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SENA - Curso virtual de Electrónica Básica

Fundamentos Eléctricos

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE

SENA

CURSO VIRTUAL

ELECTRÓNICA BÁSICA

MATERIAL DE APOYO

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Fundamentos Eléctricos

SEMANA 1

FUNDAMENTOS ELÉCTRICOS Esta semana trabajaremos los temas "Principios de la Electricidad" y “Magnitudes Eléctricas”. INTRODUCCIÓN Este primer tema pretende que usted se familiarice con las diferentes formas de producir corriente eléctrica, además, se le ofrece un recuento histórico de las primeras manifestaciones que el hombre identificó. OBJETIVO Al terminar el tema 1 usted estará en capacidad de reconocer las diferentes formas de producir corriente eléctrica. CONTENIDOS 1. Naturaleza de la electricidad. EL átomo La estática Generación de la electricidad 2. Magnitudes eléctricas. El voltio El amperio El ohmio El watio

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NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD Los antiguos griegos comprobaron que el ámbar (Elektrón) frotado con lana atraía cuerpos ligeros; nosotros lo justificamos diciendo que el ámbar está electrizado, que posee carga eléctrica o bien que está cargado. En las experiencias actuales se utiliza la ebonita, la cual al frotarla con piel atrae durante un corto tiempo a cuerpos pequeños, para soltarse después debido a que ha sido electrizado el cuerpo atraído con cargas del mismo signo que la ebonita, y comienza la repulsión. Si ahora frotamos una barra de vidrio con seda y la ponemos en contacto con bolitas de médula de saúco, veremos que ocurre el mismo fenómeno que con la ebonita, es decir, serán atraídas por el vidrio y al cabo de un corto tiempo serán repelidas por éste y entre sí. Si a continuación acercamos una bolita que ha estado en contacto con ebonita electrizada, a otra bolita que ha estado en contacto con vidrio electrizado, veremos que ambas bolitas se atraen. Esto nos lleva a la conclusión de que hay dos clases de carga eléctrica, la que tiene la ebonita frotada con piel o carga negativa y la que tiene el vidrio frotado con lana o carga positiva. Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas en los cuerpos, son adquiridas o transmitidas. Cuando se pierden electrones se adquiere carga positiva, y cuando se ganan electrones se tiene carga negativa. El electrón está en la materia, mucho más allá de las células, en los confines de la composición esencial de las cosas o elementos químicos que nos forman; en cada cosa que tocamos y vemos; sólo que está potencialmente estática o quieta y gracias a los avances tecnológicos se ha logrado hacer uso de ella, para el beneplácito y desarrollo evolutivo tecnológico del hombre. Se ha descubierto que en algunos lugares de la naturaleza, la corriente eléctrica se encuentra en grandes cantidades y si se canaliza adecuadamente, podemos servirnos eficazmente de ella. La materia y sus estados. Simple y llanamente, es todo aquello que nos rodea y que estimula los sentidos de diferente manera. Está hecha de un sinnúmero de sustancias que ocupan un espacio o lugar y cada una tiene sus características y propiedades físicas y químicas, por ejemplo: El agua: Se presenta en estado líquido, (Fluido). El hierro: Se presenta en estado sólido, (Contextura dura). El oxigeno: Se presenta en nuestro medio en un estado gaseoso, (Gas volátil).

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La materia, también la podemos encontrar en un estado puro o en estado compuesto. Se sabe que está en estado puro, cuando la subdividimos en partículas muy pequeñas y encontramos que todas ellas son homogéneas y únicas, a éstas le llamamos: átomos. El compuesto, como su nombre lo indica, es materia de varios elementos puros y juntos, es decir, dividiéndolos en su mínima expresión, encontramos que su partícula mínima es heterogénea o hecha de diferentes átomos. A la mínima expresión física de la materia compuesta, se le llama: Molécula, por ejemplo: El agua, tiene tres elementos, dos de Hidrógeno y uno de Oxígeno; su fórmula ya conocida por todos es: H2O, o en otras palabras, el agua está compuesta por tres átomos, dos de Hidrógeno (elemento puro), y uno de Oxígeno (otro elemento puro) H20

Molécula del agua. EL ÁTOMO. Es la expresión de la materia, más pequeña o mínima, en que un elemento se puede sub-dividir. Observemos la estructura física o forma del Helio.

