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Índice

Electrónica, comunicación y sistemas de control I Bloque I. Técnica y tecnología 1.1 Técnica .....................................................................................................

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1.1.1 La técnica en la vida cotidiana .............................................................

18

Los productos de la técnica en los contextos escolar y familiar .......................

19

La electrónica como satisfactor de necesidades e intereses en la sociedad ..............................................................................

20

Los productos de la electrónica, comunicación y sistemas de control .............

21

Los diferentes tipos de circuitos eléctricos y su función técnica .....................

22

1.1.2 La técnica como sistema, clases de técnicas y sus elementos comunes..............................................................................

25

Las técnicas de uso cotidiano: conjuntos de acciones, medios y fines ............

26

El átomo .........................................................................................................

26

Los diferentes tipos de componentes en la electrónica, comunicación y sistemas de control ...............................................................

28

Cargas electrostáticas ....................................................................................

28

Ley de atracción y repulsión magnética...........................................................

29

El análisis de los diferentes tipos de componentes según su función, forma y material del que están hechos ............................................................

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• Análisis y control de producción ..............................................................

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• D iseño de productos electrónicos (técnicas de representación, fundamentos de diseño y aplicaciones asistidas por ordenador) ..............

32

• Desarrollo y aplicación de proyectos ........................................................

33

• Gestión y organización técnica ................................................................

33

1.1.3 La técnica como práctica sociocultural e histórica y su interacción con la Naturaleza .....................................................................

34

La electrónica a lo largo de la historia ..................................................................

34

Los dispositivos electrónicos: el teléfono móvil ...................................................

38

Las técnicas de la electrónica como prácticas históricas, culturales y sociales ............................................................................................

38

Ley de Coulomb ..................................................................................................

39

Banda de conducción ...........................................................................................

40

Valencia ...............................................................................................................

41

1.1.4 Las técnicas y los procesos productivos artesanales ...............................

43

Los procesos de producción artesanal en la comunidad .......................................

43

Las características de un proceso de producción artesanal: empleo de herramientas e intervención del ser humano en todas las fases del proceso técnico ...............................................................................

44

Los procesos técnicos artesanales empleados en los distintos equipos electrónicos ...........................................................................................

44

1.2 Tecnología ....................................................................................................

45

1.2.1 La Tecnología como campo de conocimiento ...........................................

45

Las diversas acepciones de tecnología ................................................................

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Índice

Las técnicas en la electrónica que permiten satisfacer necesidades e intereses sociales .............................................................................................

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Las características de los circuitos de corriente alterna y continua ......................

46

La tecnología: medios, acciones y su interacción con el contexto natural y social para la satisfacción de necesidades, mediante los productos técnicos de la electrónica ....................................................................

46

1.2.2 El papel de la tecnología en la sociedad ...................................................

46

La tecnología para la satisfacción de necesidades e intereses sociales ................

47

La satisfacción de necesidades e intereses sociales de la electrónica, comunicación y sistemas de control ....................................................................

47

1.2.3 La resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos .......................................................

47

La caracterización de los problemas técnicos en la comunidad relacionados con la electrónica ............................................................................

48

La tecnología y sus métodos de trabajo: ..............................................................

48

• El trabajo por proyectos ..............................................................................

48

• La resolución de problemas ........................................................................

48

La planeación, ejecución y evaluación de un proyecto de producción de la electrónica, comunicación y sistemas de control .........................................

49

Retroalimentación................................................................................................

50

Integración de conceptos.....................................................................................

53

Bloque II. Medios técnicos 2.1 Herramientas, máquinas e instrumentos como extensión de las capacidades humanas ..............................................................................

56

Los procesos de creación de herramientas y máquinas según sus funciones en las sociedades antiguas y sus procesos de cambio: las acciones y los gestos técnicos empleados .....................................................

57

La delegación de funciones en herramientas e instrumentos en electrónica ......................................................................................................

59

Corriente eléctrica ...............................................................................................

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Voltaje .................................................................................................................

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2.2 Herramientas, máquinas e instrumentos: sus funciones y su mantenimiento ............................................................................................

64

Los componentes de una máquina: fuente de energía, motor, transmisión, actuador, sistemas de regulación y control .......................................

64

Las herramientas y máquinas empleadas en la electrónica y la función que cumplen........................................................................................................

66

Resistencia ..........................................................................................................

66

El mantenimiento preventivo y correctivo de herramientas, instrumentos y máquinas empleadas en la electrónica ..............................................................

68

2.3 Las acciones técnicas en los procesos artesanales ....................................

69

La caracterización de los procesos artesanales de la electrónica ..........................

69

De los procesos artesanales a los procesos industriales ......................................

70

Las acciones instrumentales y las acciones estratégicas .....................................

71

Las acciones de regulación y control, y su importancia en las técnicas de electrónica ......................................................................................................

71

Los instrumentos de medición en las técnicas de electrónica ..............................

71

2.4 Conocimiento, uso y manejo de las herramientas, máquinas e instrumentos en los procesos artesanales ....................................

74

Las técnicas tradicionales para el diseño de los circuitos impresos ......................

74

Los conocimientos y habilidades para el uso y manejo de herramientas y máquinas empleadas en el diseño de circuitos impresos ..................................

76

La descripción de las acciones estratégicas e instrumentales ..............................

77

2.5 Aplicaciones de las herramientas y máquinas a nuevos procesos según el contexto ................................................................................

79

El origen y adecuación de las funciones de herramientas y máquinas ..................

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Índice

Las herramientas como extensión de las capacidades humanas en las técnicas de la electrónica ..........................................................................

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Las herramientas y máquinas empleadas en los procesos técnicos de la electrónica ..................................................................................................

83

La aplicación de la electrónica en las máquinas ....................................................

85

2.6 Herramientas, máquinas e instrumentos en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos ..........................................................................................

86

La caracterización de problemas técnicos en electrónica, comunicación y sistemas de control para satisfacer una necesidad del contexto ........................

86

La selección de las herramientas y máquinas en el proceso de instalación y mantenimiento de circuitos electrónicos..........................................

87

El trabajo por proyectos y su evaluación...............................................................

87

Retroalimentación................................................................................................

88

Integración de conceptos ....................................................................................

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Bloque III. Transformación de materiales y energía 3.1 Materiales ......................................................................................................

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3.1.1 Origen, características y clasificación de los materiales ..........................

96

Los materiales empleados y su función técnica en los objetos de uso cotidiano .......................................................................................................

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Las características técnicas de los materiales empleados en los procesos y productos de la electrónica, comunicación y sistemas de control ......................

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Los materiales con que están hechas las herramientas y su relación con los materiales sobre los que actúan ..................................................................... 103 3.1.2 Uso, procesamiento y aplicaciones de los materiales naturales y sintéticos ......................................................................................................... 103 Los materiales: origen y propiedades técnicas para la satisfacción de necesidades de uso ........................................................................................ 104 Los nuevos materiales empleados en los procesos y productos de la electrónica .................................................................................................. 105 Historia del cambio técnico en los materiales naturales y artificiales utilizados en la electrónica ................................................................................... 106

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Índice

3.1.3 Previsión del impacto ambiental derivado de la extracción, uso y procesamiento de los materiales ............................................................. 106 Los resultados esperados e inesperados en la Naturaleza como resultado de los procesos y productos técnicos de la electrónica ........................................ 107 Los problemas generados en los ecosistemas debido a la extracción, uso y procesamiento de los materiales ................................................................ 108 La previsión de los problemas ambientales mediante nuevas técnicas y prácticas: el reúso y reciclaje de materiales de artefactos electrónicos ........................................................................................ 108 3.2. Energía .......................................................................................................... 109 3.2.1 Fuentes y tipos de energía y su transformación ...................................... 109 Los tipos y fuentes de energía en los procesos técnicos ..................................... 110 Los tipos de energía que se emplean en la operación y funcionamiento de herramientas y máquinas, y la delegación de funciones .................................. 110 Los tipos de energía utilizados en la electrónica y la función de los conversores de energía para su disposición ......................................................... 112 3.2.2 Funciones de la energía en los procesos técnicos y su transformación .............................................................................................. 113 Las funciones de la energía en los procesos técnicos: activación de mecanismos y transformación de materiales .................................................. 113 La corriente eléctrica: continua y alterna .............................................................. 114 La transformación de corriente alterna en continua .............................................. 116 Los circuitos en serie, en paralelo y mixtos ......................................................... 118 Los conversores de energía en la electrónica ...................................................... 121 La energía en las actividades cotidianas: fuentes de energía y su función ......................................................................................................... 121

La transformación, regulación y control de la energía en los procesos técnicos de electrónica ........................................................................................ 121

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3.2.3 Previsión del impacto ambiental derivado del uso de la energía ................................................................................................ 121 Los problemas que se generan en los ecosistemas derivados de la generación, conversión y uso de la energía, y su previsión .......................... 122 Las fuentes de energía sustentable ..................................................................... 122 Las baterías de materiales no contaminantes como fuente de energía ................. 123 3.2.4 Los materiales y la energía en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos .................... 123 La selección de los materiales y la energía para el desarrollo del proyecto de electrónica, comunicación y sistemas de control, su uso eficiente y pertinente, según los temas desarrollados en el bloque. ........................................................................................................ 123 El trabajo por proyectos en el énfasis de electrónica, comunicación y sistemas de control .................................................................... 123 Retroalimentación................................................................................................ 124 Integración de conceptos .................................................................................... 128 Bloque IV. Comunicación y representación técnica 4.1 La importancia de la comunicación técnica ................................................. 132 Los elementos de un sistema de comunicación: fuente, codificación, transmisor, decodificador y destinatario ........................................... 133 El lenguaje técnico empleado en electrónica: instructivos para el uso y reproducción de técnicas ................................................................ 136 La electrónica y los sistemas de comunicación para la satisfacción de necesidades sociales ...................................................................................... 138 4.2 La representación técnica a lo largo de la historia ...................................... 138 Los medios de representación y comunicación en diferentes culturas y tiempos ............................................................................................... 138 Las funciones de la representación técnica .......................................................... 140

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• Para la transmisión de los conocimientos técnicos ................................ 140

• Para la reproducción de técnicas y procesos .......................................... 141

• Para el diseño y proyección de procesos y productos ............................ 142

Índice

El diseño y la representación gráfica en la electrónica.......................................... 143 4.3 Lenguajes y representación técnica ............................................................ 143 Lenguajes y códigos en las representaciones de los procesos y productos de electrónica ..................................................................................... 144

Tolerancia de los resistores .................................................................................. 145 El factor temperatura ........................................................................................... 148 La representación gráfica en la electrónica .......................................................... 149 Los símbolos en la numeración y el lenguaje escrito como formas de representación de la información ......................................................................... 149 Notación científica o exponencial ......................................................................... 150 Notación con prefijos ........................................................................................... 151 Cantidades pequeñas .......................................................................................... 153 4.4 El lenguaje y la representación técnica en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos ........................................................................................................ 157

Los conocimientos e información técnica como insumos para la resolución de problemas ...................................................................................... 157 El trabajo por proyectos en los procesos técnicos de la electrónica ..................... 158 Retroalimentación ............................................................................................... 159 Integración de conceptos .................................................................................... 164 Bloque V. Proyecto de producción artesanal 5.1 El proyecto como estrategia de trabajo en Tecnología ................................ 168

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5.1.1 Procesos productivos artesanales ............................................................ 168 Las características de los procesos de producción artesanales: sistemas ser humano-producto ............................................................................ 169 5.1.2 Los proyectos en tecnología ..................................................................... 169 La introducción al proyecto de producción artesanal: el planteamiento de problemas técnicos y sus posibles alternativas de solución............................. 169 Leyes de Kirchhoff ............................................................................................... 170 Resistores en paralelo ......................................................................................... 173 Circuitos compuestos .......................................................................................... 175 La planeación del proyecto de electrónica, comunicación y sistemas de control .......................................................................................... 177 5.2 El proyecto de producción artesanal ............................................................ 179 5.2.1 Acercamiento al trabajo por proyectos: fases del proyecto de producción artesanal .................................................................... 179 La ejecución de las fases que integran el proyecto de electrónica, comunicación y sistemas de control .................................................................... 179 Integración de conceptos..................................................................................... 183

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Pedagógicos

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Contenido

Presenta la información desglosada del programa de estudio de la Secretaría de Educación Pública.

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Propósitos

Apoyos

Son los saberes-conocimientos, habilidades-destrezas, capacidades y competencias que el alumno desarrollará y que le permitirán ser productivo en la sociedad en la que vive.

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Aprendizajes esperados

Son aquellos expresados en objetivos o competencias, que se espera que el estudiante logre durante, como al final del proceso de capacitación.

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En este bloque...

Representa una referencia rápida del contenido.

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Actividad individual

El alumno pone en práctica lo aprendido en la lección inmediata anterior con el objetivo de reforzar el conocimiento adquirido.

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Actividad grupal

El alumno colabora con sus compañeros de clase en la solución de un problema con el propósito de desarrollar habilidades de cooperación, delegación de responsabilidades y trabajo en equipo.

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Laboratorio. Actividad grupal

Laboratorio. Actividad individual 8 Presenta trabajos prácticos que fomentan una enseñanza más activa y participativa que impulsa el método científico y el espíritu crítico. El alumno desarrolla habilidades, aprende técnicas elementales y se familiariza

Definición Aporta el significado específico de términos poco comunes en el lenguaje coloquial con el fin de que el alumno comprenda todos los vocablos que se utilizan en la lección.

con el manejo de instrumentos y aparatos.

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Biografía

Complemento Añade información de utilidad y cultura general con el propósito de incrementar los conocimientos generales del alumno sobre el tema que se está estudiando.

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Profundiza en el conocimiento de algunas personalidades cuyas aportaciones fueron decisivas para la ciencia y la tecnología.

integración

de conceptos

Constituye un repaso al final de cada bloque que resume los conceptos estudiados.

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BLOQUE

I Contenido del bloque: 1.1 Técnica 1.1.1 La técnica en la vida cotidiana. 1.1.2 La técnica como sistema, clases de técnicas y sus elementos comunes. 1.1.3 La técnica como práctica sociocultural e histórica y su interacción con la Naturaleza. 1.1.4 Las técnicas y los procesos productivos artesanales. 1.2 Tecnología 1.2.1 La tecnología como campo de conocimiento. 1.2.2 El papel de la tecnología en la sociedad. 1.2.3 La resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos.

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Técnica y tecnología Propósitos • Reconocer la técnica como objeto de estudio de la tecnología. • Distinguir la técnica como un sistema constituido por un conjunto de acciones para la satisfacción de necesidades e intereses.

• Identificar los sistemas técnicos como el conjunto que integra a las acciones humanas, los materiales, la energía, las herramientas y las máquinas.

• Demostrar la relación entre las necesidades sociales y la creación de técnicas que las satisfacen.

Aprendizajes esperados. El alumno:

• Caracteriza a la tecnología como campo de conocimiento que estudia la técnica.

• Reconoce la importancia de la técnica como práctica social para la satisfacción de necesidades e intereses.

• Identifica las acciones estratégicas, instrumentales y de control como componentes de la técnica.

• Reconoce la importancia de las necesidades e intereses de los grupos sociales para la creación y el uso de técnicas en diferentes contextos sociales e históricos.

• Utiliza la estrategia de resolución de problemas para satisfacer necesidades e intereses.

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BLOQUE

I

TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

En este bloque... Estudiarás los componentes básicos de la electrónica: resistencia, condensador, transformador, diodo, bobina, pila (acumulador, batería), relevador, transistores y circuitos integrados. Comprenderás las bases de la electrónica como resultado de la electricidad y la informática, materias de las que aprenderás lo necesario y practicarás con experimentos. En el bloque también se promueve el reconocimiento de los medios técnicos como una construcción social, cultural e histórica y como forma de interacción de los seres humanos con el entorno natural.

1.1 Técnica 1.1.1

La técnica en la vida cotidiana

Activación de conocimientos Antes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro, reflexionen y contesten: A. Expliquen qué entienden por electrónica. B. Mencionen los dispositivos electrónicos que ocupan en casa. C. Estos dispositivos son producto de una técnica. Definan qué es una técnica.

Entendemos por técnica un conjunto de acciones que se ejecutan en pasos sucesivos para la transformación de materiales y energía en un producto. Su uso efectivo implica los siguientes puntos: • Conocimiento de los pasos a seguir (procedimiento). • Manejo correcto de las herramientas adecuadas para realizar la tarea. • Habilidades requeridas para la aplicación de estas herramientas en cada paso del proceso. • Capacidad de inventar soluciones a los problemas que se presentan en el camino. Todos utilizamos diferentes técnicas en la vida cotidiana. Por ejemplo, un técnico que repara un aparato electrónico tiene un manual que le

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

indica el funcionamiento y el acomodo de las piezas y le sugiere el procedimiento a seguir para encontrar la falla. Para reemplazar una pieza utiliza pinzas y no tijeras (uso de herramientas adecuadas). Sabe cómo y cuándo utilizar sus medios técnicos: pinzas, desarmadores, cautín (aplicación de herramientas en cada paso). Y es capaz de inventar soluciones a las contingencias que se le presentan, como sustituir una pieza por su equivalente sin que afecte el funcionamiento del aparato. Gracias a la técnica de reparación podemos prolongar la vida útil de los aparatos electrónicos, con lo que producimos menos contaminantes y mejoramos la economía familiar.

Actividad 1 individual

Describe una actividad cotidiana en la que se aplique una técnica. Enumera y describe brevemente su procedimiento, las herramientas y las habilidades que se requieren para llevarla a cabo.

Los productos de la técnica en los contextos escolar y familiar A partir de la Naturaleza, el hombre ha creado y transformado servicios, bienes y herramientas de los que se sirve, independientemente de que sean simples o compuestos, para satisfacer una necesidad o producir un resultado deseado. Es decir, los productos de la técnica son los artefactos o dispositivos que utilizamos para facilitar la ejecución de cierta tarea. En general, podemos dividirlos en cuatro grandes categorías: 1. Mecánicos. Los que utilizan la fuerza humana como energético. Por ejemplo: martillo, pala, palanca, poleas, entre otros. 2. Eléctricos. Transforman la energía eléctrica en otra distinta: luz, calor, movimiento. Por ejemplo, el foco transforma energía eléctrica en luz y calor. 3. Electromecánicos. Utilizan la electricidad para imprimir movimiento a una máquina, como: motores, taladros, licuadoras.

Dispositivo/ Artefacto Aparato o mecanismo que desarrolla determinadas acciones previstas. Término muy popular en la computación y la informática que se utiliza para nombrar a los periféricos y otros sistemas vinculados en el funcionamiento de las computadoras.

4. Electrónicos. Emplean la electricidad para generar señales electromagnéticas que contienen información. Tal es el caso de computadoras, teléfonos celulares, reproductores de audio y video.

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BLOQUE

I

TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

Actividad 2 grupal

Reúnanse en grupos de trabajo, dialoguen y escriban una lista de los productos técnicos que utilizan en la casa y la escuela. Clasifíquenlos en las categorías citadas. Escriban por lo menos cinco productos técnicos de cada clase. Casa Mecánicos

Eléctricos

Escuela

Electromecánicos

Electrónicos

Mecánicos

Eléctricos

Electromecánicos

Electrónicos

La electrónica como satisfactor de necesidades e intereses en la sociedad El objeto de estudio de la electrónica actual es el manejo técnico de información, en cuatro pares de modalidades complementarias:

Embalaje Caja o cubierta con que se resguardan los objetos que han de transportarse.

1. Generación y control

3. Almacenamiento y recuperación

2. Transmisión y recepción

4. Procesamiento y presentación

Se diferencia de la técnica eléctrica en que ésta estudia la generación, distribución, control y transformación de la electricidad como energético, es decir, como un medio que proporciona la energía o fuerza necesaria para realizar un trabajo. La técnica electrónica toma esa energía y la transforma en señales electromagnéticas, las cuales —a diferencia de la electricidad simple— actúan como embalaje de datos, es decir, como un recipiente electromagnético que alberga información. Un ejemplo claro es la telefonía. Lo que viaja a través del cable telefónico no son las ondas sonoras producidas por la voz humana, sino el sonido transformado en señales eletromagnéticas que contienen cierta información; en este caso, un mensaje de voz transmitido de una persona a otra.

Señal electromagnética El teléfono transporta información en forma de señal electromagnética: energía eléctrica que transfiere datos de un punto a otro.

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

Un foco, por su parte, utiliza también energía eléctrica para producir luz y calor, pero en ese caso no existe traslado de información, es simple transformación de un tipo de energía en otro. Es por ello que, en electrónica, a las señales electromagnéticas las llamamos inteligencia, independientemente del contenido del mensaje, pues las consideramos como conjuntos de datos que responden a cierto orden y en el mejor de los casos con un sentido claro. Por tanto, la electrónica es el campo de la física que se refiere al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción y almacenamiento de información.

Los productos de la electrónica, comunicación y sistemas de control

Energía eléctrica El foco transforma energía eléctrica en lumínica y calorífica.

Circuito electrónico Es una red eléctrica de interconexiones entre dos o más componentes, como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores, que contiene al menos una trayectoria cerrada.

