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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

1. INTRODUCCION. En el átomo existen las mismas cantidades de p + (cargas positivas) que de e- (cargas negativas) por lo que el átomo es neutro, es decir no tiene carga eléctrica. Algunos están

de

e-

estos

débilmente

ligados al núcleo y no permanecen siempre en 6 p+ 6n

el mismo átomo, si no que pasan de átomo a átomo

moviéndose

erráticamente: son los electrones libres.

Conductores: son sustancias que poseen muchos e- libres. El movimiento errático de estos e- puede encauzarse en una dirección y conseguir un flujo electrónico, por esto son precisamente buenos conductores de electricidad. Por ejemplo: la plata el cobre y el aluminio.

Aislantes o dieléctricos: son sustancias cuya estructura atómica retiene fuertemente a los e- por lo que es difícil que por el interior de tales sustancias circule un flujo electrónico. Por ejemplo: la porcelana y el vidrio.

Semiconductores: tienen propiedades intermedias entre ambos. La cantidad de e- libres depende de determinados factores como el calor y la luminosidad. Por ejemplo: el germanio y el silicio.

2. CORRIENTE ELECTRICA. En condiciones normales, los e- libres de un conductor se mueven erráticamente en todas las direcciones, los campos producidos se anulan y no hay flujo de e- en una dirección determinada.

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Si se aplica una diferencia de potencial d.d.p. entre los extremos del conductor, los e- en conjunto son transportados a través del conductor constituyendo la corriente eléctrica. “La corriente eléctrica es un movimiento de e- libres desde los puntos de menor potencial (-) a los puntos de mayor potencial (+)” Cuando se conecta una batería (pila, dispositivo que crea una d.d.p. entre sus bornes) como se indica, los e - libres del conductor son repelidos por el terminal negativo (-) y atraídos por el terminal (+), originándose un flujo de e a través de dicho conductor: corriente eléctrica.

MOVIMIENTO DE e-

Por ejemplo: si la tensión, voltaje o potencial que tenemos en el punto A (borne positivo de la pila) es VA=2V y la tensión en el punto B (borne negativo de la pila) es de VB=3V, tenemos: •

Partiendo del punto A: d.d.p. VB – VA = 3 – 2 = 1V ganancia de tensión VA – VB = 2 –3 = -1V caída de tensión

Partiendo del punto B: d.d.p. VA – VB = 2 – 3 = -1V ganancia de tensión El signo – indica que el punto B esta a un potencial mayor. VB – VA = 3 –2 = 1V caída de tensión

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

La ganancia de tensión es igual a la caída de tensión pero con signo contrario.

3. INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA (I).

I = cantidad de carga eléctrica que cruza la sección transversal de un conductor en un segundo. Sentido convencional de la I: del + al –

1mA= 10-3 A 1µA= 10-6 A 1nA= 10-9 A 1pA= 10-12 A Peligro de muerte por electrocución = 100mA

4. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA. •

Transporte de energía: al circular la corriente por las líneas transporta energía eléctrica.

Produce calor: aprovechable por ejemplo para la producción de algunos electrodomésticos: planchas, estufas...

Magnetismo: cuando la corriente eléctrica circula por un conductor arrollado sobre una pieza de material magnético, este se magnetiza: esta es la base de funcionamiento de los electroimanes, motores y alternadores.

Acción química: la corriente eléctrica descompone los líquidos cuando circula a través de ellos, por ejemplo se utiliza para cargar baterías.

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

Las conmociones eléctricas producidas en el cuerpo humano son debidas a la acción química de la corriente sobre las células. Aunque nos preocupa el voltaje como causa que produce las conmociones eléctricas, es la corriente la que produce el daño (los nervios son los mejores conductores del cuerpo humano).

5. DIFERENCIA

DE

POTENCIAL

d.d.p.