Órbita Neutrón Electrón Protó

Átomo de Helio.

Caracterización del gas de Helio Protones: Cargas eléctricas positivas (El helio tiene dos). Neutrones: No tiene cargas eléctricas, como su nombre lo indica. (El helio tiene dos). Electrones: Cargas eléctricas negativas. (El helio tiene dos).

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Cuando un átomo tiene igual número de electrones y de protones o, en otras palabras, igual número de cargas eléctricas contrarias, se dice que el átomo está equilibrado o neutro. Dice una teoría: “la unión de un protón y un electrón forma un neutrón. Un átomo se vuelve IÓN positivo, cuando éste pierde uno o más electrones. Cuando el átomo recibe o “gana” electrones (donados por otro átomo), se le llama IÓN negativo. Observe la figura siguiente: ¿Le encuentra algún parecido al sistema solar?

Núcleo de Protones. Estructura del átomo de Oxígeno. La órbita más cercana al núcleo, tiene dos electrones y son fuertemente atraídos por el núcleo, cuya carga es positiva. La segunda órbita tiene seis electrones girando alrededor del núcleo. En este nivel, la atracción que el núcleo ejerce sobre los electrones es menor que la ejercida sobre los electrones de la primera órbita. Esa fuerte o ligera atracción es la que define la dureza física de un material o elemento de la naturaleza. La disposición de los electrones y cantidad de órbitas tienen su orden lógico y característico según el elemento natural. Para una mejor comprensión y dominio de este tema, usted podrá consultar el capítulo “estructura de la materia”, en cualquier texto de química básica.

La materia prima del átomo ¿ Cómo utilizar la energía contenida en el átomo?

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Según sus estudios previos, usted sabe que existen átomos que poseen 32 electrones o más, distribuidos en varios niveles. Igualmente, sabe que los electrones se desprenden de las últimas órbitas de la estructura del átomo. Así, elementos como el Uranio y el Plutonio, conocidos comúnmente como materiales radioactivos, permiten la propagación de electrones libres al aire (radiación), los cuales son perjudiciales al actuar con una alta velocidad de propagación, sobre las células vivas. En conclusión, el átomo posee una valiosa carga eléctrica negativa llamada, ELECTRÔN, que es la que estaremos utilizando de ahora en adelante como materia prima de la electrónica, y que se mueve a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo; el otro asunto es, ¿cómo obtener, canalizar y dirigir estas cargas para realizar un trabajo objetivo? La respuesta la encontrará a través de este interesante curso de auto formación que le hemos planteado y que usted ha abordado desde hoy Niveles de energía: En electrónica, una órbita es un nivel de energía. Los electrones que estén situados en órbitas cerca al núcleo tiene, poco nivel de energía; por el contrario, cuando el electrón esta en una órbita lejana al núcleo del átomo este electrón posee mucha energía. ¿Cómo obtener energía de un átomo? Bastará con hacer pasar los electrones de las órbitas interiores a las órbitas más exteriores. Para tal cometido, el átomo deberá someterse a cierto tipo de “torturas”, por decirlo así; y son del tipo: a. Presión o vibración física. b. Reacción química. c. Calor.

d. Fricción o roce. e. luz. f. Influencia magnética

Fuentes de electricidad Como ya se ha indicado, el fenómeno de la electricidad es creado por el desplazamiento de los electrones de sus posiciones naturales dentro de los átomos. Entre las personas que trabajan con la electricidad, el dispositivo o máquina que causa este movimiento o desplazamiento de los electrones, comúnmente es llamado la fuente de fuerza electromotriz (F .E. M.).Todos los abastecedores de electricidad son en realidad convertidores de energía, en los cuales cualquiera de las formas más comunes de energía como calor, luz, o energía mecánica son transformadas en energía eléctrica.

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Convertidores de energía mecánica a eléctrica La única cosa común en los convertidores de energía mecánica a eléctrica es que todos ellos dependen de un movimiento mecánico para producir fuerza electromotriz. Este movimiento se puede aprovechar para: -Producir fricción entre dos cuerpos. -Producir el desplazamiento de un imán para que atraviese a un conductor eléctrico. -Producir una presión en un cristal. Estudiaremos a continuación cada una de estas formas de generar corriente eléctrica: Generación de electricidad por fricción. Si se colocan los terminales de una lámpara de neón, lo suficientemente sensible, entre la varilla y uno de nuestros dedos, la lámpara emitirá un rayo de luz, detectando así la presencia de una fuerza electromotriz.