Para manejar la información de forma electrónica, en las modalidades mencionadas, utilizamos dispositivos de comunicación, cuya naturaleza y funcionamiento son completamente diferentes al proceso comunicativo que se establece entre seres vivos, ya sea una conversación entre personas, el canto de las ballenas o los mensajes químicos entre insectos.

Física Es la ciencia que observa la Naturaleza, y trata de describir las leyes que la gobiernan mediante expresiones matemáticas. Es decir, estudia las propiedades y el comportamiento de la energía y la materia (como también cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), así como el tiempo y el espacio, y las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí.

El proceso comunicativo entre seres vivos tiene una intención predeterminada: transmitir una idea para generar cierta acción. Los humanos nos comunicamos cotidianamente con esa intención y en distancias largas utilizamos dispositivos electrónicos, como el teléfono o la computadora. La principal diferencia entre los dispositivos de comunicación y el proceso comunicativo es que los primeros no tienen una intención predeterminada, son medios al servicio del proceso comunicativo y, por lo mismo, su funcionamiento es totalmente independiente del mensaje que manejan. EDICIONES

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BLOQUE

I

TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

En este sentido, cuando hablamos de comunicación en el contexto electrónico, nos referimos a las señales electromagnéticas que contienen información, con independencia total de la acción que busca generar el mensaje. Entre los objetivos fundamentales de la aplicación de las señales electromagnéticas como medio de comunicación están los sistemas de control. Para comprenderlos mejor, podemos pensar en las fábricas automatizadas donde la producción está controlada por computadoras, como las fábricas de microprocesadores. En tales casos, una máquina —un conjunto de computadoras— transfiere información a otra máquina —un artefacto electromecánico— por medio de señales electromagnéticas cuyo contenido es incomprensible al ser humano. Los datos transferidos de esta manera le indican al artefacto electromecánico los movimientos precisos que debe realizar y el momento exacto de llevarlos a cabo. Se trata, pues, de un sistema electrónico de control, porque un dispositivo digital, la computadora, es el encargado de regular el funcionamiento de un artefacto electromecánico con intervención humana mínima.

Actividad 3 grupal

Reúnanse en grupos de trabajo, dialoguen y respondan esta pregunta con sus propias palabras: ¿cómo funciona un teléfono portátil? No hagan una investigación, sólo escriban lo que suponen o lo que saben.

Modalidad El término procede de modo, que es la apariencia visible, un procedimiento o una forma. Aquello que desarrollado bajo una determinada modalidad respeta ciertas reglas y mecanismos.

Actividad 4 grupal

Los mismos grupos de trabajo, investiguen en Internet al menos cinco industrias que utilicen computadoras para controlar la producción de mercancías.

Los diferentes tipos de circuitos eléctricos y su función técnica Los dispositivos de comunicación son ingenios humanos encargados de manejar las señales en una o varias de sus modalidades. Como todos los aparatos de creación humana, los dispositivos de comunicación están fabricados por partes más pequeñas que interactúan entre sí para obtener el resultado final que se busca.

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

En el siguiente diagrama se muestra una división general de las partes que integran un dispositivo de comunicación genérico, expuesto de lo general a lo particular.

Dispositivo/Artefacto Es el ingenio que maneja la información en una o más de sus modalidades: generación y control; transmisión y recepción; almacenamiento y recuperación; procesamiento y presentación.

Está integrado por Módulos Partes independientes e intercambiables que forman el cuerpo del dispositivo: circuitos, bocinas, pantalla, cables, botones, entre otros. Los más importantes para el estudio de la electrónica son los circuitos.

Los circuitos se dividen en Secciones Partes del circuito encargadas de realizar una tarea en particular, relacionada, por supuesto, con el manejo de la señal electromagnética.

Las secciones están integradas por Componentes Cada una de las piezas que interactúan entre sí para formar una sección.

Los componentes se dividen en dos grandes grupos Integrales Aquellos que contienen transistores, diodos, resistores y capacitores microscópicos, integrados en un solo bloque de material semiconductor.

Discretos Piezas independientes y autónomas, con funciones y características específicas que pueden integrarse individualmente a las secciones de los circuitos. Entre los más usados están: transistores, diodos, resistores, capacitores e inductores. Se les conoce también como componentes de estado sólido.

Por el método que utilizan para manejar la señal electromagnética se dividen en Digitales Los que transforman la señal en dígitos binarios (0 y 1) y utilizan funciones matemáticas (álgebra booleana) para manejar la información. El componente digital por excelencia es el microprocesador.

Análogos Aquellos que manejan la información mediante la variación del voltaje (tensión eléctrica), corriente, etc. y propias de cada componente. El componente análogo por excelencia es el circuito integrado.

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BLOQUE

I

TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

Si leemos el diagrama de lo particular a lo general (de abajo hacia arriba), queda claro el proceso que sigue la técnica electrónica para alcanzar su objetivo primordial: Telecomunicaciones El término proviene del griego tele que significa “distancia”. Se refiere a “comunicación a distancia”, proceso que consiste en transmitir un mensaje e intercambiar información con otras personas desde un punto hasta otro. Es la forma de comunicarse con las grandes masas de personas, ya sea por televisión, radio, Internet, etcétera.

Sistema financiero Conjunto de instituciones, medios y mercados, cuyo fin primordial es canalizar el ahorro que generan las unidades de gasto con superávit. Cuanto más eficiente el sistema financiero, mejor la economía.

1. Seleccionar los componentes idóneos: digitales o análogos, discretos o integrales. 2. Fabricar con ellos diversas secciones individuales para formar… 3. circuitos electrónicos que interactúen con otros módulos, y fabricar finalmente un… 4. dispositivo capaz de manejar información en una o varias de sus modalidades. Eso es precisamente lo que aprenderás a hacer, gradualmente, a lo largo de estos tres cursos. Para ello, primero debes conocer el comportamiento de la energía eléctrica, que hace posible que los fenómenos naturales —como el sonido, los colores, las formas, el movimiento— puedan ser transformados en ondas electromagnéticas y manejados como información. Si tomáramos un dispositivo de comunicación —una radio digital, un teléfono celular o un reproductor de música— y comenzáramos a desarmarlo hasta llegar a los materiales internos de sus componentes, acabaríamos con montoncitos de silicio, carbono, cobre, estaño y plástico. Nada espectacular, ningún artilugio en miniatura con engranes, palancas ni tirantes y, sin embargo, estos sencillos elementos hacen posibles todas las telecomunicaciones de la actualidad; representan las bases para construir las supercomputadoras que manejan los sistemas financieros del mundo y los centros de investigación, los telescopios, radiotelescopios y las naves que exploran el espacio exterior. Todos ellos tienen sus cimientos en un puñado de elementos básicos. Cabe preguntarnos cómo es posible que estos sencillos materiales sean capaces de realizar tareas tan complejas. La respuesta es sencilla: No son los materiales en sí los que realizan las tareas, sino la energía que se les aplica o mejor dicho: la combinación exacta entre materiales y energía, perfectamente ordenados en circuitos electrónicos. Existen sólo dos tipos básicos de circuitos: 1. En serie 2. En paralelo. A la combinación de estos dos se le conoce como compuesto o mixto

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

La combinación y recombinación de los circuitos básicos controla la energía que hace funcionar los dispositivos digitales más complejos que ha creado el humano en toda su historia. La energía a la que nos referimos es la electricidad, la cual proviene de una de las partículas más pequeñas de la Naturaleza: el electrón, que estudiaremos detenidamente más adelante.

1.1.2

La técnica como sistema, clases de técnicas y sus elementos comunes Activación de conocimientos

Antes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro, reflexionen y contesten: A. Un sistema es un conjunto de elementos que interactúan entre sí. Mencionen algunos ejemplos de sistemas. B. Si técnica es un conjunto de acciones que se ejecutan en pasos sucesivos para lograr un fin, expliquen, ¿qué entienden por técnica como sistema? C. ¿Cuál es el elemento fundamental que permite que un sistema electrónico funcione?

Entendemos por sistema un conjunto de elementos que interactúan adecuadamente entre sí para conseguir un fin predeterminado. En este sentido, un sistema es una herramienta como el taladro (sistema electromecánico): los engranes, el motor, la broca y demás piezas interactúan entre sí para transformar energía eléctrica en mecánica y realizar un trabajo. Ya conocemos la definición de técnica: un conjunto de acciones que se ejecutan en pasos sucesivos para la transformación de material y energía en un producto. Para comprender la técnica como un sistema debemos considerar el conjunto de sus componentes y la relación que guardan entre sí para poder interactuar; de esta manera determinamos las características de todo el conjunto. Así tenemos que el elemento fundamental que permite el funcionamiento de los sistemas electrónicos es la energía eléctrica, por eso debemos estudiarla y entender su comportamiento en diferentes condiciones. EDICIONES

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BLOQUE

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TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

Las técnicas de uso cotidiano: conjuntos de acciones, medios y fines La técnica es un conjunto de acciones que se ejecutan en pasos sucesivos, con apoyo de los medios adecuados y con el fin de realizar una tarea determinada. La electricidad es el energético más importante del siglo xxi y está presente en muchas técnicas de uso cotidiano, incluidos los dispositivos de comunicación. La energía que anima estos dispositivos, que controlan gran parte de la vida social humana, proviene de una diminuta partícula, invisible incluso a los microscopios más potentes: el electrón. El tamaño exacto del electrón es todavía un enigma, se calcula que tiene una masa de 9.10 × 10–31 kg; es un número muy pequeño y se representa con el punto decimal seguido por 31 ceros, un nueve (9) y la unidad (1). Para trasladarlo a una escala visible, imagina la Plaza de San Pedro, en Ciudad del Vaticano (Italia), cuyas dimensiones son 320 metros por 240 metros y donde caben 300 mil personas. Si trasladamos un átomo de hidrógeno (que contiene un solo electrón) a estas dimensiones, el núcleo sería como un balón de basquetbol en el centro y el electrón sería una mota de polvo en cualquier lugar de la plaza. Miles de millones de estas pequeñas partículas en movimiento hacen funcionar todas las computadoras del mundo, los medios de comunicación, la industria, el comercio. El electrón es una partícula minúscula, y sobre ella se sientan las bases de nuestra civilización.

(c2); la velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil kilómetros por segundo. La ecuación de Einstein tiene muchas implicaciones de gran importancia para la Física moderna, imposibles de abordar aquí; lo importante para nuestra materia es que la ecuación demuestra sin lugar a dudas lo siguiente: 1. Incluso los objetos más pequeños contienen gran cantidad de energía. 2. La materia y la energía son dos manifestaciones del mismo fenómeno. En términos coloquiales: son dos caras de la misma moneda, y ambas están relacionadas con el átomo. En la actualidad sabemos con certeza que el átomo está integrado por dos partes fundamentales: a) Un núcleo, circundado por b) una nube de electrones, que trazan órbitas muy precisas a su alrededor. El núcleo es la parte más grande y pesada del átomo, constituida por diminutas partículas llamadas protones y neutrones. El electrón, como ya explicamos, es mucho más pequeño en relación con el núcleo.

