1.6 Fuerza electromotriz
Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
Existen diferentes dispositivos capaces de suministrar energía eléctrica, entre los que tenemos:
- Pilas o baterías. Son las fuentes de FEM más conocidas. 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. Hay también de níquel-cadmio (NiCd), de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de litio (Li-ion), recargables. En los automóviles baterías de plomo-ácido, que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada.
- Máquinas electromagnéticas. Generan energía eléctrica utilizando medios magnéticos y mecánicos. Es el caso de los generadores pequeños utilizados en vehículos automotores, plantas eléctricas portátiles y otros usos , así como los de gran tamaño empleados en las centrales hidráulicas, térmicas y atómicas, que suministran energía eléctrica a industrias y ciudades.
- Celdas fotovoltaicas o fotoeléctricas. Llamadas también celdas solares, transforman en energía eléctrica la luz natural del sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre éstas. Su principal componente es el silicio (Si). Uno de los empleos más generalizados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido automático de las luces del alumbrado público en ciudades.
El valor de la fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de potencial, coincide con la tensión o voltaje que se manifiesta en un circuito eléctrico abierto, es decir, cuando no tiene carga conectada y no existe, por tanto, circulación de corriente.
La fuerza electromotriz se representa con la letra (E) y su unidad de medida es el volt (V). En algunos textos la tensión o voltaje puede aparecer representada también con la letra (U).
Circuitos
Un circuito eléctrico es una combinación de elementos activos y pasivos conectados entre sí por donde se desplazan las cargas eléctricas, teniendo en cuenta que un elemento activo es un elemento posible productor de energía (fuente) y uno pasivo es un consumidor de la misma. La acción de las fuentes (excitación) origina respuestas en el circuito, que son los valores de tensión y de corriente. Por tanto, es el recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas.
- Carga eléctrica: La carga eléctrica es una propiedad de la materia que todos los cuerpos tienen. Su naturaleza es bipolar, y todos los cuerpos están cargados con carga positiva (+) o negativa (-), según predominen las cargas de un tipo u otro, o bien las cargas pueden compensarse, y en este caso el cuerpo es eléctricamente neutro.
- Corriente: variación de carga eléctrica q(t) con respecto al tiempo, que se produce en la sección transversal de un conductor y el amperio (A) es la unidad. Se entiende (por acuerdo) que el desplazamiento de cargas ideales positivas entre dos puntos origina una circulación de corriente en el sentido del desplazamiento de dichas cargas positivas.
En el seno de un material conductor, la corriente eléctrica se debe al desplazamiento de electrones libres, que son cargas elementales negativas, y por tanto la corriente tiene un sentido opuesto al del desplazamiento de los electrones. En un conductor, para indicar el sentido de la corriente se utiliza una saeta que muestra también el valor o magnitud de la corriente.
- Tensión: Es la diferencia que existe entre los potenciales eléctricos de dos puntos de un circuito. También se puede definir la diferencia de potencial como la energía que hay que aplicarle a la unidad de carga para hacerla circular entre dos puntos.
Es por ello que se dice que una tensión positiva significa que es necesario suministrar energía para hacer circular cargas elementales positivas entre esos dos puntos. Se denomina dw al trabajo (en J) para mover un diferencial de carga dq entre dos puntos que tienen potenciales eléctricos vA y vB. Se designa u a la tensión entre A y B, que puede escribirse en como u(t), entonces el valor de esta tensión es:
