carga, dependiendo del voltaje y la corriente a través de ellos. Por ejemplo, una batería recargable actúa como una fuente cuando proporciona energía a un circuito, pero como una carga cuando está conectada a un cargador de baterías y se está recargando, o un generador como fuente de energía y un motor como una carga.

Convención de signos pasiva [ editar ]

Artículo principal: convención de signos pasivos.

Dado que la energía eléctrica puede fluir dentro o fuera de un componente, se necesita una convención para la cual la dirección representa un flujo de energía positivo. La energía eléctrica que fluye fuera de un circuito en un componente se define arbitrariamente tener un signo positivo, mientras que la energía que fluye en un circuito de un componente se define para que tenga un signo negativo. Por lo tanto, los componentes pasivos tienen un consumo de energía positivo, mientras que las fuentes de energía tienen un consumo de energía negativo. Esto se llama la convención de signos pasivos .

Circuitos resistivos [ editar ]

En el caso de cargas resistivas (ohmicas o lineales), la ley de Joule se puede combinar con la ley de Ohm ( V = I · R ) para producir expresiones alternativas para la cantidad de energía que se disipa:

$${\ displaystyle P = IV = I ^ {2} R = {\ frac {V ^ {2}} {R}},}

donde R es la resistencia eléctrica .

Corriente alterna [ editar ]

Artículo principal: alimentación de CA

En los circuitos de corriente alterna , los elementos de almacenamiento de energía, como la inductancia y la capacitancia, pueden dar como resultado inversiones periódicas de la dirección del flujo de energía. La porción de flujo de potencia que, promediada a lo largo de un ciclo completo de la forma de onda de CA, da como resultado una transferencia neta de energía en una dirección se conoce como potencia real (también denominada potencia activa). Esa porción del flujo de potencia debido a la energía almacenada, que regresa a la fuente en cada ciclo, se conoce como potencia reactiva . La potencia real P en vatios consumidos por un dispositivo viene dada por

$${\ displaystyle P = {1 \ over 2} V_ {p} I_ {p} \ cos \ theta = V _ {\ rm {rms}} I _ {\ rm {rms}} \ cos \ theta \,}

dónde

V _p es la tensión pico en voltios

I _p es la corriente máxima en amperios

V _rms es latensión media de la raíz cuadrada en voltios

I _rms es lacorriente cuadrática media en amperios

θ es el ángulo de fase entre la corriente y las ondas sinusoidales de voltaje

Triángulo de potencia: los componentes de la potencia de CA

La relación entre potencia real, potencia reactiva y potencia aparente se puede expresar representando las cantidades como vectores. La potencia real se representa como un vector horizontal y la potencia reactiva se representa como un vector vertical. El vector de potencia aparente es la hipotenusa de un triángulo rectángulo formado por la conexión de los vectores de potencia real y reactiva. Esta representación a menudo se llama el triángulo de poder . Usando el Teorema de Pitágoras , la relación entre el poder real, reactivo y aparente es:

$${\ displaystyle {\ mbox {(potencia aparente)}} ^ {2} = {\ mbox {(potencia real)}} ^ {2} + {\ mbox {(potencia reactiva)}} ^ {2}}

Las potencias reales y reactivas también se pueden calcular directamente a partir de la potencia aparente, cuando la corriente y el voltaje son sinusoides con un ángulo de fase conocido θ entre ellos:

$${\ displaystyle {\ mbox {(poder real)}} = {\ mbox {(poder aparente)}} \ cos \ theta}

$${\ displaystyle {\ mbox {(potencia reactiva)}} = {\ mbox {(potencia aparente)}} \ sin \ theta}

La relación de potencia real a potencia aparente se denomina factor de potencia y es un número siempre entre 0 y 1. Cuando las corrientes y voltajes tienen formas no sinusoidales, el factor de potencia se generaliza para incluir los efectos de la distorsión.