E

E

N P P P N N

El átomo Para comprender el funcionamiento de la electricidad y la electrónica es indispensable estudiar la naturaleza del átomo. Seguramente has visto la famosa ecuación de Albert Einstein E=mc2. Significa que la cantidad de energía (E) que contiene un objeto cualquiera es igual a su masa (m) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz

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E Los átomos tienen características distintivas únicas, a través de las cuales se les clasifica; entre las más importantes para nuestra materia se cuentan las siguientes:


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Número atómico: cantidad de protones en el núcleo (el número atómico no considera los neutrones). Peso atómico: la masa del átomo. Lo determina la cantidad total de protones y neutrones en el núcleo. Banda de valencia: órbita más alejada del núcleo. Valencia: es el número de electrones que contiene la banda de valencia. Esta banda es la más importante para el estudio de la electrónica y la electricidad. El átomo es la parte fundamental de toda la materia y la energía del Universo. Todo lo que conocemos está hecho de estas diminutas partículas. Los átomos individuales reciben el nombre de elementos en Química, y tienden a combinarse entre sí de manera natural para formar estructuras más complejas llamadas moléculas. Por ejemplo, un átomo de oxígeno que se combina con dos de hidrógeno forman una molécula de agua, y una gota de agua contiene millones de moléculas.

Electrones Protones

Átomo de hidrógeno

Neutrones

Átomo de oxígeno

Átomo de hidrógeno

A su vez, las moléculas se combinan entre sí para dar forma a estructuras más complejas, incluyendo a todos los seres vivos y objetos inanimados.

Biografía Albert Einstein. Físico alemán, nacionalizado suizo y más tarde estadounidense. Publicó en 1905 un artículo sobre la relatividad espacial, del cual dedujo su fórmula física sobre la equivalencia de la masa y la energía en un cuerpo (E=mc²), que lo hizo mundialmente famoso. Sus trabajos revolucionaron el mundo de la Física y sentaron las bases para la Mecánica Cuántica (el estudio de las partículas más pequeñas que el átomo), que es una importante rama de la Física contemporánea.

En este punto cabe preguntarnos: ¿cómo se mantienen unidas estas tres partículas (protones, electrones y neutrones)? ¿Por qué no salen disparados los electrones? ¿Por qué no se desintegra el núcleo del átomo? La respuesta es sencilla: porque están cargados de energía, como lo indica la fórmula de einstein. La esencia de este fenómeno radica en que son cargas de energía contrarias, pero en equilibrio: los electrones tienen una carga predominante NEGATIVA, los protones POSITIVA y en los neutrones no predomina ninguna, por eso se dice que son neutros. Ambas cargas energéticas (positiva y negativa) reciben el nombre de cargas electrostáticas y la fuerza que une a las tres partículas (electrones, protones y neutrones) se conoce como fuerza atómica. Las cargas electrostáticas son el principio básico de la electricidad y por ende de la electrónica: su naturaleza, funcionamiento y control. De hecho, la EDICIONES

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TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

Fue benjamín franklin quien les dio ese nombre en el año de 1760 y desde entonces se han conservado por mera costumbre para indicar que son cargas contrarias. Molécula Tanto en Física como en Química, una molécula es un conjunto de átomos, iguales o diferentes, que se encuentran unidos mediante enlaces químicos.

El átomo está constituido por protones con carga positiva (+), electrones con carga negativa (-) y neutrones sin carga predominante, unidos por la fuerza atómica. La fuerza que ejercen las respectivas cargas de protones y electrones se representa gráficamente con líneas de fuerza electrostática, como se muestra a continuación:

electricidad es un fenómeno natural que sucede cuando los electrones se mueven libremente por el espacio. Un rayo, por ejemplo, es una fuerte descarga eléctrica natural que se mueve libremente a través del aire.

Los diferentes tipos de componentes en la electrónica, comunicación y sistemas de control Los componentes electrónicos, tanto integrales como discretos, independientemente de su función (comunicación o control), están sujetos a los efectos de la electricidad, y uno de estos efectos de gran importancia para la electrónica es la electrostática.

Cargas electrostáticas El término cargas electrostáticas significa que las partículas están electrificadas o cargadas de electricidad; pero esa energía se encuentra en estado de reposo, estática, sin movimiento. Cabe aclarar que los nombres positivo y negativo de las cargas electrostáticas son meramente convencionales, es decir, no responden a ninguna característica distintiva de protones ni electrones.

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Se trata de líneas imaginarias que muestran la dirección y potencia del campo; por convención y para evitar confusiones, las líneas de fuerza de la carga positiva se representan siempre saliendo de ella y las de carga negativa, entrando.


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Biografía Benjamín Franklin (Boston, 1706 — Filadelfia, 1790). Político, científico e inventor estadounidense. En 1752, llevó a cabo el famoso experimento de la cometa que le permitió demostrar que las nubes están cargadas de electricidad y que, por lo tanto, los rayos son esencialmente descargas de tipo eléctrico. Este descubrimiento le permitió inventar el pararrayos.

Ley de atracción y repulsión magnética En la ciencia existen conocimientos probados, certeros y aplicables bajo cualquier condición. A estas máximas sólidas e incontrovertibles se les llama leyes, y se utilizan para explicar el comportamiento real de algún fenómeno natural y como base para fundar nuevos modelos que expliquen diferentes aspectos de la Naturaleza. Cualquier deducción lógica correcta basada en una ley científica es sólida como la roca y sus consecuencias son, con seguridad, verdaderas y aplicables al mundo real. En electrónica aplicamos diversas leyes de la Física que explican el comportamiento de las partículas atómicas, en particular de los electrones. Tal es el caso de la Ley de la atracción y repulsión magnética: En cualquier sistema que contenga cargas eléctricas, las cargas contrarias se atraen y las cargas iguales se repelen. Esta Ley es fundamental para entender tanto el fenómeno eléctrico como su aplicación en la electrónica, por lo que es importante comprenderla y tenerla en mente. En el diagrama se muestra una representación de esta Ley.

Cargas iguales se repelen

Cargas contrarias se atraen

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Laboratorio. Actividad grupal Para comprobar este fenómeno natural vamos a realizar un sencillo experimento. OBJETIVO

Demostrar las fuerzas de atracción y repulsión entre dos objetos con cargas electrostáticas.

MATERIALES Globos de plástico; nailon, lana o cabello; hilo. PROCEDIMIENTO

1) Infla dos globos hasta que el plástico quede tenso. 2) Corta dos hilos de 10 cm y uno de

30 cm. 3) Amarra una punta de cada hilo de 10 cm al nudo de cada globo; con la otra punta haz un pequeño lazo de manera que pueda entrar y moverse libremente por el cordel de 30 cm. 4) Frota ambos globos con un trozo de nailon, lana o sobre tu cabello (debe estar seco y libre de ungüentos). 5) Acerca los globos desde sus lazos, arrastrándolos por el cordel tenso. Los globos tienen la misma carga electrostática, por lo que tenderán a separarse (repulsión).

Toma un nuevo globo y antes de colgarlo del cordel toca con él alguna pieza de metal y repite el paso 5. Ahora los globos tienen carga electrostática distinta, por lo que tenderán a juntarse (atracción). CONCLUSIÓN

El material con el que se frotó el globo le transmitió una sobrecarga de electrones; por tal razón,

el globo obtuvo una carga negativa predominante. Al acercar otro globo con la misma carga, los globos tendieron a rechazarse (repulsión). Cuando se tocó un tercer globo con metal, el globo le transmitió parte de sus electrones, por lo que obtuvo una carga positiva predominante. Al acercarlo al globo con carga negativa, ambos tendieron a unirse (atracción). En resumen: los globos con cargas iguales se rechazan y los globos con cargas distintas se atraen. Lo que acabamos de observar con este sencillo experimento recibe el nombre de electromagnetismo, fenómeno natural que se define como: La capacidad de ciertos materiales para ejercer fuerzas de atracción o repulsión sobre otros.

El electromagnetismo es esencial para generar energía eléctrica, indispensable para la tecnología electrónica, y tiene importantes implicaciones sobre componentes y dispositivos: por estas razones debemos entenderlo perfectamente. La materia prima de la electrónica —el electrón— es invisible a

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simple vista como ya dijimos. Aunque no podemos verlo, sí apreciamos sus efectos en el mundo material. Para ello necesitamos dispositivos especiales, aparatos que pueden ser muy sencillos o altamente sofisticados. Para comenzar, construiremos un electroscopio sencillo con materiales caseros.


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Laboratorio. Actividad grupal El electroscopio es un aparato que permite detectar la presencia de cargas eléctricas en un cuerpo. OBJETIVO Construir un aparato que detecte la presencia de cargas eléctricas en reposo. MATERIALES Un vaso de cristal. Un clip. Una tapa desechable de plástico. Papel aluminio. 1 globo, nailon. Lana o cabello. PROCEDIMIENTO 1. Desdobla el clip y dale la forma como aparece en la imagen.

2. Inserta el clip en la tapa. El extremo más ancho debe ir hacia abajo. Haz una bola con papel aluminio y colócala en la parte superior.

3. Corta una tira de papel aluminio y colócala doblada a la mitad en el extremo ancho del clip, e introduce el conjunto en el vaso de cristal.

4. Frota el globo con el nailon, lana o el cabello. Acércalo lentamente a la bola de papel aluminio con un movimiento vertical (de arriba hacia abajo). Los extremos del papel aluminio tenderán a separarse. Ahora, retira el globo y toca con un dedo la bola de aluminio; los extremos de la tira volverán a unirse. 5. Escribe las conclusiones en tu cuaderno. a) ¿Qué sucede con la tira de papel aluminio cuando acercas el globo y qué cuando tocas la bola de aluminio con el dedo? b) ¿A qué se debe la separación de sus extremos cuando acercas el globo? c) ¿Por qué se vuelven a unir al colocar un dedo en la bola de aluminio?

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TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

El análisis de los diferentes tipos de componentes según su función, forma y material del que están hechos Como lo demuestran los anteriores experimentos, los materiales responden de una manera específica ante la presencia de energía. La fabricación de componentes electrónicos se basa, precisamente, en la respuesta de ciertos materiales cuando se les aplica energía eléctrica; es decir, su función depende del comportamiento que presentan ante este energético.

