PROYECTO PEDAGÓGICO TRANSVERSAL, FÍSICA, QUÍMICA, TECNOLOGÍA - INFORMÁTICA, ARTÍSTICA.

“FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA EN EL ATENEO 2014”

”CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA GRADO 10º”

DOCENTES RESPONSABLES:

ESP. RODRIGO ALFONSO ARIAS ESCOBAR.

LIC. ELVIA BRAVO.

LIC. MARÍA ELIZABETH CAMPAÑA.

MAG. LUÍS MARIO CUERO SANDOVAL.

INSTITUCIÓN EDUCATIVA ATENEO

SEDE PRINCIPAL JORNADA MAÑANA Y TARDE

PRADERA

2014

Electricidad y Electrónica BásicasIntroducción

¿Qué es la electrónica?

La electrónica es la rama de la ciencia que se dedica al estudio de la conducción de la electricidad en la materia. En la actualidad, la electrónica es muy importante para nuestro estilo de vida, ya que sin ella no habría televisión, radio, computadoras o viajes en el espacio, es más, se podría decir que sin la electrónica no se hubiera producido la Revolución Tecnológica que hoy experimentamos.Para poder entender qué es la electrónica, debemos tener conocimiento de qué es la electricidad y para poder hacerlo debemos saber cómo está compuesta la materia.

Estructura de la materia

Existen en la naturaleza más de noventa elementos con los que se forma toda la materia. Cada uno de estos elementos (átomos) a su vez se compone de partículas pequeñas denominadas electrones, protones y neutrones. Los protones y neutrones se ubican en el centro del átomo formando su núcleo, y los electrones giran en órbita a su alrededor. La masa de los electrones es aproximadamente un dosmilésimo de la de los neutrones y los protones, y poseen lo que llamamos una carga eléctrica negativa. Los protones tienen carga positiva y los neutrones, como su nombre lo sugiere, son neutros. La cantidad de protones, en el núcleo, y los electrones que giran a su alrededor, está siempre balanceada en un átomo neutro; sin embargo, la cantidad de neutrones en el núcleo puede variar de un átomo a otro. Debido a que los electrones poseen carga negativa, y los protones positiva, existe una fuerza que los atrae; sin embargo no se juntan porque los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo.

La estructura de un átomo de carbón

El dibujo de arriba muestra la estructura clásica de un átomo.Mirando el dibujo, se pueden ver a los electrones girando en orbitas, cuatro giran en la órbita exterior y dos en la interior. Aunque los átomos de otros elementos contengan más o menos órbitas que las que posee el átomo de carbono, existe una relación definida entre el número de electrones que giran en una órbita en particular y las propiedades del átomo.La cantidad máxima de electrones en una órbita es siempre la misma. En la órbita más próxima al núcleo, conocida como la órbita K, la cantidad máxima de electrones es dos, en la segunda órbita, llamada L, posee un máximo de ocho electrones, y la próxima a esta, conocida como órbita M, puede tener hasta dieciocho electrones. En general la cantidad de electrones que posee cada órbita está dado por:Cantidad máxima = 2N2

Donde N es el número de la capa (es decir K = 1, L = 2, M = 3, N = 4, etc.). La fuerza de atracción sobre los electrones más próximos al núcleo es más fuerte que la ejercida sobre aquellos que se encuentran más lejos. Por lo tanto, la fuerza que se aplicará para remover los electrones que se encuentran en órbitas más lejanas del núcleo será menor a la que se empleará para remover los que están más cerca, y la facilidad para removerlos determina la propiedad de conducción eléctrica del elemento.Un átomo que posee menos de la mitad de la cantidad máxima de electrones en su órbita más lejana, tiene la tendencia de liberarlos en vez de intentar llegar a su número máximo, facilitando su movilidad y siendo llamado por esto conductores.Por el contrario, un átomo que posee más de la mitad de la cantidad máxima de electrones en su órbita más lejana, tiende a completarla tomando de prestado electrones de otros átomos cercanos. El material que posee este tipo de átomos se denomina aislante.Los materiales compuestos de átomos que poseen la mitad de los electrones necesarios para completar su órbita periférica se conocen como semiconductores.

