- Nociones básicas de
electricidad y electrónica - Ley de Ohm
- Resistencias
- Bobinas
- Diodos
- Transistores
- Circuitos
integrados - Bibliografía
CAPITULO 1
Nociones básicas de Electricidad y
Electrónica
1.1 Definición de corriente
eléctrica:
Entendemos como corriente eléctrica al flujo de
electrones que circula a través de un conductor
eléctrico.
La circulación de estos electrones está
determinada por las propiedades del medio a través del
cual se movilizan.
La corriente se divide en dos grandes ramas: alterna y
continua.
La corriente alterna
es las que cambia de polaridad y amplitud en el tiempo.
La corriente continua es la que permanece con polaridad
y amplitud constante.
1.2 Estructura
atómica de los conductores y aislantes:
Los elementos tienen propiedades conductoras o no de
acuerdo a su estructura atómica.
El grado de conductividad de un elemento viene dado por
la cantidad de electrones de la última órbita del
átomo.
El cobre es un
conductor. El átomo de cobre posee 29 protones en el
núcleo y 29 electrones planetarios que giran en
órbitas dentro de cuatro capas alrededor del
núcleo. La primera capa contiene 2 electrones, la segunda
8, la tercera 18 y la cuarta, o capa más externa, 1
electrón.
El número máximo permitido en la cuarta
capa es de 2 x 42, o sea, 32. Entonces, este
único electrón en la capa más externa no se
halla ligado con fuerza al
núcleo. Se puede mover fácilmente.
Un átomo de un aislante posee dos o más
órbitas, con cada una de ellas completada con la cuota de
electrones. Por ejemplo, si un átomo tiene un
núcleo de 10 protones, tendrá 10 electrones. En la
primera capa tendrá 2 electrones, y el la segunda 8. Como
la segunda órbita está completa, es muy
difícil desalojar a un electrón fuera del
átomo.
La diferencia importante entre conductores y aislantes
es que en un conductor hay uno o dos electrones en la capa
externa, por lo tanto no están ligados con fuerza al
núcleo, mientras que los aislantes tienen su última
órbita completa o casi completa.
Los semiconductores
son elementos fabricados, que no se hallan en la naturaleza.
Los elementos utilizados en la producción de semiconductores
(mayoritariamente silicio), no poseen ninguna propiedad que
sea de utilidad para
conducir electrones, pero mediante un proceso
conocido como doping, se adicionan átomos de impurezas
(antimonio, fósforo, boro, galio, etc.) logrando
dispositivos que permiten el paso de cargas eléctricas
bajo determinadas condiciones.
1.3 Fenómenos asociados a la corriente
eléctrica:
El paso de corriente eléctrica deja a su paso una
serie de fenómenos físicos, que han sido estudiados
y en algunos casos fueron aprovechados para otros usos, como por
ejemplo el magnetismo.
Vamos a repasar brevemente los principales
fenómenos asociados a la circulación de
electrones.
Temperatura:
En todo aparato existe un calentamiento debido al
funcionamiento. Esto se debe a que no existen conductores
perfectos. Todo conductor posee una resistencia
intrínseca, que aunque sea muy baja, produce un consumo extra
de energía, que al no ser aprovechada por el equipo, es
disipada al ambiente en
forma de calor.
Campo magnético alrededor de un
conductor:
Cuando circula corriente a través de un
conductor, se inducen campos electromagnéticos en torno al mismo.
Este principio es el que se utiliza para los motores
eléctricos, en los cuales el campo que generan los
bobinados de alambre de cobre, son combinados con otros campos
para producir esfuerzos que hagan girar al rotor del motor. Los
generadores aplican el mismo principio, pero para la
obtención de energía.
También puede introducir interferencias, como
cuando acercamos un cable con 220V de alterna a un cable que
transporta una señal de audio.
Imantación:
Si se introduce un metal dentro de un campo
electromagnético producido por corriente continua de gran
intensidad, se logra ordenar las moléculas del metal,
haciendo que este tome propiedades magnéticas. Esto no se
produce con corriente alterna, ya que al cambiar constantemente
el sentido del campo, no se logra ningún efecto
magnetizador.
Fuerza contraelectromotriz:
Es una fuerza que se produce en todos los bobinados. Es
debido a que toda carga eléctrica tiende a oponerse a la
causa que le dio origen. Las cargas inductivas como relés,
bobinas, parlantes, etc. pueden generar rebotes de corriente muy
grandes.
Tensión:
Es la diferencia de potencial entre dos puntos de un
circuito eléctrico. Su unidad de medida es el
Volt.