Actividad 5 individual

A continuación te presentamos una lista con algunos de los componentes básicos en electrónica. Investiga en Internet su función y el material del que están fabricados. Escribe un reporte e incluye la imagen de cada uno. Resistencia. Condensador. Transformador. Diodo. Bobina. Pila (acumulador, batería). Relevador. Transistores. Circuitos integrados. A lo largo de estos tres cursos los estudiarás con detenimiento y aprenderás a conectarlos correctamente para controlar las señales electromagnéticas. Por el momento, sólo es necesario que los conozcas y te familiarices con ellos.

Las técnicas en la electrónica que permiten satisfacer necesidades e intereses sociales Los intereses sociales son los que comparte gran cantidad de personas, en contraposición de los intereses individuales propios de una sola.

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Los productos derivados de la técnica electrónica se encaminan a la satisfacción de intereses sociales, y para ello precisa encontrar una necesidad que sea común a gran número de personas, como la transmisión de noticias diarias, el envío y recepción de mensajes a larga distancia, entre otras.  Análisis y control de producción. Para satisfacer una necesidad social se requiere producir gran cantidad de mercancías. Es lo que se conoce como producción en masa o producción industrial. Este tipo de producción se ejecuta por medio de máquinas capaces de producir más mercancías en menos tiempo y con mayor precisión que el ser humano. A estas características las llamamos eficacia y eficiencia. La eficacia es la capacidad de lograr con exactitud y precisión el efecto que se espera. Un ejemplo en la técnica electrónica sería controlar las señales electromagnéticas para producir información. La eficiencia es la capacidad de realizar las mismas o más acciones en menos tiempo y con menos recursos. En este sentido, el transistor es más eficiente que el bulbo porque realiza más tareas con menos energía y en menor espacio.  Diseño de productos electrónicos (técnicas de representación, fundamentos de diseño y aplicaciones asistidas por ordenador). Las máquinas que producen mercancías son, por supuesto, construidas por los humanos y para ello utilizamos herramientas que incrementen nuestra eficacia y eficiencia en las diferentes tareas que implica su construcción. El diseño de productos electrónicos significa ordenar los diferentes componentes en secciones que formen circuitos, los cuales manejarán las señales electromagnéticas para conseguir el efecto buscado, que puede reflejarse en un dispositivo de comunicación o de control, como los que has estudiado.


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En la actualidad, el diseño de productos electrónicos se lleva a cabo a través de programas de cómputo (mejor conocidos como software). Existen dos tipos básicos de software para el diseño electrónico: 1. Programas de dibujo. Representan gráficamente los componentes y la manera como están conectados. 2. Simuladores. Muestran el comportamiento de los componentes al aplicarles energía; son una buena aproximación del resultado final. Los simuladores son programas de cómputo que aplican con toda exactitud las fórmulas físicas que estudiarás a lo largo de tu formación académica. Es indispensable que cuentes con un simulador de circuitos electrónicos, porque es una de las herramientas que utilizarás para desarrollar proyectos.

Actividad 6 individual

En Internet puedes encontrar gran variedad de simuladores de circuitos electrónicos gratuitos y con licencia libre para estudiantes. Puedes realizar una consulta en Google con la frase "Simulador de circuitos electrónicos open source". Consulta con tu maestro la opción más adecuada para las necesidades del curso y descárgala. Conserva siempre una copia en un lugar seguro.

 Desarrollo y aplicación de proyectos. Después de diseñar los circuitos es necesario construirlos físicamente con el fin de comprobar su funcionamiento en el mundo real. Para ello utilizaremos una tableta para prototipos de circuitos llamada protoboard, cuyo funcionamiento y uso correcto se explicará más adelante, cuando comencemos a construir circuitos.  Gestión y organización técnica. Finalmente, para conseguir buenos resultados en los proyectos es necesario seguir una serie de pasos con cierto orden —que en su momento estudiaremos con detalle— lo que conocemos como gestión y organización técnica.

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1.1.3

La técnica como práctica sociocultural e histórica y su interacción con la Naturaleza Activación de conocimientos Antes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro, reflexionen y contesten: A. Expliquen qué entienden por electricidad o energía eléctrica. B. ¿Por qué creen que debe haber leyes científicas o físicas?

La técnica no existe por sí misma, sino en un contexto social que la condiciona por particularidades económicas, culturales e históricas. Surge con el fin de satisfacer necesidades, y varía según el entorno y el momento histórico; por ejemplo, el automóvil desplazó a la carreta y los viajes se acortaron de días a horas, beneficiando y modificando todas las actividades socioculturales. En materia de electrónica, primero se inventó la bombilla eléctrica, luego el bulbo; a éste le siguió el transistor; del transistor, el circuito integrado y más tarde el microprocesador. Los componentes que investigaste en la pág. 32 responden a las mismas leyes físicas que explican el comportamiento de la electricidad sobre los materiales y la naturaleza del átomo y sus partículas: electrones, protones y neutrones. Esto se debe a que la tecnología (incluida la electrónica) sienta sus bases sobre la ciencia, es decir, sobre el conocimiento científico. Como ya estudiaste, las leyes científicas son conocimientos probados y certeros.

La electrónica a lo largo de la historia Dado que el objeto de estudio de la electrónica es el manejo técnico de información en forma de señales electromagnéticas, podemos ubicar su nacimiento en los estudios y experimentos de nikola tesla.

Nikola Tesla Fotografía: Georgios Kollidas en Shutterstock.

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En 1894, Tesla hizo la primera demostración pública de una transmisión a distancia utilizando ondas de radio, pero fue hasta 1943 cuando la Corte Suprema de los Estados Unidos le cedió los derechos de su invención, por lo que actualmente se le considera el padre de la radio y de todas las telecomunicaciones actuales, porque utilizan los mismos


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principios científicos estipulados por sus teorías y comprobados por sus experimentos. Los inventos de Tesla contribuyeron al desarrollo de la robótica, el control remoto, el radar, las ciencias de la computación, la balística, la física nuclear y la física teórica. Por otra parte, para que la electrónica se convirtiera en una verdadera tecnología —con principios sólidos capaces de predecir el comportamiento de las señales en diferentes condiciones—, era indispensable que los resultados de los experimentos se sistematizaran en el lenguaje formal de las matemáticas y se instituyeran como leyes científicas con sus respectivas fórmulas. Fue james clerk maxwell quien estableció la relación definitiva entre la energía eléctrica y los materiales que se utilizan para transportarla y regularla. Desarrolló la Teoría Electromagnética clásica al demostrar matemáticamente —en 1861— que la velocidad a la que viajan las ondas electromagnéticas está determinada por las propiedades eléctricas y magnéticas del medio por el que se desplazan. Maxwell resumió su teoría en cuatro Leyes que estudiaremos más adelante.

Complemento Robótica. Ciencia y técnica involucradas en el diseño, la fabricación y la utilización de robots. Un robot es, por otra parte, una máquina que puede programarse para que interactúe con objetos y lograr que imite, en cierta forma, el comportamiento humano o animal. La informática, la electrónica, la mecánica y la ingeniería son algunas de las disciplinas que se combinan en la robótica. Su objetivo principal es la construcción de dispositivos que funcionen de manera automática y que realicen trabajos dificultosos o imposibles para los seres humanos. La robótica ha ido evolucionando a pasos agigantados y ha dado lugar al desarrollo de una serie de disciplinas, como es el caso de la cirugía robótica. Ha conseguido también crear robots útiles a todas aquellas personas que padecen algún tipo de discapacidad física, sin olvidar el conjunto de robots que se está diseñando en el ámbito militar para, por ejemplo, llevar a cabo operaciones de salvamento.

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Actividad 7 grupal

La historia de la electrónica es muy amplia y no es posible abarcarla toda en esta sección; sin embargo, podemos remarcar algunos hechos fundamentales.

En grupos de trabajo investiguen en Internet tanto los personajes como los hechos que aparecen en el siguiente diagrama. Hagan una semblanza de los personajes y una breve descripción de los aparatos y conceptos que se mencionan en la pág. 37 (sigan el ejemplo).

Corriente alterna 1886

James Clerk Maxwell

Electromagnetismo 1861

Nikola Tesla

Georg Ohm

Bulbo 1903

Telégrafo 1838

Samuel Morse Antonio Meucci

Alexander Lee De Forest

Teléfono 1860

Ley de Ohm 1827

Transistor 1947

George Boole Medios de comunicación masiva Radio: 1920 TV: 1936

Circuito integrado 1949

Telégrafo inalámbrico 1901

Antonio Marconi

Álgebra booleana 1854

Microprocesador 1971 Computadora personal 1977 Fotografías de: James Clerk Maxwell, Alexander Lee De Forest, Georg Ohm, Samuel Morse, Antonio Meucci, Antonio Marconi, George Boole. Wikipedia

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Internet 1990


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

Personaje

Biografía

Aportación Tecnológica

Nikola Tesla (1856-1943). Inventor, ingeniero mecánico y eléctrico, de origen serbio. Impulsor del nacimiento de la electricidad. Se le reconoce por sus revolucionarias invenciones en el campo del electromagnetismo.

Corriente alterna 1886

James Clerk Maxwell

Electromagnetismo 1861

Alexander Lee De Forest

Bulbo 1903

Samuel Morse

Telégrafo 1838

Georg Ohm

Ley de Ohm 1827

George Boole

Álgebra booleana 1854

Antonio Meucci

Teléfono 1860

Antonio Marconi

Telégrafo inalámbrico 1901

Es la que cambia constantemente de polaridad; es decir, alcanza un valor pico en su polaridad positiva, después desciende a cero y, por último, alcanza otro valor pico en su polaridad negativa o viceversa. La corriente alterna es la que tomamos de los contactos de la pared y la directa la que proviene de las pilas.

Medios de comunicación masiva Radio 1920 Televisión 1936 Transistor 1947 Circuito integrado 1949 Microprocesador 1971 Computadora personal 1977 Internet 1990

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Los dispositivos electrónicos: el teléfono móvil El teléfono móvil es, de hecho, un dispositivo emisor-receptor de ondas de radio y funciona con los mismos principios que estableció Nikola Tesla en 1894. Por supuesto, la tecnología telefónica ha incrementado su eficacia y eficiencia gracias a la miniaturización de los componentes, pero los principios básicos son los mismos. El teléfono celular es un dispositivo dual, lo cual significa que maneja dos señales: una de emisión y otra de recepción, por esa razón los usuarios pueden hablar y escuchar al mismo tiempo.