Carga

Un átomo en su estado normal contiene la misma cantidad de protones y electrones, y la carga positiva de unos equilibra la carga negativa de los otros, siendo el resultado, un átomo eléctricamente neutro. Sin embargo, si un átomo pierde un electrón, el conjunto restante de las partículas tendrá una carga neta positiva, y por el contrario, si un átomo toma un electrón, habrá un exceso de electrones que convertirán al átomo en uno con carga negativa. La magnitud de la carga sea esta positiva o negativa es casi imperceptible cuando hay un exceso o defecto de un electrón, pero debido a que existen un elevadísimo número átomos aún en objetos muy pequeños, estas cargas acumuladas pueden ser significativas.La unidad de la carga eléctrica es el Culombio, y se requieren desplazar 628 x 1016 electrones para acumular un Culombio. Si se conecta un conductor entre dos objetos con cargas opuestas, los electrones fluirán desde el material con exceso de electrones (carga negativa) hacia el material con defecto de electrones (carga positiva). El flujo continuará hasta que los materiales posean una carga neutra.

Tensión

La tensión, voltaje o la diferencia de potencial entre dos puntos es el impulso que necesita una carga eléctrica para moverse de un punto a otro. Este movimiento se debe a que otras cargas actúan sobre la carga eléctrica. Otro término utilizado es fuerza electromotriz (FEM). Este se utiliza cuando la carga obtiene energía al trasladarse de un punto con poco potencial a otro con potencial más elevado. Una batería o generador son fuentes de FEM. La unidad de tensión o voltaje, diferencia de potencial (d.p) y de la fuerza electromotriz es el Voltio.El Voltio es la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 Joule para trasladar del uno al otro la carga de un culombio. 1 Volt = 1 Joule/Culombio

Corriente

Como se explicó anteriormente, existen materiales cuyas orbitas externas están en déficit de electrones, razón por la cual estos electrones no están tan atraídos por el núcleo y pueden ser desprendidos del mismo con facilidad, convirtiéndose en electrones "libres". El calor puede proveer la energía necesaria para liberar a estos electrones, y en otros materiales, particularmente los metales, existen varios electrones libres aún a temperatura ambiente. Por lo general, el movimiento de estos electrones libres es al azar, moviéndose de un átomo a otro, y cambiando de dirección cuando se chocan con un átomo fijo. Sin embargo, si existe una diferencia de potencial en un material, los electrones serán atraídos hacia el punto de mayor potencial (recuerde que los electrones poseen carga negativa, y que las cargas se atraen). También existirá una fuerza de repulsión producida en el punto de carga negativa, y los electrones se alejarán de este punto.Existirá por lo tanto un traslado de electrones desde el polo negativo hacia el polo positivo del material. Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica. La corriente tiene un sentido de flujo, cuya dirección convencional es opuesta al movimiento de los electrones. Es decir, que la corriente eléctrica se mueve desde el polo positivo hacia el negativo y los electrones desde el negativo hacia el positivo. Esta contradicción entre movimiento físico y convencional de la corriente tiene un origen histórico, ya que se asignó un sentido convencional a la corriente varios años antes de descubrir la existencia de los electrones.Una mayor diferencia de potencial en un material causará un flujo mayor de electrones, y por lo tanto habrá más flujo de corriente eléctrica. La unidad de medida de la corriente eléctrica es el Amperio. Se necesita el flujo de 628 x 10 16 electrones de un punto por segundo cuando la corriente es de 1 Amperio.

Fuentes de Electricidad

Se puede producir la energía eléctrica muchas formas diferentes; pero básicamente, existen cinco maneras de proveer tensión y corriente eléctrica.

Fricción

A través de este método se pueden separar electrones y protones frotando dos superficies diferentes que producen electricidad estática al separar y retener cargas opuestas. Para que las cargas no se reequilibren inmediatamente, al menos uno de los materiales debe ser un buen aislante.

Energía Química

Este aspecto se refiere a la reacción química entre dos metales diferentes y un electrolito, produciendo y desplazándose cargas de distinta polaridad. Por lo general esta reacción se produce en las baterías. El metal que tiene defecto de electrones se transforma en la placa positiva (ánodo) y el que tiene exceso de electrones en la negativa (cátodo). La reacción química continúa hasta que no se puedan transferir más electrones.