Campos electromagnéticos [ editar ]

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La energía eléctrica fluye donde los campos eléctricos y magnéticos existen juntos y fluctúan en el mismo lugar. El ejemplo más simple de esto es en los circuitos eléctricos, como se mostró en la sección anterior. Sin embargo, en el caso general, la ecuación simple P = IV debe reemplazarse por un cálculo más complejo, la integral del producto cruzado de los vectores del campo eléctrico y magnético sobre un área específica, por lo tanto:

$${\ displaystyle P = \ int _ {S} (\ mathbf {E} \ times \ mathbf {H}) \ cdot \ mathbf {dA}. \,}

El resultado es un escalar, ya que es la integral de la superficie del vector Poynting .

Generación [ editar ]

Artículo principal: generación de electricidad.

Los principios fundamentales de mucha generación de electricidad fueron descubiertos durante las décadas de 1820 y principios de 1830 por el científico británico Michael Faraday . Su método básico todavía se usa en la actualidad: la electricidad es generada por el movimiento de un bucle de alambre o disco de cobre entre los polos de un imán .

Para las compañías eléctricas , es el primer proceso en la entrega de electricidad a los consumidores. Los otros procesos, la transmisión , distribución y almacenamiento de energía eléctrica y la recuperación mediante métodos de almacenamiento por bombeo normalmente los realiza la industria de la energía eléctrica .

La electricidad se genera principalmente en una central eléctrica mediante generadores electromecánicos , impulsados ​​por motores térmicos calentados por combustión , energía geotérmica o fisión nuclear . Otros generadores son impulsados ​​por la energía cinética del agua que fluye y el viento. Hay muchas otras tecnologías que se utilizan para generar electricidad como fotovoltaicos paneles solares.

Una batería es un dispositivo que consta de una o más celdas electroquímicas que convierten la energía química almacenada en energía eléctrica. ^[2] Desde la invención de la primera batería (o " pila voltaica ") en 1800 por Alessandro Volta y especialmente desde que la celda Daniell técnicamente mejorada en 1836, las baterías se han convertido en una fuente de energía común para muchas aplicaciones domésticas e industriales. Según una estimación de 2005, la industria mundial de baterías genera US $ 48 mil millones en ventas cada año, ^[3] con un crecimiento anual del 6%. Hay dos tipos de baterías: baterías primarias(baterías desechables), que están diseñadas para ser usadas una vez y desechadas, y baterías secundarias (baterías recargables), que están diseñadas para recargarse y usarse varias veces. Las baterías vienen en muchos tamaños, desde celdas en miniatura que se usan para alimentar audífonos y relojes de pulsera hasta bancos de baterías del tamaño de salas que brindan energía de reserva para centrales telefónicas y centros de datos informáticos .

Industria de la energía eléctrica [ editar ]

Artículo principal: industria de la energía eléctrica.

La industria de la energía eléctrica proporciona la producción y el suministro de energía, en cantidades suficientes para las áreas que necesitan electricidad , a través de una conexión a la red . La red distribuye energía eléctrica a los clientes. La energía eléctrica es generada por centrales centrales o por generación distribuida . La industria de la energía eléctrica ha ido avanzando gradualmente hacia la desregulación, con actores emergentes que ofrecen a los consumidores competencia a las empresas de servicios públicos tradicionales. ^[4]

Utilizar [ editar ]

La energía eléctrica, producida a partir de estaciones centrales de generación y distribuida en una red de transmisión eléctrica, se usa ampliamente en aplicaciones industriales, comerciales y de consumo. El consumo de energía eléctrica per cápita de un país se correlaciona con su desarrollo industrial. ^[5] Motores eléctricos, maquinaria de fabricación de energía y propulsión de trenes subterráneos y subterráneos. La iluminación eléctrica es la forma más importante de luz artificial. La energía eléctrica se utiliza directamente en procesos como la extracción de aluminio de sus minerales y en la producción de acero en hornos de arco eléctrico.. La energía eléctrica confiable es esencial para las telecomunicaciones y la radiodifusión. La energía eléctrica se utiliza para proporcionar aire acondicionado en climas cálidos, y en algunos lugares, la energía eléctrica es una fuente de energía económicamente competitiva para la calefacción de espacios de edificios. El uso de energía eléctrica para el bombeo de agua abarca desde pozos domésticos individuales hasta proyectos de irrigación y proyectos de almacenamiento de energía.