Célula

Célula

Célula 2

Célula 1

Emisión

Recepción

Emisión

Dos teléfonos móviles NO se comunican directamente, punto a punto; por el contrario, la señal es manejada por diferentes antenas emisoras-receptoras. Cuando alguien viaja en automóvil y utiliza su teléfono, el aparato va localizando la antena más cercana y se enlaza con ella. El proceso se repite mientras el aparato se encuentra en movimiento. La señal es enviada de la antena activa a la más cercana y así sucesivamente hasta llegar al otro teléfono con el que se está enlazando.

Las ciudades están divididas en zonas llamadas células (de ahí el nombre teléfono celular), con cierta cantidad de antenas cada una. Las células son de aproximadamente 26 kilómetros cuadrados y en las zonas rurales suelen ser más extensas porque existe menos interferencia. Finalmente, la recepción del teléfono depende de la cantidad de antenas que exista en cada célula. Recepción

Dos teléfonos celulares se enlazan entre sí –y no con otros– porque utilizan la misma frecuencia de onda, concepto que estudiaremos más adelante.

Las técnicas de electrónica como prácticas históricas, culturales y sociales Tenemos así que la ciencia y la tecnología forman una espiral constructiva que se va desarrollando y mejorando a través de los años. La ciencia proporciona todo el conocimiento a través de leyes, mismas que la tecnología lleva a la práctica en forma de dispositivos socialmente útiles. Por tal razón, para comprender el funcionamiento de estos dispositivos es indispensable conocer las leyes científicas sobre las que se cimientan.

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

Complemento Una espiral constructiva es una sucesión creciente de acontecimientos asociada, en cierta manera, a lo cíclico o a aquello que parece no tener final. El conocimiento de todas las cosas surge a partir de la actividad intelectual del sujeto, quien alcanza su desarrollo según la interacción que entabla con su medio. La adquisición de nuevos conceptos se construye a partir de lo que ya posee el sujeto, nunca se parte de cero. Este nuevo conocimiento se asimila o bien se reacomoda y adapta a las estructuras existentes.

Ley de Coulomb

Campo de fuerza

Como aprendiste anteriormente, en el átomo las cargas electromagnéticas corresponden a partículas específicas: protones positiva (+) y electrones negativa (-); éste es un conocimiento fundamental para la tecnología electrónica. Ahora bien, si el átomo está constituido por un núcleo de carga positiva predominante (protones y neutrones), rodeado de una nube de electrones con carga negativa, y los objetos con cargas distintas se atraen, entonces ¿por qué los electrones no se precipitan sobre el núcleo? La explicación es sencilla: sus fuerzas electrostáticas están en equilibrio, como lo explica la Ley de Coulomb, que estipula: La fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos con cargas electrostáticas es proporcional a la intensidad de la carga presente en cada uno de ellos, dividida por el cuadrado de la distancia que los separa.

Ley de Coulomb

F k =

q1 q2 r2

Donde F: Fuerza entre cargas k: Constante de Coulomb (9 x 109 N.m2) C2 q1: Carga eléctrica 1 q2: Carga eléctrica 2

En cargas contrarias, significa que mientras mayor sea la magnitud de las cargas, mayor será la fuerza de atracción entre los cuerpos que las contienen, y mientras más cerca estén uno del otro, la atracción se incrementará. Lo mismo sucede con cargas iguales, pero en tal caso aplica la repulsión, es decir, en lugar de atraerse se repelen.

r: Distancia entre cargas

Dentro del átomo, por cada protón en el núcleo existe un electrón en la nube circundante, de tal manera que el total de sus cargas se anula, queda en equilibrio.

Boro Elemento químico de número atómico 5 y símbolo B.

Por ejemplo, el átomo de boro tiene en su núcleo 5 protones (+5) con 5 neutrones y es circundado por 5 electrones (-5), de modo que 5 – 5 = 0, es decir, no predomina ninguna carga electromagnética y el átomo está

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minuye relativamente, como lo estipula la Ley de Coulomb. Resulta lógico, pues, que en el último nivel energético la atracción del núcleo sobre los electrones sea más débil.

en equilibrio. Además, la distancia a la que se encuentran las órbitas de los electrones es la exacta para permitir la estabilidad. La Ley de Coulomb es fundamental para nuestra materia, ya que explica cómo se genera la corriente eléctrica como consecuencia de la distancia entre los electrones de la última órbita (banda de conducción) y el núcleo, así como la cantidad de electrones que contiene la citada banda, que determina la capacidad de los materiales para transportar corriente eléctrica, característica llamada conductividad.

A este último nivel se le conoce como banda de valencia o banda de conducción y los electrones que se encuentran en ella reciben el nombre de electrones libres, porque pueden saltar de dicha banda y desplazarse de un átomo a otro dentro del cuerpo que los contiene. Este fenómeno ocurre cuando el átomo es excitado por una fuente de energía externa de manera que algunos de sus electrones absorben energía en exceso y eso provoca el salto.

Biografía Charles-Augustin de Coulomb. Físico e ingeniero francés del siglo xviii. En su honor, la unidad de carga eléctrica de los electrones lleva su nombre: culombio, cuyo símbolo es la letra C. Dado que el electrón es una partícula extremadamente pequeña, no es posible medirlo por unidad (uno por uno); así, tenemos que el culombio representa un enorme conjunto de electrones: un culombio equivale a la carga eléctrica de 6.28 trillones de electrones.

Banda de conducción Los electrones giran alrededor del núcleo en diferentes órbitas concéntricas y sucesivas, cuyo nombre correcto es niveles energéticos. En cada nivel, los electrones se alejan progresivamente del núcleo y la fuerza de atracción dis-

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El movimiento de electrones libres es lo que crea la corriente eléctrica, pues al saltar de la banda de conducción liberan un poco de su energía negativa, que recuperan cuando llegan al siguiente átomo. El proceso se repite millones y millones de veces. Entre más electrones vaguen libremente por el cuerpo que los contiene, mayor será la energía que se genere. Para que los electrones libres abandonen la banda de conducción y se genere corriente eléctrica es necesario aplicarles una fuerza externa (la mencionada fuente de energía), ya que su estado natural es el de reposo. Dicha fuerza externa puede provenir de seis fuentes: magnetismo, químicos, presión, fricción, calor y luz. Estudiaremos a detalle estas fuentes energéticas más adelante. Este proceso no es desorganizado; de hecho, está regulado de manera natural por la estructura misma de los átomos. Tal mecanismo regulador es llamado regla del octeto y consiste en lo siguiente:


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

En todo átomo, la última órbita o banda de conducción admite un máximo de ocho electrones para completar su estructura y todos los átomos tienden a llenarla.

Los compuestos se forman así de manera natural o artificial: un átomo cede electrones y otro los H

En este sentido, los átomos se dividen en tres grupos: 1. Donadores: aquellos que tienen entre 1 y 3 electrones en la banda de conducción. Estos átomos tienden a ceder sus electrones libres a los átomos receptores para completar el octeto (ocho electrones). 2. Receptores: aquellos que tienen entre 5 y 7 electrones en la banda de conducción; tienden a aceptar electrones libres de los donadores para completar el octeto. 3. Ambivalentes: aquellos que tienen 4 electrones en la banda de conducción. Tienden tanto a aceptar como a ceder electrones, dependiendo de las condiciones electromagnéticas circundantes. La exactitud del funcionamiento de la banda de conducción y la regla del octeto son fundamentales para comprender el comportamiento de la electricidad en diferentes materiales y, por lo mismo, el funcionamiento de los componentes electrónicos, en los cuales el control del flujo de electrones es un aspecto fundamental para modificar señales electromagnéticas.

Valencia Como explicamos anteriormente, todos los átomos tienden a llenar su última órbita con ocho electrones (regla del octeto). La cantidad de electrones que un átomo puede ceder o requiere para completar el octeto se representa por un valor conocido como valencia. Por ejemplo, un átomo con siete electrones en su última órbita tiene una valencia de -1, porque necesita un electrón para completar el octeto. Otro átomo con un electrón en la banda de conducción tendrá una valencia de +1, porque puede cederlo a otro para completar el octeto.

O

H

acepta; quedan, de esta manera, unidos entre sí por la fuerza atómica. El ejemplo más claro es la molécula de agua, formada por un átomo de oxígeno (valencia -2) y dos átomos de hidrógeno (valencia +1). En este caso, dos átomos de hidrógeno ceden su electrón libre al oxígeno para completar su octeto en el último nivel energético y se genera así el compuesto llamado agua. En el caso de los metales, a tal unión se le conoce como aleación; por ejemplo, el bronce es la combinación de cobre y estaño, y el acero combina hierro con carbono. En los compuestos artificiales, la combinación busca mejorar alguna característica del material base; en los ejemplos anteriores de aleación se busca aumentar la dureza y resistencia del cobre y del hierro. Esta técnica también es muy utilizada en electrónica, pero en estos casos se busca mejorar alguna característica eléctrica de los materiales. Para la electrónica, la valencia es un indicador de suma importancia porque señala con precisión la capacidad que tiene un material determinado para conducir corriente eléctrica. Por ejemplo, los metales que tienen mayor capacidad para conducir la electricidad son el oro, la plata y el cobre, en ese orden. Todos ellos tienen valencia +1, lo cual significa que en su última órbita sólo existe un electrón que puede convertirse en electrón libre y vagar por el cuerpo que lo contiene. Sin embargo, el oro es mejor conductor que la plata, porque el electrón ubicado en la banda de EDICIONES

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conducción está más alejado del núcleo y de acuerdo con la Ley de Coulomb, la atracción es menor, por lo que puede desprenderse con mayor facilidad y moverse libremente por el material. Lo mismo sucede con la plata respecto del cobre y con el cobre respecto del aluminio. Sin embargo, el oro es un material que tiende más a oxidarse, es decir, acumula más átomos de oxígeno, en comparación con la plata y el aluminio, lo cual representa un obstáculo serio para la conducción eléctrica. En bloques posteriores estudiaremos con detenimiento esta cualidad de los materiales. Por el momento, sólo debes comprender lo siguiente:

Laboratorio. Actividad individual La Tabla periódica de los elementos clasifica, ordena y agrupa los elementos químicos de acuerdo con sus propiedades y características. Fue creada por el químico ruso dimitri mendeléyev en 1869. OBJETIVO

Localizar los siguientes

elementos en la tabla periódica y agruparlos por su valencia: cobre, silicón, antimonio, selenio, aluminio, indio, carbono, talio, arsénico, oxígeno, galio, azufre, neón, germanio, plata, argón y oro.

El libre movimiento de los electrones por la banda de conducción responde a la Ley de Coulomb y es lo que genera el desplazamiento de las cargas eléctricas que constituye una corriente eléctrica.