Y

FUERZA

ELECTROMOTRIZ f.e.m. Cuando no se mantiene la d.d.p. (diferencia de potencial) entre dos puntos la corriente cesa en cuanto los e- sobrantes del terminal negativo (-) alcanzan el terminal positivo (+) y se igualan los potenciales en ambos puntos. Es necesario un dispositivo llamado generador eléctrico, capaz de proporcionar una fuerza, f.e.m., que mantenga la d.d.p., efectuando el trabajo de transportar las cargas negativas del terminal positivo (+) al negativo (-) por el interior del generador. La f.e.m. es la causa y la d.d.p. el efecto. La f.e.m. es la fuerza que mantiene la d.d.p. Son generadores eléctricos: Pilas y acumuladores: transforman la energía química en eléctrica.

Alternadores y dinamos: transforman la energía mecánica en eléctrica.

+ -

BATTERY 2

POLO POSITIVO POLO NEGATIVO

1

6. CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. Continua = Es la que proporcionan las baterías de acumuladores, pilas, dinamos y células fotovoltaicas. Se caracteriza porque los

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

electrones libres siempre se mueven en el mismo sentido por el conductor con una intensidad constante. Alterna = Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes). En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones), además cambia de sentido de circulación a razón de 50 veces por segundo. Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) varía con el tiempo en forma de onda senoidal, no es constante. Esta onda senoidal se genera 50 veces cada segundo, es decir tiene una frecuencia de 50Hz (hertzios), en EEUU es de 60Hz. Como vemos pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima que es de 325V. Es tan rápido cuando no hay tensión que los receptores no lo aprecian y no se nota. Esta onda se conoce como onda alterna senoidal y es la más común ya que es la que tenemos en nuestras casas. La onda de la intensidad sería de igual forma pero con los valores de la intensidad lógicamente, en lugar de los de la tensión. ¿Por qué se dice que hay una tensión de 220V en los enchufes?. Como la tensión varia constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz. Este valor es el valor que debería tener en corriente continua para que produjera el mismo efecto sobre un receptor en corriente alterna. Es decir si conectamos un radiador eléctrico a 220V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima de 325V (tensión variable), en este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión de 220V, aunque realmente no sea un valor fijo sino variable.

Vef = Vmax / √2

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

7. RESISTENCIA ELECTRICA R. Es la oposición que todo conductor presenta al paso de la corriente eléctrica. •

Cuantos más e- libres tenga un conductor mayor será la carga que pueda desplazarse, luego mayor es la resistencia.

Cuanto mayor es la longitud de un conductor mayor es su resistencia.

Cuanto mayor es la sección transversal del conductor menor es su resistencia.

1mΩ = 10-3 Ω 1KΩ = 103 Ω 1MΩ = 106 Ω 1

2 R

R

Por ejemplo, hallar la R de un conductor de cobre de 2 Km de longitud y 3 mm2 de sección:

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

8. VARIACIÓN DE LA RESISTNCIA CON LA TEMPERATURA Por lo general, la resistencia aumenta con la temperatura en los conductores metálicos. Este aumento depende del incremento de la temperatura y de la materia de que este constituido dicho conductor. Esto, a veces, es un inconveniente, por ejemplo, en las medidas eléctricas, que pueden verse distorsionadas por este fenómeno. Por esta razón, es conveniente utilizar materiales con un bajo coeficiente de temperatura para la construcción de aparatos de medida. En otros casos, este aumento de resistencia puede ser beneficioso, como por ejemplo, para medir temperaturas por medio de resistencias que posean un alto coeficiente de temperatura (termómetros electrónicos).

∆to = elevación de la temperatura en o C Ro = resistencia a 20o C Α = coeficiente de temperatura a 20o C R = RO (1 + α ∆to)

9. DISIPACIÓN DE LAS RESISTENCIAS Al circular por una R una corriente de I amperios durante t segundos se desarrolla un trabajo y una cantidad de calor:

Esta energía se conoce como perdida por calentamiento o por efecto Joule. En la mayoría de los aparatos conviene que sea mínima, por que no se utiliza y aumenta la temperatura de los mismos. En planchas, estufas,...se favorece este calentamiento. ELEMENTOS DE SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES.