Fotoelectricidad

La energía luminosa se puede transformar en energía eléctrica gracias al efecto de fotoelectricidad. Para lograrlo se cubren las superficies metálicas con materiales fotosensibles, tales como selenio o cesio. Cuando la luz choca contra el material, se emiten los fotoelectrones que crearán un flujo de corriente debido a su movimiento.

Energía Térmica

Como su nombre lo sugiere, la energía térmica se refiere a la transformación directa del calor en energía eléctrica. Este proceso se efectúa calentando uniones de metales diferentes, proveyendo energía a los electrones libres, que desprendidos del átomo, generan corriente.

Magnetismo

Si se aplica movimiento a un conductor sumergido en un campo magnético, se crea corriente. Este es básicamente el principio de funcionamiento de los generadores rotativos. Reconocimiento de componentes

Componentes y circuitos Cualquier equipo eléctrico consta de un número de componentes conectados entre sí para realizar una función en particular. El término más común utilizado para describir la interconexión de un número de componentes eléctricos que realizan una función es: circuito. Hay muchos tipos de componentes, como así también las maneras de interconectarlos, y por lo tanto existen varios circuitos que pueden construirse. Se representan los circuitos en forma de diagrama para facilitar la descripción y comprensión de la manera en que se conectan los componentes en un circuito en particular y la función que realizan. Esta representación recibe el nombre de diagrama circuital. Tradicionalmente, un diagrama del circuito está compuesto de símbolos que representan a cada componente, juntamente con líneas que describen la manera en que se interconectan. Cada componente tiene su propio símbolo. Los circuitos eléctricos pueden ser muy sencillos a muy complejos. Un ejemplo de un circuito sencillo, con pocos componentes, podría ser el de una linterna, como lo muestra la Fig. 1.

Fig. 1

Un ejemplo de un circuito complejo podría ser el de una computadora personal. El circuito completo de una PC tiene millones de componentes y sería muy complicado comprenderlo simultáneamente en su conjunto. En estos casos, el circuito se muestra en forma de diagrama de bloques, donde cada bloque contiene varios componentes. Este tipo de diagrama simplifica el sistema y muestra cómo se conectan las partes más importantes del circuito. Cada bloque puede ser subdividido como sea necesario, llegando en la división final a los diagramas circuitales de cada subbloque. De esta manera se pueden abordar y comprender los circuitos más complejos. La plaqueta no tiene una batería. Para suministrar la energía eléctrica deberá conectar una fuente externa. Los símbolos de los componentes que figuran en el circuito se ven en la Fig. 4.

Fig. 4

Fig. 5 La flecha indica la posición del mando de la llaveCuando una llave tiene solamente dos terminales que pueden estar en contacto eléctrico (cerrada) o sin él (abierta), recibe el nombre de interruptor.Cuando una llave puede conectar un punto central móvil a uno de dos contactos fijos (como en el caso de nuestra placa) recibe el nombre de llave inversora.Cuando una llave puede conectar un punto central móvil con uno de varios contactos fijos recibe el nombre de llave selectora o selector.La flecha representa al contacto deslizante o móvil del interruptor. Se puede actuar sobre el mando de un interruptor/selector de 4 maneras diferentes: girando una perilla (mando rotativo), deslizando una tapita (mando deslizante), apretando un botón (mando pulsador) o actuando sobre una palanca.El mismo mando mecánico puede actuar sobre varios selectores simultáneamente, recibiendo el dispositivo el nombre de llave/inversor/selector múltiple.En nuestra placa hemos utilizado una llave inversora deslizante simple.Si nos referimos a la posición A de la llave, el símbolo en el circuito muestra que el cursor conecta el polo del interruptor a la terminal que figura en el esquema, y por el contrario, la posición B del interruptor realiza la conexión con la terminal b. Existen otros tipos de interruptores utilizados en circuitos eléctricos los cuales describiremos en el punto Consideraciones y Aplicaciones Prácticas de este ejercicio. Ahora observe el símbolo de la batería. Hay símbolos + y - asociados a este símbolo que se refieren a la polaridad en las conexiones de la batería, donde el símbolo + indica el lado positivo y el símbolo - indica el negativo. En la mayoría de los casos se debe conectar la batería de la manera apropiada para que el circuito funcione correctamente. La batería provee la tensión, y la magnitud (valor) de la misma está escrita cerca del símbolo del circuito como se puede ver en la Fig. 6.

