introducción a la ingeniería cap3

Curso

Introducción

a la Ingeniería

EIE 140

Francisco Apablaza M. 2014

famapablaza@hotmail.com

Programa: contenidos

CAPITULO 3 RESISTENCIA

3.1 Introducción.

3.2 Conductores y aisladores.

3.3 Semiconductores.

3.4 Ley de Ohm, característica y símbolo.

3.5 Características físicas, tipos de cables.

3.6 Analogía hidromecánica.

3.7 Efectos de la temperatura.

3.8 Tabla de calibre de conductores.

3.9 Tipos de resistores.

3.10 Código de colores.

3.11 Conductancia.

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Todos los materiales tienen intrínsecamente la propiedad de conducir en mayor o menor medida la electricidad: conductividad o su inverso la resistividad.

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Conductividad

Un conductor tiene la aptitud de dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura.

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La conductividad es el inverso de la resistividad, =1/,

y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1·m-1.

La magnitud de la conductividad (σ) es la

proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la

densidad de corriente de conducción J: J= E

Datos de conductividad

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MetalConductividad

Eléctrica

(S·m-1)

Plata 6,30 × 107

Cobre 5,96 × 107

Cobre Recocido 5,80 × 107

Oro 4,55 × 107

Aluminio 3,78 × 107

Wolframio 1,82 × 107

Hierro 1,53 × 107

Conductividad

Eléctrica

(S·m-1)

Vidrio 10-10

a 10-14

Lucita < 10-13

Mica 10-11

a 10-15

Teflón < 10-13

Cuarzo 1,33 × 10-18

Parafina 3,37 × 10-17

Aislantes

Conductividad

Eléctrica

(S·m-1)

Agua de mar 5

Agua potable 0,0005 a 0,05

Agua desionizada 5,5 × 10-6

Líquidos

Clasificación de materiales

Por origen: Naturales o Artificiales

Por función: conductor; luminiscente (tungsteno); galga o sensor(manganina); calóricos (nicrom)

Por estado: sólido, líquido, gaseoso

Por característica: liviano, duros, blandos, Maleabilidad, Ductilidad, Sensibilidad a la Tª, Resistencia al uso rudo y el costo.

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Analogía de la resistencia

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Resistencia

La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un material a la circulación de la corriente eléctrica a través de él, transformándola en efecto Joule: I2xR.

No existe el conductor perfecto o el aislador perfecto.

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Unidad de Medida: Ohm (Ω).

R

Ley de OHM

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Resistencia de un material

Resistencia de cualquier material con un área transversal uniforme se determina mediante los siguientes factores: 1.- Material. Con su estructura atómica única, reaccionará

diferencialmente a presiones para establecer una corriente a través de su núcleo.

2.- Longitud. Entre mayor es la trayectoria que la carga debe recorrer, mayor es el nivel de resistencia. Directamente proporcional.

3.- Sección Transversal. A mayor área menor es la resistencia. Inversamente proporcional.

4.- Temperatura. En la mayoría de metales al aumentar la Tª, se incrementa la resistencia.

11 = resistividad del material [m]

Datos de resistividad

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MaterialResistividad (a 20 °C)

(Ω·m)

Plata 1,59 x 10-8

Cobre 1,71 x 10-8

Oro 2,35 x 10-8

Aluminio 2,82 x 10-8

Wolframio 5,65 x 10-8

Níquel 6,40 x 10-8

Hierro 9,71 x 10-8

Platino 10,60 x 10-8

Estaño 11,50 x 10-8

Acero

inoxidable 72,00 x 10-8

Grafito 60,00 x 10-8

Sección en Alambres Circulares

r = Radio.

d = Diámetro

Mil: Unidad de medición para la longitud y está relacionado con la pulgada mediante:

Un alambre con un diámetro de 1 mil tiene

un área de 1 mil circular (CM).

4)(

22 d

rAcírculoÁrea

lg11000lg1000

11 pumilspumil

CMdosmilscuadramild

A 1444

22

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Para un alambre de N mils (N -> Cualquier número positivo).