Debido a su baja eficiencia este tipo de convertidor no es muy utilizado en la industria. La electricidad se produce frecuentemente como resultado indeseable de la fricción entre dos objetos en movimiento. Es así como las nubes se cargan al moverse a través de la atmósfera y al chocar producen el rayo, cuyo poder destructivo es un claro ejemplo de la cantidad de energía que pueden transportar los cuerpos cargados eléctrica mente. En las imprentas y editoras de periódico se genera electricidad por fricción entre los rodillos de las máquinas impresoras y el papel que pasa alrededor de ellos. Para evitar que la electricidad así generada pueda descargarse en las personas que operan las máquinas, éstas deben tener aditamentos especiales que conduzcan la electricidad a tierra, así como los carro tanques de combustible descargan a tierra a través de una cadena.

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Generación de electricidad por magnetismo Cuando se mueve un imán hacia arriba y hacia abajo por entre una bobina de alambre de cobre, se produce un flujo de electrones en el trayecto formado por la bobina y el medidor, (Amperímetro).

PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD POR MAGNETISMO ES NECESARIO QUE HAYA MOVIMIENTO RELATIVO ENTRE LAS LINEAS DE FUERZA Y EL CONDUCTOR QUE LAS CORTA.

Este método de producción de electricidad es el más utilizado en la actualidad. La electricidad que nos venden las empresas productoras de energía y que llega a nuestros hogares, es producida por este método. Se usa el mismo principio en los generadores eléctricos de los automóviles. Generación de electricidad por presión Un material de tipo especial, el cristal piezoeléctrico, convierte lo energía mecánica en eléctrica al ser presionado. Cuando un cristal piezoeléctrico se conecta a una lámpara de neón y es golpeado con un mazo, la lámpara emite un breve rayo de luz. 8


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. Los cristales piezoeléctricos son hechos de compuestos como el cuarzo, sal de rochelle, turmalina y titanio de bario. Generalmente son cubiertos con plata dos lados opuestos del cristal y a ellas se le suelda conductores de cobre delgado y flexible.

APLICACIONES Muchos tocadiscos usan un pequeño cristal piezoeléctrico cerco de la aguja, lo cual al pasar sobre la grabación del disco tuerce el cristal y genera pequeños valores de fuerza electromotriz. Estos valores son imágenes de los sonidos grabados en el disco. Con la amplificación necesaria estas señales pueden hacer funcionar un parlante como los que usted conoce. los cristales piezoeléctricos tienen muchos aplicaciones en la industria. Registran niveles de ruido, detectan cambios de presión, etc.

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EL EFECTO PIEZOELECTRICO CONSISTE PRODUCIR UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ (F.E.M.) POR MEDIO DE UNA PRESION

CONVERTIDORES DE ENERGIA QUIMICA A ELECTRICA los dispositivos que producen uno fuerzo electromotriz por uno ACCION QUIMICA son los pilas voltaicas o simplemente pilas y los baterías o acumuladores. .

Su funcionamiento se basa en la reacción química entre dos sustancias diferentes. Si introducimos dos placas metálicas o electrodos tales como cobre y zinc en una Solución de ácido sulfúrico y agua, podemos comprobar la existencia de una fuerza electromotriz entre las dos placas.

las pilas voltaicas o pilas secas como las utilizadas para las linternas, son descendientes directas de la pila anterior. Cuando los pilas secas se descargan eléctrica mente, deben desecharse, ya que los materiales de la reacción química se han agotado.

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las baterías o acumuladores, como las utilizadas en los vehículos automotores, se diferencian de las pilas voltaicas en que las baterías después de descargarse eléctricamente, se pueden cargar nuevamente. Convertidores de energía radiante a eléctrica Energía radiante es el nombre que se da a la energía proporcionada por fuentes de calor o de luz, como el sol. Hay dos convertidores de energía radiante a energía eléctrica en uso actualmente y son: El termopar y la celda fotovoltaica. El termopar Cuando se calienta la unión de dos metales diferentes, por ejemplo níquel y latón, la energía del calor lleva los electrones libres de un metal a otro, produciendo entre los dos una fuerza electromotriz.