Fig. 6 ResistenciasBaja potencia

Alta Potencia

Símbolos

No existen diferencia en simbología entre un resistor de baja y alta potencia. Se utiliza un texto en el esquema del circuito para observar la potencia del componente. Por ejemplo:

Capacitores No polarizados

El símbolo para un capacitor no polarizado es:

Electrolítico

El símbolo para un capacitor polarizado (electrolítico) es:

El símbolo + se utiliza para identificar la conexión positiva.

Potenciómetros Control

Trimmer

SímbolosExiste poca diferencia entre el símbolo utilizado para un potenciómetro de control y para el potenciómetro trimmer excepto que el cursor de un potenciómetro de control se identifica con una flecha mientras que el otro se identifica con una "T". Por ejemplo:

Transformadores

Símbolo

Diodos

SímboloEn los circuitos eléctricos, se utilizan diferentes tipos de diodos y cada uno tiene su símbolo. El más común es el diodo rectificador (normal) y el diodo Zéner. A continuación encontrará los símbolos asignados a estos componentes.

Los componentes serán identificados individualmente durante los ejercicios correspondientes, y los gráficos de los circuitos provistos en las plaquetas le permitirán reconocerlos sin dificultad. La siguiente información puede ser de gran utilidad.

Interruptores

Están montados sobre las plaquetas y son fáciles de reconocer. Son de tipo llave unipolar simple inversora.

Transistores

Símbolos Los signos que se ven son los de los transistores bipolares (también conocidos como transistores NPN y PNP). Existen otras clases de transistores, por ejemplo: el transistor de efecto de campo (Field Effect Transistor FET) y tienen diferentes símbolos que se estudiarán en los ejercicios respectivos.

LED

Símbolo SCR y el TRIAC Estos se pueden diferenciar por su forma y señalizaciones.

El SCR es cilíndrico con perno de montaje y es de tipo BTY79. El TRIAC es chato con tres terminales paralelas en punta. Están instalados sobre disipadores de calor.

Puente Rectificador

Está instalado en la plaqueta.

Displays

Amplificadores operacionales

Símbolos

Circuitos Integrados

Símbolos Existen varias clases de chips (digitales) disponibles y a cada uno se le asigna un símbolo. Más abajo encontrará dos de los símbolos más comunes para las compuertas lógicas. En los ejercicios pertinentes estudiará otros símbolos.

2.2.9.11 Interruptores Llave inversora deslizante

Llave inversora (a secas)

Símbolo Los interruptores de deslizamiento y el pulsador con retención son dos de las muchas variedades de interruptores que se utilizan en los circuitos eléctricos y electrónicos. Los símbolos asignados para cada uno de ellos son esencialmente el mismo.Otra clase de interruptores incluye los interruptores centrífugos y disyuntores eléctricos de potencia. Estos tienen símbolos diferentes. Ejercicios Adicionales Observe los componentes numerados y los símbolos utilizados e identifíquelos.

Se puede describir a la resistencia eléctrica como a la "oposición al flujo de la corriente".

La unidad de resistencia se denomina Ohm, llamada así en referencia a George Simon Ohm quien descubrió la relación que se estudia en este ejercicio, y que está determinada por la incidencia de la tensión en la corriente.

Su valor se designa con la letra griega omega:

20 ohms = 20Ω 1000 ohms = 1kΩ

La relación entre tensión y corriente se conoce como la Ley de Ohm siendo ésta una de las leyes básicas de la electricidad; su fórmula es la siguiente:

Tensión / Corriente = Resistencia

V(volt) / I(amperio) = R (ohm)

La Ley de OhmEsta ley establece:

Esta fórmula puede modificarse para arribar a otras dos: una para la tensión y otra para la corriente con otras variables. El siguiente triángulo representa una manera sencilla de recordar las fórmulas:

Para utilizar este triángulo, tape con el dedo el termino que representa la incógnita que desea hallar y de inmediato quedará indicada con las otras dos letras la operación matemática que será necesario realizar. Por ejemplo: si quiere averiguar cuál es la fórmula para averiguar los voltios, coloque su dedo sobre la "V" y le quedan la "I" y la "R" lo que significa que debe multiplicar estos dos elementos, y el resultado es: V = I x R.