Sustituyendo ->

Se obtiene:

Como d = N, el área en mils circulares es simplemente igual al diámetro en mils cuadrados:

CMCMomilcuadraddosmilscuadraCM 273.14

14

1

dosmilscuadraNd

A44

22

omilcuadradCM 14

CMNCMN

dosmilscuadraN

A 222 4

4)(

4

2milsCM dA 14

Sección en Alambres Circulares

La constante ρ (resistividad) es diferente para cada material -> Resistencia de un alambre de 1 pie de longitud por 1 mil de diámetro, medida a 20ºC.

pies

CM

l

RA

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Sección en Alambres Circulares

Variación de la resistencia con la temperatura

Para la mayoría de los conductores metálicos, la resistencia tiende a aumentar con un incremento de la temperatura. Cuando aumenta el movimiento atómico y molecular en el conductor se obstaculiza el flujo de carga. El incremento en la resistencia para la mayoría de los metales es aproximadamente lineal cuando se compara con los cambios de temperatura. Los experimentos han demostrado que el aumento en la resistencia ∆R es proporcional a la resistencia inicial Ro y al cambio de temperatura.

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Coeficiente de temperatura

La resistencia varía según:

∆R = Ro ∆t ó RT= R0 [1+ (T-T0)]

Donde es una característica del material y se conoce como coeficiente de temperatura de la resistencia. La ecuación para definir se puede determinar despejando la ecuación anterior:

=∆R / Ro ∆t El coeficiente de temperatura de la resistencia es el cambio en la resistencia, por unidad de resistencia, por cada grado de cambio en la temperatura. Su unidad es °C-1.

está dada por dos factores de variación: coeficiente de dimensión (longitud) y de temperatura, pero predomina la temperatura.

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Datos de coeficiente de Tº:

19 http://www.ni.com/white-paper/3643/es/

Material α en °C-1

Acero 3.0 x 10-3

Plata 3.7 x 10-3

Cobre 3.8 x 10-3

Platino 3.9 x 10-3

Hierro 5.1 x 10-3

Níquel 8.8 x 10-3

Carbón -5.0 x 10-4

Coeficiente en otros materiales “Para buenos conductores, un aumento en la Tª resultará en un aumento en el nivel de resistencia -> Coeficiente Térmico de Resistencia Positivo”

Aislantes: “ Un aumento de temperatura resultará en una disminución de la resistencia de un aislante. El resultado es un coeficiente térmico de resistencia negativo”

Semiconductores: un aumento de temperatura resultará en una disminución en el nivel de resistencia -> Coeficiente Térmico de Resistencia Negativo”

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Variación por Tº en PPM/ºC

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También existe la especificación proporcionada en partes por millón por grado Celsius (PPM/ºC), que da una indicación inmediata del nivel de sensibilidad del resistor a la temperatura.

Resistores (5.000PPM/ºC –Alto ; 20PPM/ºC – Bajo). Por Ej.: Característica de 1.000PPM/ºC -> Un cambio en 1 ºC en temperatura ocasionará un cambio en resistencia igual a 1,000PPM, o 1.000/1.000.000 = 1/1.000 de su valor nominal –No es un cambio importante.

)()(10 6

min TPPMR

R alno

Conductores

Eléctricos

Coaxiales

Bobinas – Motores

PIN

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Cables y alambres

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Cables en telecomunicaciones

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Calibres AWG

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Estandarizar el tamaño del alambre producido. Calibres de alambre EEUU:AWG, (American Wire Gauge). Europa usa mm.

Resistores: componente electrónico

http://hagamoselectronica.blogspot.com/2010/05/tipos-de-resistores.html

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SMT:Surface Mount Technology

Resistores fijos y variables

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Código de colores

29 Sin Tol: 20%

Valores estándar de R

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Óhmetro - Megger

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?

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Mide resistencias, circuito abierto y cerrado

33

Un óhmetro es un conjunto de elementos: G + Ro + Batería

¿Qué es un puente Wheatstone? 34

Combinaciones para distintas escalas

?

Aisladores

Tienen un comportamiento totalmente opuesto a los conductores… muy alta resistividad. Tienen características dieléctricas.

Se utilizan para prevenir el contacto indeseado entre conductores.

Materiales típicos: vidrio; loza, cerámica; plásticos; etc.

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37 También pueden ser líquidos o gases

Semiconductores

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Principal elemento de la electrónica

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Conclusión

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Preguntas

FIN

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