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

Los excesos de temperatura que se pueden producir en los conductores los pueden destruir inmediatamente. Este es el caso del cortocircuito (corriente muy elevada que no puede durar mucho tiempo porque destruye todos los elementos del circuito que se encuentran a su paso). El cortocircuito se produce cuando se unen accidentalmente las dos partes activas del circuito eléctrico: error de montaje, fallo de un aislamiento que separa las partes activas... En un cortocircuito la intensidad de corriente que aparece es muy elevada, debido a que la única resistencia que aparece en el circuito es la propia de los conductores de línea. En el caso de que esta resistencia sea muy baja o cuando trabajamos con tensiones elevadas, pueden llegar a establecerse miles de amperios. Si esta fuerte intensidad no se corta inmediatamente, los conductores se destruyen por efecto del calor en apenas unos milisegundos. Se produce una sobrecarga cuando hacemos pasar por un conductor eléctrico más intensidad de corriente que la intensidad para la cual ha sido calculada la línea. Las sobrecargas pueden venir provocadas por conectar demasiados receptores en una línea eléctrica, por un mal funcionamiento del receptor que tiende a un mayor consumo eléctrico o por un motor eléctrico, que es obligado a trabajar a mayor potencia que la nominal. Las sobrecargas originan un aumento de intensidad por los conductores que, con el tiempo suficiente, puede llegar a provocar su destrucción por elevación de temperatura. Un fusible está compuesto por un hilo conductor de menor sección que los conductores de línea. En caso de una sobrecarga o cortocircuito, la intensidad se eleva a

valores

peligrosos

para

los

conductores de la línea y el fusible que es más débil se funde debido al efecto Joule e interrumpe el circuito antes de que la intensidad de la corriente alcance esos valores peligrosos. Para que 8

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

el hilo del fusible se caliente antes que los conductores de la línea, debe ser de mayor resistencia eléctrica (hilo de menor sección). Los fusibles están calibrados en amperios, que indican la intensidad que puede pasar por él sin fundirse.

10.

CLASIFICACION DE LAS RESISTENCIAS.

FIJAS

VARIABLES

RESISTENCIAS

Aglomeradas

DEPENDIENTES Potenciómetros de capa NTC (disminuye

De película de de carbón

temperatura)

carbón

PTC

De

Potenciómetros película bobinados

(aumenta

con

la

con

la

temperatura)

metálica

Potenciómetros

LDR (modifica su resistencia

bobinadas

multivuelta

en función de la intensidad

Potenciómetros miniatura

luminosa que incide sobre su superficie) VDR (modifica su resistencia en

función

del

potencial

aplicado a sus extremos) MDR (la resistencia depende de la inducción magnética a la que es sometida)

Existen tres tipos de resistencias, fijas, variables y dependientes. Resistencias fijas, se caracterizan por mantener un valor óhmico fijo, para potencias inferiores a 2 W suelen ser de carbón o de película metálica. Mientras que para potencias mayores se utilizan las bobinadas. Resistencias variables, la variación puede ser rotativa o lineal.

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

Según la forma constructiva pueden ser bobinadas, para potencias grandes, o de pista de carbón. Cuando se varían con ayuda de una herramienta se denominan ajustables, mientras que cuando disponen variarlas

de

un se

vástago

para

denominan

potenciómetros.

Y a la vez pueden ser, de conexión vertical y ajuste horizontal, o de conexión horizontal y ajuste vertical.

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

Resistencias dependientes, existen cinco tipos de resistencias dependientes: NTC, PTC, LDR, VDR y MDR. NTC: Resistencia de coeficiente negativo de temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la misma

disminuye

su

valor

óhmico. Si nos pasamos de la temperatura máxima o estamos por debajo de la mínima se comporta de forma inversa. Se utiliza en aplicaciones relacionadas con la temperatura. PTC: Resistencia de coeficiente positivo de temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la misma aumenta su valor óhmico. En realidad es una NTC que aprovechamos su característica inversa

entre dos valores de

temperatura conocidos, T1 y T2

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

LDR: Resistencia dependiente de la

luz.

