Cómo medir la capacitancia
La capacitancia es la medida la cantidad de energía eléctrica que está almacenada en un objeto, tal como un condensador usado en un circuito electrónico. La unidad para medir la capacitancia es el faradio, definida como 1 culombio de carga eléctrica por voltio de diferencia de potencial. (En la práctica, el faradio es una unidad tan grande que la capacitancia se mide generalmente en unidades más pequeñas tales como el microfaradio, 1 millón de un faradio; la nanofaradios, billón de un faradio; o los pico-faradios, 1 billonésima parte de un faradio). Los siguientes pasos son para medir la capacitancia cuando conoces la carga y el voltaje de un condensador.
Pasos
1
Averigua cuánta carga lleva el condensador. A menudo es difícil medir la carga directamente. Sin embargo, debido a que la unidad de corriente, el amperio, se define como 1 culombio por segundo, si conoces la corriente y la cantidad de tiempo en que se aplica la corriente también es conocida, es posible calcular la carga. (En otras palabras, 1 culombio también es 1 amperio-segundo). Simplemente puedes dividir los amperios por el tiempo en segundos para obtener la carga en culombios.
- Por ejemplo, si el condensador tiene una corriente de 20 amperios que se le aplica durante 5 segundos, la carga es 20 veces 5, o 100 culombios.
2
Mide el voltaje. El voltaje se puede medir con un voltímetro o el valor de voltaje en un multímetro. Para cumplir el propósito de este ejemplo, asumiremos que el voltaje medido es de 10 voltios.
3
Divide la cantidad de carga por el voltaje. Para un condensador que lleva una carga de 100 culombios y una diferencia de potencial de 10 voltios, la capacitancia sería 100 dividido entre 10, o 10 faradios.
Cómo medir la inductancia
La inductancia puede referirse a la inductancia mutua, que es cuando un circuito eléctrico produce un voltaje como resultado de un cambio en la corriente en otro circuito, o a la auto inductancia, que es la creación de voltaje en un circuito producido de un cambio en su propia corriente. En cualquiera de sus formas, la inductancia es una relación del voltaje y la corriente, y se mide con la unidad llamada "henrio", definida como 1 vatio-segundo por amperio. Como el henrio es una unidad grande, la inductancia se mide comúnmente en millihenrios (mH) (milésimas de henrio), o microhenrios (uH) (millonésimas de henrio). Los distintos métodos a continuación sirven para medir la inductancia de una bobina inductora.
1
Conecta la bobina inductora a una fuente de pulsos de voltaje. Mantén el ciclo del pulso por debajo del 50%
2
Configura los monitores de la corriente. Tendrás que conectar un resistor de detección de corriente al circuito o bien utilizar una sonda de corriente. Sea cual sea, debe conectarse a un osciloscopio.
3
Lee la corriente máxima y la cantidad de tiempo entre pulsos de voltaje. El pico de corriente se medirá en amperios, mientras que el tiempo entre pulsos será en microsegundos.
4
Multiplica el voltaje entregado en cada pulso por la duración de cada uno. Por ejemplo, si se entrega un voltaje de 50 vatios cada 5 microsegundos, esta cifra sería 50 veces 5 o 250 vatios-microsegundo.
5
Divide el producto del voltaje y la duración de cada pulso entre la corriente máxima. Continuando con el ejemplo anterior, si la corriente máxima es de 5 amperios, la inductancia sería 250 vatios-microsegundo divididos entre 5 amperios, o 50 microhenrios.
- Si bien las operaciones matemáticas son sencillas, establecer este método de medición de la inductancia es más complejo que otros.
Cómo medir potencia
Potencia eléctrica
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía.
También se puede definir Potencia como la energía desarrollada o consumida en una unidad de tiempo, expresada en la fórmula
Se lee: Potencia es igual a la energía dividido por el tiempo
Si la unidad de potencia (P) es el watt (W), en honor de Santiago Watt, la energía (E) se expresa en julios (J) y el tiempo (t) lo expresamos en segundos, tenemos que:
Entonces, podemos decir que la potencia se mide en julio (joule) dividido por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.
Además, diremos que la unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.
Como un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 julio (joule) de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.
Para entenderlo, hagamos un símil: Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene.
Cálculo de la potencia
Para calcular la potencia que consume un dispositivo conectado a un circuito eléctrico se multiplica el valor de la tensión, en volt (V), aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre (expresada en ampere).
Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula:
P = V • I
Expresado en palabras: Potencia (P) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I).
Como la potencia se expresa en watt (W), sustituimos la “P” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de watt, tenemos también que: P = W, por tanto,
W = V • I
Expresado en palabras: Watt (W) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I).
Si conocemos la potencia en watt de un dispositivo y la tensión o voltaje aplicado (V) y queremos hallar la intensidad de corriente (I) que fluye por un circuito, despejamos la fórmula anterior y realizamos la operación matemática correspondiente:
 |
Si observamos la fórmula W = V • I veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico son directamente proporcionales a la potencia; es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional.
Entonces podemos deducir que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado.
1 watt = 1 volt · 1 ampere
|
A modo de ejemplo, resolvamos el siguiente problema:
¿Cuál será la potencia o consumo en watt de una ampolleta conectada a una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 volt, si la corriente que circula por el circuito de la ampolleta es de 0,45 ampere?
Sustituyendo los valores en la fórmula tenemos:
P = V • I
P = 220 • 0,45
P = 100 watt
Es decir, la potencia de consumo de la ampolleta será de 100 W.
Si en el mismo ejemplo quisiéramos hallar la intensidad de la corriente que fluye por la ampolleta y conocemos la potencia y la tensión o voltaje aplicada al circuito, usamos la fórmula
|
Si realizamos la operación utilizando los mismos datos del ejemplo anterior, tendremos:
 |
Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se pueden utilizar cualquiera de las dos fórmulas siguientes:
 |
o
|  |
Con la primera, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor de la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito, multiplicando a continuación ese resultado por el valor de la resistencia en ohm o ohmio (Ω) que posee la carga o consumidor conectado al propio circuito.
Ver: PSU: Física, Pregunta 08_2005
Con la segunda fórmula obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del voltaje de la red eléctrica y dividiéndolo a continuación por el valor en ohm o ohmio (Ω) que posee la resistencia de la carga conectada.
Kilowatt/hora
Usando el watt y el segundo resultan unidades muy pequeñas, por ello, para medir la potencia eléctrica se usa otra unidad llamadakilowatt-hora.
Esta unidad proviene de despejar energía (E) de la ya conocida ecuación
|
Despejando la ecuación, la energía queda
 |
Entonces la unidad de energía sería
1 julio = 1 watt x 1 segundo pero 1 kilowatt = 1.000 watt y 1 hora = 3.600 segundos, por lo tanto:
1 Kilowatt-hora = 1 KWh = 1.000 watt x 3.600 segundos = 3,6 x 106 julios
|
O, también:
1 KWh = 3.600.000 julios
|
Cuando la corriente circula por un conductor, los electrones pierden energía al colisionar al interior del conductor, como consecuencia de esto, aumenta la temperatura; es decir, la energía eléctrica se disipa en forma de calor. Si el conductor es muy fino, éste se calienta hasta ponerse incandescente, este efecto tiene aplicación en estufas, hornos eléctricos, ampolletas, etc.
Una de las aplicaciones más útiles de la energía eléctrica es su transformación en calor. Como el calor es una forma de energía, se mide en julios, pero existe una unidad para medir el calor: la caloría. Esta se puede transformar en julios por medio de principio de equivalencia definido por James Joule, que establece
1 julio = 0,24 calorías
|
Entonces, para encontrar el calor proporcionado por una corriente eléctrica, basta multiplicar la energía en joule por 0,24; es decir, el calor se puede obtener de la siguiente forma:
Q = P t x 0,24 calorías
|
siendo esta fórmula la expresión de la ley de Joule cuyo enunciado es el siguiente:
"El calor desarrollado por una corriente eléctrica al circular por un conductor es directamente proporcional al tiempo, a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de la corriente."
|
MEDICIÓN DE POTENCIA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS
Teorema de Blondell
En un circuito n-filar la potencia activa puede medirse como suma algebraica de las lecturas de n-1 vatímetros. Este enunciado es evidente en el caso de un circuito tetrafilar en que tenemos acceso al neutro de la carga.
Figura 1
En este caso particular cada vatímetro indica la potencia de la fase a la que está conectado. De este modo, la potencia trifásica resulta igual a:
P=W1+W2+W3
o sea que la potencia total es suma de las tres lecturas.
Método de Aron - Caso general.
En un circuito trifilar se intercalan dos vatímetros en sendos conductores de línea, conectando los sistemas voltimétricos a un punto comun sobre el tercer conductor.
Figura 2
No se requiere condición de simetría alguna en el generador o la carga, no existiendo restricciones al esquema de conexión (estrella o triángulo). De hecho, por medio de la transformación de Kennely, siempre es posible obtener una carga equivalente en estrella.
La indicación de un vatímetro es igual al producto de los valores eficaces de la tensión aplicada a su sistema voltimétrico, por la corriente que circula por su sistema amperimétrico, por el coseno del ángulo de defasaje entre ambas. Si consideramos las magnitudes como fasores (vectores), la indicación resulta igual al producto escalar de la tensión por la corriente.
De acuerdo con el teorema de Blondell, la potencia activa es igual a la suma algebráica de las dos lecturas. En efecto:
W1=Urs · Ir W3=Uts · It
W1+W3 = (Ur-Us) · Ir + (Ut-Us) · It = Ur · Ir + Ut · It - Us · (Ir+It) [1]
Siendo
Ir+ Is + It = 0 &rArr Ir + It = -Is
y reemplazando en [1] resulta
P=W1+W3= Ur · Ir + Us · Is + Ut · It
La indicación de cada vatímetro no corresponde con la potencia de una fase en particular, pero su suma algebráica es igual a la potencia trifásica.
Método de Aron con generador perfecto y carga simétrica.
Esta condición es la que se encuentra, por ejemplo, en los motores trifásicos. El diagrama vectorial para la conexión mostrada en la figura 1 resulta:
siendo las lecturas de los instrumentos
Calculemos la suma de las lecturas:
que es igual a la potencia trifásica.
En este caso particular también resulta útil la diferencia de las lecturas:
Si la impedancia se mantiene constante, pero su argumento varía desde la condición capacitiva a la inductiva pura, las lecturas de los vatímetros y las potencias activa y reactiva, por unidad, resultan:
Las lecturas de los vatímetros coinciden cuando la carga es resistiva pura.