De la misma manera, si desea averiguar la fórmula de la corriente, coloque su dedo sobre la "I" y le quedan la "V" y la "R" lo que quiere decir que debe dividir estos dos elementos.

Resultado: I = V/R.Una alternativa, probablemente mejor, es hacer una breve consideración física del fenómeno y recordar que la fórmula solamente puede tener un producto o un cociente. Ejemplo: ¿Cuál es la fórmula de I en función de V y R?“La corriente será mayor cuanto mayor sea la tensión” => V está en el numerador.“La corriente será menor cuanto mayor sea la resistencia” => R está en el denominador.Resultando finalmente: I = V/R¿Cuál es la fórmula de R en función de V e I?“Si hace falta más tensión es porque la resistencia es mayor” => V va en el numerador.“Si circula más corriente es porque la resistencia es menor” => I va en el denominador.Resultando finalmente: R = V/I¿Cuál es la fórmula de V en función de I y R?“Para que circule más corriente, hizo falta más tensión” => I va en el numerador.“Si aumenta la resistencia, hace falta más tensión para que siga circulando la misma corriente” => ¡R también va en el numerador!.Resultando finalmente: V = I R2.4.9.2 Resistores Todos los conductores poseen resistencia. Algunos, como los cables de conexión poseen muy baja resistencia, y otros, en cambio, se construyen para que tengan un determinado valor de resistencia. A estos últimos cuya propiedad esencial es la resistencia se los denomina 'resistores'. El siguiente diagrama muestra los símbolos utilizados para indicar un resistor en un circuito. El símbolo A casi no se utiliza y en su lugar se utiliza el B:

Se utilizan los resistores en todos los tipos de circuitos eléctricos a fin de controlar el flujo de la corriente en varias partes del circuito. En un resistor, la energía eléctrica se convierte en calor (haremos un análisis más detallado en los trabajos prácticos relacionados con la potencia), por eso para diseñar un resistor para una determinada función se deben tener en cuenta los valores de resistencia que se requieren y la cantidad de calor que se generará en el mismo a fin de que su temperatura no exceda los valores seguros.Se puede construir resistores de diferentes materiales pero, por lo general, se utilizan aquellos que permitan que componentes pequeños alcancen valores de resistencia elevados. Uno de los materiales más utilizados es el alambre de alta-resistividad (un alambre que posee gran resistencia en tramos cortos) y el carbón, o mezclas en las que el carbón es el componente principal. El siguiente gráfico muestra un resistor bobinado:

Por lo general el hilo de resistencia esta hecho de níquel-cromo, niquel-cobre o cualquier otro material que posea una gran resistencia por unidad de longitud y cuyo valor se mantenga estable aún con grandes cambios de temperatura. El hilo está bobinado sobre un núcleo cerámico y está soldado a terminales que son de un material conductor similar. Cada una de esas conexiones está asegurada sobre una ranura a cada lado del núcleo. Para facilitar su uso, se sueldan a las conexiones terminales unas bandas de cobre estañado, o terminales de alambre. Una parte del terminal se fija al soporte y de esta manera se evita que se transmitan movimientos mecánicos al elemento resistivo. Se le impregna una pintura vitrificada al vacío y se estabiliza mediante un tratamiento térmico para que penetre entre las bobinas del cableado, formando una capa de grandes propiedades aislantes y otorgándole protección química y mecánica. Este tipo de resistencia permite el uso de alambres altamente resistivos. El siguiente es otro tipo de resistor bobinado (baja potencia).