Cuando

intensidad

aumenta

luminosa

sobre

la la

misma disminuye su valor óhmico. Se

utiliza

en

relacionadas

con

aplicaciones la

intensidad

luminosa.

VDR: Resistencia dependiente de la tensión. Cuando aumenta la tensión en sus extremos disminuye su valor óhmico, y circula más corriente por sus extremos. Se utiliza como protección para evitar subidas de tensión en los circuitos. Cuando se supera la tensión de la VDR la corriente se marcha por ella y protege al circuito.

Los símbolos de estas resistencias son:

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

Los fabricantes, además de dar el valor en ohmios de las resistencias, indican la potencia de la misma en watios. La potencia indicada requiere unas condiciones de instalación que permita la ventilación del calor desarrollado fácilmente. Como en los aparatos electrónicos se acumulan muchas resistencias en un espacio muy reducido, sin buena

ventilación

deben

elegirse

resistencias

de

potencia

superior:

aproximadamente de 2 a 4 veces más que la necesaria. •

Bobinadas: potencia > 2W

Composición: potencia <=2W (1/4w, 1/2w,1w)

11.

CODIGO DE COLORES DE LAS RESISTENCIAS.

Para indicar el valor de una resistencia y la tolerancia (diferencia entre su valor real y su valor nominal) se emplean colores. A cada color le corresponde un número.

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

Para determinar el valor de una resistencia se sitúa la resistencia con el anillo de tolerancia hacia la derecha; dicho anillo suele encontrarse más distanciado del resto. El primer anillo, comenzando desde la izquierda, indica la primera cifra del valor de la resistencia; el segundo anillo la segunda cifra, y en el caso de estar trabajando con una resistencia de 5 anillos, el tercero indicará la tercera cifra. A continuación se multiplica la cifra obtenida por el valor indicado en el multiplicador y obtendremos el valor de la resistencia. El último anillo, es decir, la tolerancia, indica los márgenes en los cuales podrá fluctuar el valor de la resistencia.

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

Por ejemplo, si tenemos una resistencia con los colores, rojo, violeta, amarillo y oro, colocados en este orden, dicha resistencia tendrá, el siguiente valor: Rojo=2

amarillo=104

violeta=7

oro=±5%

27 × 10000 = 270000 Ω = 270KΩ

12.

256500Ω 283500Ω

MEDIDA DE LA INTENSIDA. AMPERÍMETROS.

Los aparatos empleados para medir la I se llaman amperímetros: poseen dos terminales, uno marcado con el signo (+) y otro con el signo (-) que sirven para conectarlo a los circuitos.

Se debe conectar el amperímetro al circuito en serie: se corta uno de los hilos de la línea y se intercala entre los dos extremos cortados, uniendo la borna (+) del amperímetro con el trozo de hilo que va al (+) del generador y la borna (-) del amperímetro al trozo que va al (-) del generador. Si se invierten las tensiones la intensidad marcada será en sentido contrario).

+

A

-

1

1

50mA

2

5K 2

10V

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TEMA 1: CONCEPTOS GENERALES.

2

10V

13.

1

A

50mA

5K

-

2

1

+

El amperímetro esta soportando toda la tensión de la batería. Un amperímetro no resiste las más pequeñas tensiones y si se conecta entre los dos hilos de una línea se quema.

MEDIDA DE TENSIONES. VOLTÍMETROS.

Se utiliza el voltímetro.

Hay que intercalarlo entre los dos hilos de la línea.

1

1

+

V

-

V

-

1

1

+

5K 2

2

10V

16

2

5K 2

10V

Hay que conectar los bornes del voltímetro con los del mismo signo del generador o de la carga.

El conductor interior del voltímetro esta calculado para que la corriente que circule por el mismo sea despreciable. Se quemaría.

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Tema 1 - Conceptos Generales  

Tema 1 (Conceptos Generales) de el módulo Elementos de Telecomunicaciones del Ciclo de Grado Superior ST3, Somorrostro, curso 2012-2013.

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