APLICACIONES Los termopares tienen varias aplicaciones en el hogar y en la industria. Se usan en: termómetros, controles de temperatura en hornos y alarmas contra incendio. EL TERMOPAR TRANSFORMA LA ENERGIA CALORIFICA EN ELECTRICIDAD

La celda fotovoltaica. Convierte la energía lumínica o de la luz en electricidad. Se le conoce también como celda fotoeléctrica.

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Un tipo de celda fotovoltaica consiste en una especie de emparedado con tres materiales diferentes.

Una primera capa delgada y traslúcido de oro o plata deja pasar la luz que es recibida por la capa sensible de selenio, creándose de esta forma una fuerza electromotriz entre las dos capas exteriores. Aplicaciones las celdas fotovoltaica se utilizan en medidores de iluminación, cámaras fotográficas automáticas, iluminación de vías públicas, ascensores, etc.

LA CELDA FOTOELÉCTRICA TRANSFORMA LA ENERGIA LUMÍNICA EN ELECTRICIDAD

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA Los electrones al desplazarse y producir un flujo o corriente no se mueven siempre en la misma dirección y por esta razón usted seguramente ha oído mencionar dos tipos de corriente: CORRIENTE DIRECTA Y CORRIENTE ALTERNA Corriente alterna Cuando el flujo de electrones varía periódicamente de dirección, se dice que la corriente eléctrica es una corriente alterna. la dirección del flujo de la corriente alterna se invierte periódicamente

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La polaridad de un generador de corriente alterna está cambiando constantemente, así que a ningún terminal, de la fuente que la produce, se le puede asignar el nombre de positivo o negativo. Una de las características más importantes de la corriente alterna es la frecuencia. La frecuencia representa el número de veces que la corriente cambia de dirección en un segundo. La frecuencia se da en ciclos por segundo (C / seg.) O Hertz (Hz) la corriente alterna se nombra con las siguientes abreviaturas: A.C, C.A. La fuente de corriente alterna más utilizada es el generador de corriente alterna o alternador. Aplicaciones La corriente alterna es la más utilizada en el momento; la corriente eléctrica que venden las empresas de energía, o electrificadoras, y que llega a nuestros hogares, es una corriente alterna de 60 C / seg (ciclos por segundo) ó 60 Hertz. V Corriente Alterna

t Corriente directa Cuando el flujo de electrones se da siempre en una misma dirección, se dice que la corriente eléctrica es una corriente directa. LA DIRECCION DEL FLUJO DE LA CORRIENTE DIRECTA ES SIEMPRE EL MISMO DE NEGATIVO (-) A POSITIVO (+)

LA DIRECCION DEL FLUJO DE LA CORRIENTE DIRECTA ES SIEMPRE EL MISMO DE NEGATIVO (-) A POSITIVO (+)

V

NIVEL D. C

t

El término corriente continua (C.C.) algunas veces se utiliza para expresar corriente directa. La corriente directa se le asignan las siguientes abreviaturas: C.D. D.C. C.C.

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De las fuentes de corriente directa más utilizadas, tenemos las siguientes: Generadores de corriente directa o dinamos Baterías o acumuladores Pilas voltaicas o pilas secas Aplicaciones La corriente directa tiene muchos usos; Se utiliza generalmente en: alumbrados portátiles (linternas), alumbrados de emergencia en fábricas y almacenes, plantas telefónicas, vehículos automotores, etc. Se debe tener sumo cuidado al utilizar la C:C, ya que obliga al usuario, tener muy en cuenta, la manera de conectar su polaridad, pues, algunos equipos al no ser conectados correctamente, pueden sufrir destrucción al energizarse. Electricidad estática: Se refiere a corriente en reposo o sin movimiento. Electricidad dinámica: Expresa electrones en movimiento y gracias a ella son posibles múltiples aplicaciones para la vida diaria. Ejemplos: mover motores eléctricos, encender lámparas, hacer funcionar el teléfono, energizar televisores, equipos de sonido, etcétera. Arco eléctrico: Se trata de corriente dinámica y se presenta diaria y constantemente cuando dos nubes cargadas estáticamente, una con un polo negativo (-), y la otra con polo positivo (+), se acercan mutuamente hasta romper el aislante de aire que las separa produciendo así, (por ley de cargas eléctricas) una corriente dinámica de gran magnitud, manifestada en un fuerte “chispazo“ conocido técnicamente como arco eléctrico y vulgarmente como “rayo”. Otro nombre que recibe el arco eléctrico es el Tesla en honor a su investigador “Nikola Tesla” Expresión gráfica de los tipos de corrientes A continuación, vamos a estudiar las características de los tipos de corriente ya enunciados. recordemos los componentes del plano cartesiano. Y

X

X

y PLANO CARTESIANO. 14


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Eje X: Es la línea horizontal del plano (abscisa). En ella registramos la variable tiempo. Recordemos que el desplazamiento a la derecha equivale al sentido positivo y viceversa. Eje Y: Es la línea vertical del plano (ordenada). En ella identificamos y cuantificamos gráficamente los niveles positivos y negativos de una señal electrónica. Este signo ( + ) corresponde a Polaridad positiva, y este otro ( polaridad negativa, y polo neutro es ( 0 ).”cero”

-

) indica

La figura siguiente TE8, ilustra gráficamente la corriente continua, con relación al tiempo y a su nivel. Vcc o Vdc

Voltios

+12 +9 +6 +3

Nivel o amplitud

Vcc y Vdc = Voltaje de corriente continua o corriente directa.

0

Rizado o Ripple: A pesar de lo continua que sea una corriente, puede sufrir sobre su nivel máximo, una variación muy leve pero rápida y constante. Se le llama rizado. Esto trae problemas para la calidad de la función del aparato, pero puede corregirse con un buen filtrado de la fuente, aspecto que estudiaremos a su debido tiempo. 12V RIPPLE O RIZADO

Level o nivel

0V

Transientes: Son cambios esporádicos de nivel, causados por deficiencia de la fuente o exceso de carga o consumo del receptor.

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12V

Nivel Transiente

Nivel normal

Transiente

0V

Transformación de la energía: La energía no se destruye sino que se transforma.

6v

Aquí, la energía suministrada por la batería de 6V es transformada Luz y Calor.

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¿Por qué un material es conductor de electrones y otro no? Un material conductor es aquel que tiene su estructura atómica dispuesta de tal manera que los electrones más alejados del núcleo son débilmente atraídos por él. Es importante conocer que en un átomo se encuentran dos bandas, así: 1. Banda de valencia, cerca del núcleo. 2. Banda de conducción, lejos del núcleo.

Y entre estas dos bandas, se encuentra el gap o abertura (región prohibida de energía) Los elementos que poseen átomos sin gap, o zona prohibida, se consideran conductores eléctricos y tienen también en sus últimas órbitas, abundancia de electrones.

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MAGNITUDES ELÉCTRICAS Llamamos Magnitudes físicas a las propiedades de los cuerpos que pueden medirse y para determinar esto es necesario compararla con alguna otra de la misma especie que se toma como patrón ó unidad de medida. El resultado de una medida se expresa mediante una cantidad numérica seguida de la unidad utilizada y los nombres para la unidad tienen que cumplir una serie de normas incluyendo también un símbolo que destaque y diferencie una unidad de otra para que su lenguaje sea universal Los arcos eléctricos en la naturaleza llamados comúnmente “rayos”, pueden producirse de dos formas: una, entre nube y nube (Difusos) cuando sus respectivas cargas eléctricas son contrarias y otra, entre nube y tierra (Lineal) cuando la nube está cargada positivamente. Las cargas son tan altas que rompe la barrera del espacio que separa las dos nubes debido al gran diferencial de potencial que fueron generadas entre ellas; Produce una elevada iluminación a razón de la ionización del aire, un fuerte estruendo (ruido) por el choque entre cargas eléctricas y generando por efecto natural, Ozono, elemento de vital importancia en la atmósfera para bloquear los rayos ultravioleta generados por el sol y que son perjudiciales para la piel.

Nube cargada estáticamente negativa

Arco eléctrico o rayo

Nube cargada estáticamente positiva

Estos rayos son un claro ejemplo, que nos explica, como la energía estática pude dejar de serlo, y puede volverse energía dinámica al mover sus cargas, a razón de su diferente polaridad, y diferente magnitud. En electrónica, se tiene una gran variedad de unidades de medida, destinadas para cada uno de los fenómenos que comprometen a la misma; estas unidades tienen su propio nombre y símbolo, que en honor a su descubridor, corresponden casi siempre a él. Las unidades eléctricas más relevantes, y de las magnitud tenemos:

cuales destacaremos su

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MAGNITUD

NOMBRE DE LA UNIDAD

RESISTENCIA ELÉCTRICA DIFERENCIA POTENCIAL

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SIMBOLO QUE LO DIFERENCIA

OHMIO

DE

NOMBRE DEL DESCUBRIDOR

OHM

VOLTIO

E, V, U

VOLTA

CORRIENTE ELÉCTRICA

AMPERIO

A

AMPERE

POTENCIA ELÉCTRICA

VATIO

W

WATT

DIFERENCIA DE POTENCIAL Todos los átomos de los cuerpos en estado natural se encuentran equilibrados, o sea, todos poseen igual número de electrones e igual número de protones En temas anteriores vio usted que si un átomo está desequilibrado se puede encontrar en dos formas: Con mayor número de protones que de electrones Con mayor número de electrones que de protones

A estos átomos también se les llama átomo de potencia positiva o cargado positivamente, o átomo de potencia negativa o cargado negativamente.

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Al átomo que se encuentra en su estado natural lo llamaremos átomo de potencia neutra o átomo sin carga. Un átomo o un cuerpo se desequilibra cuando es aplicada a éste una fuerza externa que hace que el átomo pierda o gane electrones. De a cuerdo con esto, se pueden presentar tres casos:

Caso 1 +

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

+

+

Potencial neutro

Caso 2 +

+

+

+

-

-

-

-

Potencial positivo

Caso 3 +

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

Potencial negativo

EL POTENCIAL ES EL ESTADO ELÉCTRICO EN QUE SE ENCUENTRA UN CUERPO

En la figura anterior, tenemos como ejemplo tres cuerpos iguales y nos imaginamos que los átomos que conforman cada cuerpo tienen la misma estructura en cuanto a electrones y protones. Si analizamos cada átomo, podemos determinar el potencial, con el solo hecho de hallar la diferencia entre sus protones y electrones. 19


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En el primer caso Los átomos del cuerpo, como se dijo anteriormente, tienen 6 protones y 6 electrones, la diferencia es 0 o sea que su potencial es 0. Segundo caso La diferencia es 3 protones (+2), su potencial es (+)2 Tercer caso La diferencia es (-2), su potencial es (-)2 Tomemos los casos 2 y 3 anteriores. En el caso 2 el átomo tiene una potencia de +2, o sea que posee 2 protones más En el caso 3 el átomo tiene una potencia de -2, o sea que posee 2 electrones más. O sea, que la diferencia de potencial cuando los átomos de uno u otro cuerpo son diferentes en su estado eléctrico. Comúnmente esta deferencia de potencial, se llama TENSIÓN, VOLTAJE O FUERZA ELECTROMOTRIZ. La tensión se representa con las letra U, E , V, F.E.M Como usted sabe, toda magnitud tiene una unidad de medida Por ejemplo La longitud, tiene como unidad de medida el Metro. Como unidad de medida del peso utilizamos el gramo. La capacidad tiene como unidad de medida el litro. Así, la unidad de medida de la TENSIÓN, es el VOLTIO Existe una diferencia de potencial cuando por intermedio de una fuente de energía se logra mantener en dos puntos cargas desiguales. Esta fuente de energía puede se una pila, batería, o generador, y los dos puntos se llaman bornes. ¿ por qué los electrones van del borne negativo al borne positivo? Pues bien, en el interior de la pila se produce un efecto, el cual desequilibra los átomos de los dos bornes (terminales de conexión) quedando un borne con más electrones que otro.

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LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Los electrones que se encuentran en las órbitas más alejadas del núcleo se les conoce también como electrones libre. Estos electrones son los responsables de la mayoría de los fenómenos eléctricos y electrónicos ya que al estar débilmente atraídos por los protones del núcleo, pueden moverse fácilmente de una átomo a otro. Los electrones libres al desplazarse, constituyen la CORRIENTE ELÉCTRICA a través de un conductor que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Un conductor es elemento que TRANSPORTA electrones de un cuerpo a otro. LA CORRIENTE ELÉCTRICA CONSISTE EN UN MOVIMIENTO DE ELECTRONES A TRAVÉS DE UN CONDUCTOR

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¿ Cómo se produce este flujo de electrones? Seguramente usted recuerda que los electrones libres tienen su propio movimiento dentro de sus respectivos átomos. Pero es preciso transportar ese movimiento a corriente, a lo largo del conductor. Para lograrlo tenemos que utilizar algún dispositivos que se encargue de hacer saltar un electrón de un átomo a otro; ese electrón desaloja a otro de un átomo vecino y éste a su vez otro y así sucesivamente.

El dispositivo que causa ese movimiento de electrones, se denomina FUENTE DE ENERGÍA, y podría ser una pila como las que se utilizan para el funcionamiento de radios portátiles, lámparas de mano (linternas), etc. ¿ Qué se requiere para mantener la corriente eléctrica? Para mantener la corriente eléctrica es necesario: Una fuerza electromotriz (F.E.M), que saque los electrones libres de sus orbitas y reponga los que van saliendo LA F.E.M ES SUMINISTRADA POR UNA FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Un conductor eléctrico. Su función es de servir de camino a los electrones de un terminal de la fuente de energía, a través de la carga o receptor donde la corriente va a realizar su trabajo hasta el otro terminal de la fuente. Que el recorrido de los electrones sea continua a través del material usado del conductor. Cuando en un conductor hay movimiento de electrones existe corriente eléctrica.

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Ahora bien, si son dos cuerpos que tienen esa diferencia de potencial, nos imaginamos que van a existir muchos átomos y que por el medio que se utilice como conductor va a pasar no solamente un electrón sino muchos. Es posible medir esa cantidad de electrones que pasa por un conductor; esa cantidad de electrones se denomina INTENSIDAD DE CORRIENTE. En la figura anterior, tenemos como ejemplo tres cuerpos iguales y nos imaginamos que los átomos que conforman cada cuerpo tienen la misma estructura en cuanto a electrones y protones Si analizamos cada átomo, podemos determinarle el potencial, con el solo hecho de hallar la diferencia entre sus protones y electrones. LA UNIDAD DE MEDIDA DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE ES EL AMPERIO RESISTENCIA ELÉCTRICA

Es el obstáculo o dificultad que un material opone al paso de la corriente eléctrica. Es otras palabras, la resistencia es el grado de oposición o impedimento de un material a la corriente eléctrica que lo recorre. Todos los conductores eléctricos ofrecen mayor o menor resistencia al paso de la corriente eléctrica. Ésta resistencia es debida a las siguientes causas: A que cada átomo se opone en cierta medida a que le arranquen los electrones, por ser éstos atraídos por el núcleo.

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A que se producen incontables choques entre los electrones de las corrientes y los átomos que componen el conductor. Estos choques se traducen en resistencia y hacen que se caliente el conductor.

Diferencia entre resistor y resistencia El resistor es el elemento físico que se utiliza como una de las fuentes de calor en algunos artefactos como estufas, calentadores, planchas, y que se fabrican con materiales de lata resistencia a la corriente eléctrica como el ferroníquel y el carbón.

La resistencia es la propiedad que tiene el resistor o un tramo de conductor de oponerse al paso de la corriente. La unidad básica de medida de la resistencia es el OHMIO que se representa por la letra griega (omega) TODO MATERIAL SE RESISTE A QUE UNA CORRIENTE LO RECORRA

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Múltiplos y submúltiplos del Ohmio Cuando estamos midiendo longitudes, tomando como unidad de medidas el metro, a veces tenemos que expresarnos en múltiplos y submúltiplos de esa unidad. Por ejemplo hablamos de kilómetros para trayectos muy largos o de centímetros para longitudes pequeñas. Así también, cuando estamos midiendo la resistencia podemos encontrar valores tan grandes que tenemos necesidad de expresarnos mediante múltiplos del Ohmio, o tan pequeñas que debemos utilizar sus submúltiplos. Recuerde de sus lecciones de aritmética, que para hacer conversiones de unidades se multiplica o divide; tal como en el sistema métrico decimal. Para la conversión de unidades de resistencia, básese en las siguientes tablas:

MÚLTIPLOS SÍMBOLO M K

UNIDADES Megohmio Kilohmio Ohmio Mili ohmio Micro-ohmio

m

EQUIVALENCIA 1.000.000 1.000 1 0,001 0,000001

Como puede verse, los múltiplos y submúltiplos del ohmio están en relación de 1.000 en 1.000 veces mayor o menor Para pasar de una unidad inferior a otra inmediatamente superior se dividirá por 1.000 cada vez la unidad inferior Ejemplo: Convertir 1.000

aK

Como K es el múltiplo inmediatamente superior a cantidad por 1.000 1.000 1.000

, se debe dividir esta

= 1K

Es decir, decir 1000

equivale a 1K

Para pasar de una cantidad superior a una inmediatamente inferior, el estudiante deberá Ejemplo:multiplicar convertir por 1K?1.000 a ? la unidad superior

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Como 1K

es la unidad inferior a K

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usted debe multiplicar por 1.000

= 1.000

O sea que 1K

equivale a 1.000

Ejemplo Convertir 45.740 aM Como M es la unidad superior a yK K y luego estos a M ; para convertir los

usted debe convertir primero los a aK debe usted dividir por 1.000

45.740 = 45,74 K 1.000

Ahora, convirtamos los K

aM

, debemos dividir nuevamente por 1.000

45,74K = 0.04574 M

.

1.000

Resumiendo, decimos que 45,740

equivalen a 0.04574 M

.

POTENCIA ELÉCTRICA Usted sabe que en todo circuito eléctrico completo hay un movimiento de electrones, y una carga que se desplaza. ¿ No es esto trabajo? Por lo tanto, la corriente eléctrica produce un trabajo, que consiste en trasladar una cierta carga (llamada culombios), a lo largo de un conductor. Este trabajo supone la existencia de una potencia, que dependerá del tiempo en que dure desplazándose la carga. Recuerde que la UNIDAD DE CARGA ELÉCTRICA ES EL CULOMBIO, y la unidad de tiempo ( t ), es el segundo. O sea, 1 culombio * segundo = 1 Amperio

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Pues bien: suponga que tiene dos circuitos, cada uno con una resistencia R de diferente valor, conectada con un amperímetro o una fuente d tensión de 125 V.

En estas condiciones, el amperímetro del primer circuito marca 6A o sea, que a través de la resistencia R, ha pasado en un segundo una carga de 6 culombios. Se puede decir que en el primer circuito se ha realizado un trabajo de 6 culombios en un tiempo ( t ) de 1 segundo. En el segundo circuito el amperímetro marca 12 A. O sea que en este circuito, el trabajo es 12 culombios en un tiempo ( t ) de 1 segundo.

Observe que en un mismo tiempo ( t ), de 1 segundo, en la resistencia del segundo circuito se ha realizado el doble del trabajo que se realiza en la resistencia del primer circuito. De manera que podemos decir que el segundo circuito tiene una potencia mayor que el primero. En este caso, el doble. Veamos otro caso: La potencia eléctrica se compara aquí (como se hizo en la ley de Ohm) con un circuito hidráulico, el cual suministra una potencia (llamada potencia hidráulica). En este caso, la potencia de la corriente de agua es directamente proporcional al desnivel y a la cantidad de agua que pasa por el tubo, en la unidad de tiempo ( t ). No olvide que el desnivel se asemeja a la tensión V La corriente de agua que pasa por el tubo en un segundo es semejante a la corriente I. Por lo tanto, la potencia eléctrica es directamente proporcional a V y a I, al igual Enque losla anteriores ejemplos, cabe de ver una misma diferencia de potencial o potencia hidráulica. tensión ( V ), la potencia de una resistencia se manifiesta por el consumo de amperios; a mayor intensidad ( I ), mayor potencia. Por otra parte, para una resistencia determinada, la intensidad variará al variar la tensión ( U ), y 27


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Fundamentos Eléctricos

disminuirá cuando disminuya la tensión ( según la ley de Ohm). De donde se deduce que: Potencia = Tensión * Intensidad P=VxI La potencia eléctrica se mide en vatios, en homenaje a James Watt, quien realizó los trabajos que llevaron al establecimiento de los conceptos de potencia, y dictó la llamada LEY DE WATT. ___________________________________________________________

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS: ELECTRÓNICA PARA AUDIO Y VIDEO. ESCOBAR Edgar y José Elías Acosta. Documento para electrónica desescolarizada. Año 1999 Cartillas FAD. Publicaciones SENA. Programa a distancia SENA, Año 1990

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