Este está formado por un elemento resistivo de níquel-cobre o níquel-cromo al cual se sueldan dos cables cortos de cobre que son las terminales y que se encuentra totalmente encerrado en un cilindro de cerámica protectora.A continuación presentamos diferentes tipos de resistores bobinados:

Las propiedades necesarias del material resistivo de un resistor bobinado son: Gran resistividad para obtener los valores de resistencia requeridos en pequeños volúmenes. Alto punto de fusión (dentro de un rango de los 1000°C a los 1400°C). Es decir: deben soportar valores de temperatura más

elevados que la que se necesita para su funcionamiento. Un coeficiente de temperatura bajo para minimizar el incremento de la resistencia eléctrica del componente que se produce con el

aumento de la temperatura. El alambre debe ser dúctil para evitar los daños producidos por roturas al bobinarlos sobre núcleos de diámetro pequeño. El diámetro del cable no debe variar más allá de un pequeño límite de tolerancia. Ser fácilmente soldable.

La mayoría de los resistores que se utilizan en radios o televisores, y generalmente en circuitos electrónicos donde los valores de la resistencia no son muy elevados, se fabrican con una mezcla de carbón y se los denomina resistores de carbón; los denominados resistencias de film de carbón depositado (y que estudiaremos más adelante) no están incluidos. Los resistores de carbón son susceptibles de sufrir desperfectos debido a un exceso de calor y no deben ser utilizados con altas temperaturas. Los índices de potencia más comunes son bajos (de 1/8, 1/4, 1/2, o 1W) aunque a veces se puede conseguir resistores de carbón con valores mayores a 5 W. Los más utilizados son los resistores de composición, para los que se emplean diferentes métodos de fabricación, siendo el que se ve más abajo, el más utilizado:

Este resistor de composición se describe generalmente como de tipo aislante Y está constituido por carbón, resinas aglomerantes o de unión, y baquelitas. Se dosifican los elementos convenientemente y luego se someten a presión y a temperaturas elevadas para moldear el elemento. Luego, se efectúan las conexiones al exterior con alambre o cintas de cobre moldeados o enrollados sobre cada extremo del resistor.Se realizan pruebas de los valores de resistencia antes de inscribir la codificación de su color y de su valor de resistencia en la capa externa aislante y se coloca un aislante plástico alrededor del elemento resistivo. Otras formas de fabricación incluyen el uso de materiales cerámicos para aislar el elemento resistivo. Existe una necesidad importante de resistores de mejor estabilidad que aquellos compuestos de carbón debido a que su resistencia puede variar considerablemente con los cambios de temperatura y el paso del tiempo. El costo de los resistores bobinados no es bajo y tampoco se logra obtener un amplio rango de valores de resistencia. En su lugar se fabricaron los resistores de película. El siguiente diagrama muestra la construcción de un resistor de película metálica.

La película por sí misma es un elemento resistivo, una capa superficial en un rodillo aislante hecho de cerámica y fábrica con diferentes materiales. El primer resistor de este tipo fue el que utilizaba una película de carbón en forma cristalina moldeado con un tratamiento de calor sobre el rodillo. Éste, más estable que el que utiliza una composición de carbón, es al día de la fecha superado por el de película metálica, o si se prefiere una mayor estabilidad, el de sputtered-metal, de costo más elevado.Cuando la película, de cualquier material, está aplicada sobre el rodillo se coloca una capa de material conductivo para facilitar un buen contacto eléctrico. Se realiza un corte en espiral en la película para ajustar los valores de resistencia a los necesarios. Luego se “crimpean” casquillos metálicos en los extremos del rodillo, al cual se sueldan los alambres conductores, para obtener una terminal rígida y con buen contacto eléctrico.Se protege el elemento resistivo con una capa exterior de cerámica, como se muestra, o con una capa de una resina sintética, lo cual es cada vez más usual debido al progreso de estos materiales. El resistor se rotula posteriormente con el código de colores estándar o alternativamente números y letras. Las características y funcionamiento de los resistores de composición y de película son las siguientes:

Poca capacidad de potencia cuando son comparados con los de tipo bobinado. Los valores habituales llegan a 2W, y raramente superan los 5W.

La capacidad de un resistor de conservar sus características operativas cuando están almacenados o en funcionamiento se denomina su estabilidad, y se expresa en términos de cambio en los valores de resistencia. Para un período de un año de almacenamiento, la estabilidad de los resistores de composición es de aproximadamente un 5%, y para los de película es de un 0.5%. En condiciones operativas normales la estabilidad de los primeros es de aproximadamente un 5% pero puede ascender a un 25% cuando esas condiciones no son adecuadas, mientras que la de los segundos es de aproximadamente un 1% a 3%. Esto deriva en que mientras menos cambios existan en las características de los resistores, mayor será la estabilidad que ofrecen.

