10. Tensión alterna¶
Una fuente de tensión alterna también llamada de corriente alterna es un generador que produce entre sus bornes tensiones positivas y tensiones negativas alternativamente, varias veces por segundo.
La forma de onda más común de la tensión es la sinusoidal, que puede verse en la siguiente imagen:
Forma de onda de una tensión alterna y sus parámetros.¶
La tensión no varía bruscamente, sino que va cambiando desde un valor cero hasta un pico de amplitud positivo, desciende de nuevo hasta valer cero, cambia a un valor de pico de amplitud negativo y vuelve a ascender hasta valer cero otra vez.
En la siguiente simulación podemos ver un generador de tensión alterna que alimenta una resistencia. Los electrones se desplazan hacia adelante y hacia atrás alternativamente. La tensión superior del generador cambia de positivo (verde) a negativo (rojo) también alternativamente. Por último, en el osciloscopio inferior podemos ver la forma de onda sinusoidal de la tensión:
Amplitud de pico y amplitud eficaz¶
La amplitud de una tensión alterna es el valor de pico o valor máximo que llega a tener esa tensión.
Pero normalmente no se define la amplitud de una señal alterna por su valor de pico, sino por su valor eficaz. El valor eficaz de una tensión alterna es aquel valor de tensión continua que produce el mismo efecto sobre una resistencia que la tensión alterna.
Esto significa que la tensión de la red eléctrica de una casa, que es de 230 voltios eficaces, calienta una resistencia igual que lo haría una tensión continua de 230 voltios.
La relación entre el valor de pico y el valor eficaz es la siguiente:
De manera que decir que la tensión de casa tiene 230 voltios eficaces es igual que decir que tiene 230 * 1,4142 = 325,26 voltios de pico.
En la siguiente simulación podemos ver un generador de tensión alterna de 7,071 voltios de pico que produce el mismo efecto sobre una lámpara que el generador de corriente continua de 5 voltios:
Periodo y frecuencia¶
El periodo es el tiempo que tarda la onda alterna en completar un ciclo completo. Este tiempo suele ser pequeño, del orden de milisegundos, por lo que se suele hablar normalmente de su valor inverso, que es la frecuencia.
La frecuencia se define como el número de ciclos que completa la onda alterna en un segundo. La red eléctrica europea es de 50 hercios (ciclos por segundo). La red eléctrica de la mayoría de América es de 60 hercios.
La fórmula que relaciona el periodo y la frecuencia es la siguiente:
Siendo las magnitudes y unidades las siguientes:
F = Frecuencia en Hercios [Hz]
P = Periodo en Segundos [s]
Ejercicios¶
¿Qué es una fuente de tensión alterna? ¿Cómo se la denomina también?
Dibuja una señal alterna de tensión y dibuja sobre ella sus principales parámetros.
Dibuja una fuente de tensión alterna conectada a una resistencia.
¿Qué es la tensión eficaz de un generador de tensión alterna y cómo se calcula a partir de la tensión de pico?
Completa la siguiente tabla con los valores de pico y los valores eficaces de tensión alterna que faltan.
Tensión eficaz [V] Tensión de pico [V] 230 voltios 17 voltios 125 voltios 29 voltios 5 voltios Completa la siguiente tabla con los valores de frecuencia y de periodo de tiempo que que faltan.
Frecuencia [Hz] Periodo [s] 50 hercios 0,020 segundos 60 hercios 400 hercios 0,100 segundos 0,012 segundos 0,001 segundos