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DIVISIÓN DE INGENIERÍA
“FUERZA ELECTROMOTRIZ”
Julia Patricia Domínguez Paulín.
Fernando Romero Manzanares.
INTRODUCCIÓN.
En la mayoría de los circuitos se requiere una fuente
de energía externa para mover cargas dentro del
circuito. Por lo tanto el circuito debe incluir un
dispositivo que mantenga una diferencia de
potencial entre dos puntos del mismo, al igual que
un fluido circulante requiere de un dispositivo
análogo (bomba) que mantenga una diferencia de
presión entre dos puntos.
Cualquier aparato que lleve a cabo esta tarea en un
circuito eléctrico recibe el nombre de fuente de
fuerza electromotriz (fem/ε).
Julia P. Domínguez Paulín
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Es útil considerar una fuente de fem como
un mecanismo que crea una “colina” de
potencial moviendo la carga “cuesta
arriba” y desde donde fluye luego “cuesta
abajo” por el resto del circuito.
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FUERZA ELECTROMOTRIZ.
(ELECTROMOTANCIA)
Es el trabajo que se realiza sobre las
cargas aumentando su energía potencial
eléctrica. De manera que una pila es una
fuente que utiliza energía química, la cual
se transfiere hacia las cargas en forma
eléctrica.
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• A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o
resistencia) Por tanto, no se establece la
circulación de la corriente eléctrica desde la
fuente de FEM (La batería en este caso).
• B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o
resistencia acoplada, a través de la cual se
establece la circulación de un flujo de
corriente eléctrica desde el polo negativo
hacia el polo positivo de la fuente de FEM o
batería.
Fernando Manzanares.
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En los generadores o fuentes de fuerza
electromotriz se utilizan diversas formas de
energía, las cuales pueden ser:
 Química (como una batería o celda de
combustible)
 Mecánica (un generador)
 Térmica (una termopila)
 Radiante (celda solar)
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• Existen diferentes dispositivos capaces de
suministrar energía eléctrica entre los que
podemos citar:
• Pilas o Baterías. Son las fuentes de FEM más
conocidas del gran público. Generan energía
eléctrica por medios químicos. Las más
comunes y corrientes son las de carbón -zinc y
las alcalinas, que cuando se agotan no
admiten recarga.
Fernando Manzanares.
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• Las hay también de níquel- cadmio (Ni Cd), de
níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de
litio (Li-ion), recargables. En los automóviles se
utilizan baterías de plomo-ácido, que emplean
como electrodos placas de plomo y como
electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua
destilada.
Fernando Manzanares.
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EXPRECIÓN MATEMÁTICA.
La carga (Δq) y la energía que va a ser
transmitida (ΔT) se denomina fuerza
electromotriz (ε) de la batería, por tanto:
Entonces, la unidad de medida de la fem
será:
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FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ.
La fuerza contraelectromotriz (fcem) es aquella
que pierde energía eléctrica y se transforma en
energía mecánica. En pocas palabras, cualquier
máquina con energía eléctrica se transforma en
otro tipo de energía que no sea térmica es una
fuente fcem(receptora) y se denomina por:
Donde: ΔT es energía retirada y Δq carga que
circula.
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DIFERENCIA ENTRE fem y fcem.
Una fuente fem (generadora), transfiere energía
a las cargas que pasan por su interior,
transformando un tipo de energía
determinada en energía eléctrica.
Una fuente fcem (receptora), recibe energía de
las cargas que pasan por su interior,
transformando la energía eléctrica en otro
tipo de energía (excepto en el caso de energía
térmica).
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POTENCIA DESARROLLADA POR UNA
FUENTE GENERADORA.
De la expresión
, que define la fem de un
generador, obtenemos:
Dividiendo ambos miembros de esta ecuación entre el
intervalo de tiempo Δt durante el cual el generador
realiza el trabajo ΔT, resulta:
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Como: ΔT/Δt es la potencia (P) desarrollada por el
generador y Δq/Δt representa la intensidad de
corriente que proporciona, vemos que: P=εi
Por tanto la potencia desarrollada por un
generador se obtiene multiplicando su fem por
la corriente que proporciona.
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EJERCICIO.
En el circuito de la figura, una batería con fem ε=12V establece
una corriente i=0.40ª, que pasa a través de una resistencia
R=10Ω y pone en movimiento un motor cuya fcem es ε´=8V.
a) ¿Qué energía transfiere la batería a una carga Δq=20C que
circula por ella?
b) Cuando la carga Δq=20C pasa por el motor, ¿Qué cantidad
de energía eléctrica se transforma en energía mecánica?
c) Calcule la potencia P desarrollada por la batería y la
potencia P´ del motor.
d) Calcule la potencia que se disipa, por efecto joule, en la
resistencia R. por la conservación de la energía, esta
potencia, PR´ debe ser igual a la diferencia de P Y P´.
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SOLUCIÓN.
a) Esta energía corresponde al trabajo ΔT que la
batería realiza sobre la carga Δq. De
obtenemos:
b) Si representamos por ΔT´ esta cantidad de
energía, sabemos que
,entonces:
c)
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d)
Pero por otra parte, PR también puede obtenerse
por la expresión
, entonces:
Observemos que en ambos procesos obtuvimos el
mismo valor de PR tal como era de esperarse.
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