Corriente:
Es la cantidad de electrones que circulan por un
conductor en el lapso de 1 segundo. Su unidad de medida es el
Ampere.
Resistencia:
Es el grado de oposición que genera un material
al paso de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es
el Ohm.
Impedancia:
Es lo mismo que la resistencia. La diferencia es que la
primera se refiere a corriente continua, y la segunda para
corriente alterna.
Inductancia:
Fenómeno producido en las bobinas, las cuales
presentan mayor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia de la
corriente aplicada. Su unidad es el Henry.
Capacitancia:
Fenómeno producido en los condensadores,
los cuales presentan menor impedancia cuanto mayor sea la
frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el
Faradio.
Conductancia:
Es la inversa de la resistencia. Su unidad es el
Siemens.
CAPITULO 2
La
Ley de
Ohm
2.1 La ley de
Ohm:
Es una ley publicada por un científico
alemán de ese apellido, que postula lo
siguiente:
La intensidad de corriente que circula
por un circuito dado, es directamente proporcional a la
tensión aplicada e inversamente proporcional a la
resistencia del mismo.
Esta ley rige el comportamiento
de las cargas eléctricas dentro de los circuitos.
Las fórmulas básicas se detallan a
continuación:
V= tensión I= corriente R= resistencia W=
potencia
V=I x R I=V / R R=V / I W=V x
I W=I2 x R W=V2 / R
Haciendo cambio de
términos de las ecuaciones
W
V=W / I I2=W /
R V2=W x R
Para las caídas de tensión sobre las
resistencias
Vc=Va – (I x R)
2.2 Ejercicios:
Se recomienda practicar los siguientes ejercicios para
asimilar correctamente la ley de ohm, pues nos será de
constante utilidad en el estudio.
- En un circuito la carga resistiva es de 150 ohms, y
la tensión aplicada es de 25 volts. Calcular la
corriente circulante y la potencia
disipada. - Un circuito entrega una potencia de 50 watts sobre
una carga de 4 ohms. Calcular la corriente circulante y la
tensión aplicada. - Calcular la resistencia necesaria para provocar una
caída de tensión de 5 volts, con una
tensión aplicada de 15 voltios. Calcular también
la potencia disipara sobre la resistencia. - Calcular la caída de tensión sobre una
resistencia de 5 ohms, con una corriente circulante de 0,58
amper. - Calcular la potencia disipada a partir de una
resistencia de 25 ohms, con una tensión aplicada de 30
volts. Averiguar también la corriente
circulante.
CAPITULO 3
Resistencias
3.1 Definición:
La resistencia eléctrica es la oposición
que ofrece un elemento a la circulación de electrones a
través del mismo.
Esta propiedad viene determinada por la estructura
atómica del elemento. Si la última órbita de
un átomo esta completa o casi completa por el
número máximo de electrones que puede alojar,
existirá una fuerza de ligado que hará que los
electrones no puedan ser arrancados fácilmente del
átomo.
3.2 Tipos de resistencias:
Las resistencias que comercialmente se utilizan son de
carbón prensado, de película metálica (metal
film), y de alambre.
Las resistencias de carbón prensado están
hechas con gránulos de carbón prensado, que ofrecen
resistencia al paso de la corriente eléctrica.
Son comunes en aplicaciones de baja disipación.
Típicamente se fabrican para soportar disipaciones de
¼, ½, 1 y 2 watts. Sin embargo, estas
últimas ya no son tan comunes, por su tamaño
relativamente grande. Además, son bastante variables con
la temperatura y
el paso del tiempo.
Las resistencias de película metálica o
metal film, son utilizadas para aplicaciones donde se
requiera una disipación elevada y gran estabilidad frente
a los cambios de temperatura, y al propio paso del
tiempo.
Están hechas con una película
microscópica de metal, la cual es bobinada sobre un
sustrato cerámico.
Las resistencias de alambre son utilizadas para trabajar
con altas disipaciones. Están hechas con alambre de alta
resistividad bobinado sobre un sustrato cerámico. En
muchos casos están vitrificadas, para funcionar a altas
temperaturas.
Las disipaciones más comunes son de 5, 10, 15 y
20 watts.
Debido a su disipación, no es extraño
encontrar resistencias de este tipo que trabajen a temperaturas
de hasta 100º C.
Existen las llamadas resistencias variables, que pueden
variar su resistencia por medio de un cursor que se desplaza
sobre una pista de material resistivo. Los más comunes son
lo potenciómetros y los preset. Los primeros son
resistencias variables, mientras que los últimos son
ajustables.
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