MATERIALES

Tabla periódica, de pre-

ferencia una versión electrónica dinámica en Internet. Una tabla periódica estática sólo presenta una imagen fija; sin embargo, en versión dinámica permite interactuar con ella, muestra diferente información sobre cada elemento y remite al usuario a otras páginas electrónicas que proporcionan más datos. PROCEDIMIENTO

Busca en Internet

una tabla periódica dinámica. Localiza los elementos que se piden y anota sus valencias en tu libreta de trabajo. Dibuja sus órbitas y los electrones que contienen. Finalmente, agrúpalos de acuerdo con su valencia. Observa también cómo se agrupan dentro de la tabla periódica.

Valencia Desde la perspectiva de la química, es la palabra que identifica a la cifra que da cuenta de las posibilidades de combinación que tiene un átomo con respecto a otros para lograr constituir un compuesto. Se trata de una medida relacionada con la cantidad de enlaces químicos que establecen los átomos de un elemento químico.

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Biografía DIMITRI MENDELÉYEV (1834-1907).

Químico ruso creador de la Tabla periódica de los elementos (1869). A partir de la tabla, se puso punto final a la clasificación definitiva de los elementos, hecho que abrió el camino a los grandes avances que se lograrían en el campo científico.


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

1.1.4

Las técnicas y los procesos productivos artesanales Activación de conocimientos Antes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro, reflexionen y contesten: A. Los procesos artesanales son manuales y de fabricación limitada. Mencionen cuáles conocen. B. Citen algunas características de los procesos artesanales. C. Indiquen cuál es la diferencia entre un proceso artesanal y uno industrial.

A la combinación de diversas técnicas utilizadas en el procesamiento de diferentes tipos de materiales para elaborar un producto determinado se le llama proceso productivo. Existen dos tipos de procesos productivos: industriales y artesanales. Como ya mencionamos, los industriales producen gran cantidad de mercancías en un proceso automatizado que utiliza maquinaria y energía.

Automatizar Convertir en automáticos determinados procesos. Un mecanismo automático funciona por sí solo, ya sea en su totalidad o en parte. Por ejemplo, un cajero automático es una máquina que realiza varias de las funciones del cajero bancario. Este dispositivo es accionado por el usuario a través de una clave, que le permite al cliente dar las instrucciones que el cajero ejecutará; por ejemplo, entregar dinero en efectivo.

El proceso artesanal lo realiza una sola persona de forma manual; aplica su fuerza de trabajo con herramientas simples sin automatizar ninguna acción. La técnica aplicada es aprendida y se adquiere experiencia con el tiempo. Se caracteriza por tener una producción limitada, cada pieza es única y el tiempo que se invierte es mayor que en un producto industrial.

Los procesos de producción artesanal en la comunidad El trabajo artesanal continúa vigente en la actualidad y de hecho es apreciado por muchos sectores sociales. Además, existen profesiones en las que se requiere este tipo de trabajo porque no es posible automatizar su proceso para generar el producto requerido; por ejemplo, la odontología. El tratamiento de la dentadura requiere trabajo artesanal y creación de piezas únicas, acopladas a la anatomía bucal de un individuo en particular; hasta la fecha no es posible crear prótesis dentales en serie. En México, la producción artesanal puede ser: • Familiar: el oficio es transmitido dentro de la familia, las herramientas EDICIONES

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TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

son sencillas y el trabajo se asigna por sexo y edad: hay tareas a cargo de los hombres; otras, de las mujeres, y otras más para niños y ancianos. El trabajo se hace en casa, sin horarios y al ritmo personal. • Taller individual: el productor es maestro del oficio y conoce todo el proceso de trabajo; lo ayuda un aprendiz. La producción depende de la habilidad del artesano y del ritmo de trabajo que le imprima. • Taller con obreros: se modernizan equipo y herramienta, por lo que requiere de una inversión financiera mayor. El proceso lo dirige el dueño del taller quien es maestro del oficio y él reparte tareas a los ayudantes, que ganan por jornal. • Manufactura: reúne en el taller a obreros especialistas en operaciones parciales del proceso quienes deben seguir un ritmo de trabajo de acuerdo con la cadena de labores establecida. En este tipo de producción (vidrio, tejido, cerámica, confección de ropa o de calzado), los obreros ganan un salario y están a las órdenes de un patrón, quien ya no es un artesano que trabaja con ellos.

Actividad 8 grupal

Reúnanse en grupos de trabajo e investiguen qué procesos de producción artesanal existen en su comunidad. Escriban un breve reporte de cada uno. Diseñen los temas a 1/2 carta y coloquen la fografía de un proceso artesanal: panadería, alfarería, sastre, costura.

Las características de un proceso de producción artesanal: empleo de herramientas e intervención del ser humano en todas las fases del proceso técnico El proceso técnico artesanal tiene características e implicaciones especiales, como se muestra en el siguiente cuadro: Características · Implicaciones Lo realiza una sola persona. · El resultado inal guarda relación directa con las habilidades del artesano. · Produce pocos artículos.

Proceso manual con herramientas rústicas. · Prescinde con frecuencia de planos, por lo que cada producto es diferente. · Los errores de construcción se consideran parte del producto.

No hay automatización en las etapas del proceso. · El producto es espontáneo y variado. · No se ajusta a un estándar, por lo que es prácticamente imposible acoplar productos fabricados por dos artesanos.

Los procesos técnicos artesanales empleados en los distintos equipos electrónicos El proceso artesanal más utilizado en electrónica es la reparación de equipos. Un técnico especializado en reparación es un profesional que conoce a fondo el funcionamiento de los componentes individuales y cómo interactúan entre sí —por medio de materiales conductores—, la energía eléctrica que los controla y los efectos del energético sobre los materiales. Por tales razones, para ejercer su profesión es indispensable que conozca las leyes físicas que intervienen en el fenómeno eléctrico y la forma como los componentes reaccionan ante la electricidad.

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1.2

Tecnología

1.2.1

La tecnología como campo de conocimiento Activación de conocimientos

Antes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro, reflexionen y contesten: A. Expliquen qué entienden por tecnología. B. ¿Cuál creen que sea la diferencia entre técnica y tecnología?

La tecnología es la suma total de conocimientos, capacidades y habilidades para resolver problemas técnico-sociales, y abarca los medios de que dispone el hombre para controlar y transformar su entorno físico, así como para convertir los materiales que le ofrece la Naturaleza en elementos capaces de satisfacer necesidades. En suma: tecnología es la aplicación sistemática del conocimiento científico a tareas prácticas. No obstante que la tecnología electrónica es una ciencia joven, ha logrado grandes avances gracias al desarrollo de otras ciencias como la Física, la Química, la Ingeniería de materiales y la Informática. Esto se debe a que la ciencia es un todo integral con diferentes ramificaciones y los adelantos en una rama impulsan el progreso en otras. De esta manera se retroalimentan entre sí para crear la espiral constructiva que conocemos como desarrollo tecnológico, que define las características específicas de la cultura contemporánea.

Las diversas acepciones de tecnología Al estudio de la combinación de técnicas que generan un proceso productivo con alto grado de eficacia y eficiencia se le conoce como tecnología, pero no es la única acepción del término. También es el área del conocimiento que estudia a la técnica, sus funciones, los insumos y los medios que la conforman, sus procesos de cambio, así como su interacción con el contexto sociocultural y natural.

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TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

Complemento La diferencia entre técnica y tecnología estriba en que la primera abarca los conocimientos técnicos y las herramientas, mientras que la tecnología considera también los conocimientos científicos, la estructura sociocultural, la infraestructura productiva y las relaciones mutuas que surgen. Así, la tecnología es técnica más estructura (económica, sociocultural, etcétera). En la técnica está el “cómo” hacer, mientras que en la tecnología están, además, los fundamentos del “porqué” hacerlo así.

Actividad 9 individual

Investiga otros significados del término tecnología en diccionarios, enciclopedias o Internet. Escribe los resultados en tu libreta de trabajo. De todas las investigaciones del grupo obtengan una definición general.

La tecnología: medios, acciones y su interacción con el contexto natural y social para la satisfacción de necesidades, mediante los productos técnicos de la electrónica La aplicación de cualquier tecnología implica el uso de dos tipos de acciones: estratégicas e instrumentales. Las acciones estratégicas consideran la valoración racional y la reflexión adecuada de las alternativas de actuación posibles que preceden la realización de cualquier acción y permiten la toma de decisiones. Las acciones instrumentales organizan los medios apropiados, según un criterio de control eficiente de la realidad, e incluyen la intervención concreta sobre ésta. La enorme variedad de los productos de la electrónica, desde computadoras personales hasta industrias robotizadas, se aplica en la producción de bienes y servicios para satisfacer necesidades sociales, como ya lo has estudiado.

1.2.2

Las características de los circuitos de corriente alterna y continua La corriente eléctrica es un tema de gran importancia que estudiaremos a fondo durante los tres cursos. Por el momento, sólo necesitas saber que existen dos tipos de corriente: alterna y continua. Su principal diferencia consiste en que la continua viaja en un solo sentido, mientras que en la alterna su dirección se invierte (se alterna) en ciclos regulares. En electrónica se utilizan los dos tipos: la continua para alimentar de energía los componentes y la alterna para manejar la información que se transmite. Más adelante estudiaremos a fondo estos temas.

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El papel de la tecnología en la sociedad Activación de conocimientos Antes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro, reflexionen y contesten: A. Mencionen cuál creen que sea el objetivo de la tecnología. B. ¿Cómo ha cambiado la tecnología nuestras vidas?


ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

La influencia de la tecnología se puede cons- sistemas de comunicación y de control industrial tatar por los nuevos rasgos de la investigación, los nuevos patrones de trabajo y comunicación, y las formas de articulación entre investigadores y empresarios, proveedores y clientes, productores y consumidores. Las características de las tecnologías influyen en la organización social y la distribución del poder; al mismo tiempo, los factores sociales influyen en la tecnología.

dependen por entero de los productos electrónicos. El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática; ha permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costos de fabricación y de mantenimiento de los sistemas, además de ofrecer mayor velocidad y fiabilidad.

En el mundo contemporáneo se ha enfatizado el valor económico y de mercado de la tecnología más que su valor social; pero la tecnología puede contribuir aún más a la satisfacción de demandas sociales, a la resolución de desigualdades, a la inclusión social y a la obtención de soluciones a cuestiones como el cambio climático, el incremento de la esperanza de vida y la extensión de las fronteras del conocimiento.

Sin duda, pocas ramas de la ciencia han ofrecido un mayor número de transformaciones, y tan profundas, como las experimentadas en el campo de la electrónica.

Por tanto, el objetivo principal de la tecnología consiste en incrementar la eficacia y eficiencia de técnicas particulares y encontrar la mejor combinación de las mismas con el fin de crear productos de alta calidad.

1.2.3

La resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos

La tecnología para la satisfacción de necesidades e intereses sociales Activación de conocimientos Como ya estudiaste, los intereses sociales son los que comparte una gran cantidad de personas. La electrónica se aplica a procesos productivos industriales para fabricar una serie de dispositivos que contribuye a la operación y control de procesos y a su administración.

Antes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro, reflexionen y contesten: A. Para dar solución a un problema, ¿qué hacen primero? B. ¿Qué entienden por planteamiento?

La satisfacción de necesidades e intereses sociales de la electrónica, comunicación y sistemas de control

Un problema técnico es aquel que requiere la

Actualmente, la electrónica es la tecnología fundamental para el desarrollo social y la satisfacción de necesidades de la comunidad internacional. Los

aplicación de acciones instrumentales para ser resuelto: herramienta y maquinaria (medios técnicos); energía y energéticos; fuerza de trabajo; conocimientos y habilidades (gestos técnicos).

C. ¿Qué es un problema técnico?

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I

TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

La solución conlleva un plan de trabajo que incluye una secuencia de pasos, como: a) Descripción del problema

d) Representación gráfica de la solución

b) Alternativas de solución c) Elección de la solución adecuada

e) Desarrollo del proyecto

Un problema matemático, por ejemplo, no es un problema técnico, porque para resolverlo se utiliza la prueba lógica, que no requiere de las acciones instrumentales que conocemos. La fabricación de un dispositivo electrónico, en cambio, sí es un problema técnico.

La caracterización de los problemas técnicos en la comunidad relacionados con la electrónica En electrónica, los problemas a resolver están relacionados con alguna de las cuatro modalidades del manejo de información: 1. Generación y control

3. Almacenamiento y recuperación

2. Transmisión y recepción

4. Procesamiento y presentación

La tecnología y sus métodos de trabajo:  El trabajo por proyectos El proyecto técnico es un método para elaborar un plan de trabajo que dará solución a un problema con la ayuda de la tecnología. Está construido por un conjunto de conocimientos, estrategias, procesos y recursos orientados a resolver el problema, optimizar procesos o satisfacer una necesidad con la creación de un objeto técnico. En cualquier tipo de industria, el proyecto técnico considera todos los aspectos para la elaboración de un objeto técnico nuevo.  La resolución de problemas El proceso productivo es el conjunto de operaciones que se realizan para transformar las materias primas en productos o servicios. Pueden presentarse diferentes problemas técnicos relacionados con alguna de las personas, tareas o herramientas que intervienen en dicho proceso. Por tanto, es indispensable contar con soluciones y procedimientos, generales y particulares, que se apliquen a la resolución de los problemas técnicos, es decir, tener un plan de acción emergente.

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

La planeación, ejecución y evaluación de un proyecto de producción de la electrónica, comunicación y sistemas de control El proyecto técnico sigue una serie de pasos secuenciales que nos ayudan a conseguir nuestro objetivo con la menor cantidad de errores y demoras posibles:

6

Planeación. Presenta una visión panorámica del proyecto. En este punto, responde las siguientes interrogantes: ¿Qué vas a hacer? Define claramente y por escrito el objetivo del proyecto. ¿Cómo lo vas a hacer? Identifica todas las tareas que deben realizarse. ¿Qué recursos necesitas? Elabora una lista de los requerimientos materiales y virtuales.

1

¿Dónde obtendrás los recursos? Identifica las fuentes de información y los proveedores de los recursos que requieres.

2

¿Quién es responsable de cada tarea? Nombra un solo responsable por cada tarea, pues de no hacerlo, nunca será concluida; tener más de uno diluye las responsabilidades y crea conflictos personales.

Identificación de una necesidad. Se relaciona con alguna o varias de las cuatro categorías globales: generación, conducción, control y transformación. Delimitación del problema. A partir de las categorías generales se extraen objetos particulares. Si se trata de un problema de conducción, pregunta: ¿dónde se aplicará la solución? ¿Una casa? ¿Una oficina? ¿Una fábrica? ¿Una escuela? La delimitación señala el objeto particular sobre el que te enfocarás.

3

Búsqueda de información. Es posible que ya haya una o varias soluciones semejantes a la que estás planteando, lo cual es natural porque muchas personas se dedican a la misma actividad. Investiga en Internet cuáles son las soluciones ya existentes, compáralas con tu proyecto y busca la manera de enriquecerlo.

4

Construcción de la imagen-objetivo. Se formulan el o los propósitos del proyecto; esto promueve tu imaginación para la construcción de los escenarios deseables y la motivación por alcanzarlos.

5

Alternativas de solución. En tu investigación encontraste que existen varias alternativas de solución para satisfacer la necesidad que planteaste: diversos materiales, herramientas y máquinas. Para seleccionar la mejor opción toma en cuenta los siguientes aspectos: las acciones instrumentales que puedes ejecutar de manera efectiva, el costo del proyecto y el tiempo con el que cuentas para realizarlo.

¿Cuánto tiempo tomará cada tarea? Toda etapa debe tener un límite y coordinarse cronológicamente con la siguiente hasta el final.

7

Preparación. En esta fase, recopila los objetos materiales y virtuales necesarios para realizar el proyecto y haz un modelo prototipo del producto final (representación a escala del producto final).

8

Ejecución. Consiste en llevar a la práctica las tareas definidas en la planeación en el orden preestablecido. Es la aplicación de las acciones instrumentales necesarias para materializar el proyecto en un producto que satisfaga la necesidad detectada.

9

Evaluación. Concluido el proyecto, revisa el producto resultante, pruébalo en diferentes condiciones para determinar si satisface la necesidad; también establece si es posible incrementar su eficacia y eficiencia con algunas modificaciones o mejoras. Estudia con atención los pasos del proyecto técnico, pues los aplicarás para realizar el proyecto final en este curso. EDICIONES

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BLOQUE

I

TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

3. Aparato o mecanismo que desarrolla determinadas acciones previstas.

Retroalimentación

4. Caja o cubierta con que se resguardan los objetos que han de transportarse. Los productos de la técnica (aparatos o dispositivos) se dividen en cuatro grandes categorías.

5. Con sus trabajos revolucionó el mundo de la Fisica y sentó las bases para la Mecánica Cuántica.

A. Explica brevemente cada una con tus palabras:

Horizontales

Eléctricos

6. Conjunto de átomos, iguales o diferentes, que se encuentran unidos mediante enlaces químicos. Electromecánicos 7. Red eléctrica de interconexiones entre dos o más componentes que contiene al menos una trayectoria cerrada. Electrónicos 8. Manera de ser o incluso de expresarse. 9. Ciencia que observa la Naturaleza y trata de describir las leyes que la gobiernan mediante expresiones matemáticas.

Mecánicos

Anota la diferencia entre técnica electrónica y técnica eléctrica:

10. Campo de la Física que se refiere al diseño y aplicación de dispositivos.

1 2

3

4 6

B. Resuelve el crucigrama: 7

Verticales 1. Conjunto de instituciones, medios y mercados que canalizan el ahorro que generan las unidades de gasto con superávit.

8

9

2. Comunicación a distancia. Forma de comunicarse a distancia con las grandes masas de personas.

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10

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

C. Relaciona las columnas: ( ) Partes del circuito encargadas de realizar una tarea a) Dispositivo

en particular relacionada con el manejo de la señal electromagnética.

b) Módulos

( ) Manejan la información mediante la aplicación de leyes físicas inherentes y propias de cada componente. ( ) Es el ingenio que maneja la información en una

c) Secciones

o más de sus modalidades: generación y control; transmisión y recepción; etc.

d) Componentes integrales digitales

e) Componentes integrales análogos

( ) Transforman la señal en dígitos binarios (0 y 1) y utilizan funciones matemáticas para manejar la información.

( ) Partes independientes e intercambiables que forman el cuerpo del dispositivo.

D. Complementa la información: El átomo está integrado por un ______________circundado por una nube de______________. El núcleo está constituido por dos diminutas partículas llamadas__________________y_______________. Algunas características distintivas del ________________ son: __________________atómico, peso______________________, banda de ____________________, valencia. El átomo es la parte fundamental de toda la materia y la _____________del Universo. En Química recibe el nombre de elemento y se combina para formar estructuras más complejas llamadas __________________. Éstas, a su vez, se combinan para dar forma a estructuras todavía más complejas: todos los seres vivos y objetos inanimados. E. Contesta: 1. A la fuerza que une a los electrones, protones y neutrones se le llama: 2. Anota la definición de electricidad. 3. ¿Qué entiendes por cargas electrostáticas? 4. De acuerdo con la ciencia, ¿a qué se le llama Ley? 5. Anota la Ley de la atracción y repulsión magnéticas. 6. A la capacidad de ciertos materiales para ejercer fuerzas de atracción o repulsión sobre otros se le conoce como: 7. ¿Qué es la robótica? EDICIONES

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I

TÉCNICA Y TECNOLOGÍA

Retroalimentación

BLOQUE

F. Completa la infografía de acuerdo con lo que estudiaste en este bloque:

Ley de Ohm, 1827

Samuel Morse

George Boole

Teléfono, 1860

James Clerk Maxwell

Dimitri Mendeléyev

Corriente alterna

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ELECTRÓNICA, COMUNICACIÓN Y SISTEMAS DE CONTROL 1

integración

de conceptos bloque I Técnica y Tecnología

Repasa lo aprendido hasta el momento:

Toda la materia y la energía del Universo provienen del átomo, como lo explica la famosa ecuación de Albert Einstein.

E=mc2 E

El átomo está constituido por tres elementos fundamentales: protones con carga positiva, neutrones sin carga dominante —ambos forman el núcleo atómico— y electrones con carga negativa, los cuales forman una nube que circunda al núcleo en niveles energéticos precisos (órbitas).

E

N P P P N N

E

Las cargas eléctricas positiva y negativa se conocen como cargas electrostáticas y su comportamiento se define por la Ley que lleva el mismo nombre y estipula: En cualquier sistema que contenga cargas eléctricas, las cargas contrarias se atraen y las cargas iguales se repelen. Cargas iguales se repelen

Cargas contrarias se atraen

La estabilidad natural del átomo se explica por la Ley de Coulomb:

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos con cargas electrostáticas es proporcional a la intensidad de la carga presente en cada uno de ellos, dividida por el cuadrado de la distancia que los separa.

Al último nivel energético del átomo se le llama banda de conducción y los electrones que contiene se conocen como:

electrones libres

El movimiento de electrones libres por un material es lo que crea

el desplazamiento de las cargas eléctricas que constituye una corriente eléctrica.

De acuerdo con su valencia (la cantidad de electrones libres) los átomos se dividen en tres grupos:

donadores, receptores y ambivalentes

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Comunicación y Sistemas de Control Electrónica 1  

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