Pocos resistores de composición ofrecen una exactitud mayor que 5% y los valores normales de tolerancia son de 5%, 10%, y 20% con respecto a los valores nominales. Los resistores de película, si se requiere, están disponibles con una exactitud de 0.1% a 2%.

Para ambos resistores, la temperatura de funcionamiento máxima es baja debido a que la conductividad térmica del carbón es baja. Para los de composición, este efecto es más evidente, y su temperatura exterior máxima es de aproximadamente unos 115°C, mientras que para los de película ésta es de 150°C (porque todo el carbón está cerca de la superficie del resistor).

La variación en los valores de resistencia con respecto a la temperatura para los de composición es más elevada que la de los de película, debido principalmente a la diferencia en la estructura de su elemento aglomerante.

La humedad provoca un cambio en la resistencia de los resistores de composición que es siete veces más elevada que la de los de película.

Cuando se sueldan los resistores en un circuito, el calor que se requiere para el procedimiento de soldadura puede cambiar de manera permanente el valor de la resistencia, a menos que éste sea desviado del elemento resistivo. Los resistores de película son menos propensos a sufrir estos cambios.

Las ventajas de los resistores de carbón o de composición comparadas con los de bobina son: Bajo costo Pequeños Disponibles en varios rangos de valores de resistencia Autoinductancia despreciable No requieren instalaciones de montaje especiales Debido al tamaño reducido y al poco peso, se sostienen en cualquier lugar Se sueldan con facilidad Etc

Para facilitar los procesos de diseño, manufactura y mantenimiento de stock, los resistores se fabrican generalmente con valores determinados, siendo los más conocidos: 1, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1 todos ellos multiplicados desde 10^-1 hasta 10^6Los resistores están especificados con su valor nominal y un porcentaje de tolerancia en relación a ese valor.

Esto se debe a que, cuando se tiene en cuenta el alcance de los valores actuales dentro de los límites de tolerancia, se puede alcanzar el rango de resistencia necesario mediante la fabricación de resistores con esos valores específicos.1. DEFINICIÓN DE ELECTRICIDAD

La corriente eléctrica o electricidad es la circulación de electrones libres a través de un conductor.

2. TIPOS CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente continua: los electrones se mueven siempre en el mismo sentido y con idéntica intensidad. Es la que suministran las pilas,

baterías y dinamos. Corriente alterna: los electrones cambian periódicamente el sentido de circulación y no circulan siempre con igual intensidad. Es la

más empleada y es la que recibimos en nuestras casas3. MAGNITUDES ELÉCTRICAS.

Las magnitudes fundamentales de la corriente eléctrica son:

Voltaje Intensidad Resistencia

3.1. VOLTAJEAl voltaje también se le llama tensión o diferencia de potencial.

La cantidad de energía que una pila es capaz de proporcionar a cada electrón viene expresada por su voltaje o tensión y se mide en voltios (V). Esta tensión de la pila se reparte entre los distintos elementos del circuito.

3.2 INTENSIDADLa intensidad se define como la carga o número de electrones que atraviesan la sección de un conductor en un segundo. La intensidad

de una corriente eléctrica se mide en amperios (A).

3.3 RESISTENCIAEs la mayor o menor facilidad que ofrece un elemento para transportar la corriente eléctrica. La resistencia eléctrica se mide en ohmios

(Ω).

Las resistencias en los circuitos pueden estar montadas en serie, paralelo o de forma mixta.

Conexión en serie: Cuando están montadas en serie, la resistencia total o equivalente es la suma de todas las resistencias.

RT = R1 + R2 + R3 + …

RT = 2 + 3 + 1 = 6Ω RT = 6Ω

Conexión en paralelo: Cuando están montadas en paralelo, se utiliza la siguiente expresión para calcular la RT:

1RT

=14+ 13+ 112

=3+4+112

= 812

1RT

= 812 →8⋅RT=12⋅1→RT=

128

=1,5Ω→ RT=1,5Ω

Cuando tenemos solamente dos resistencias en paralelo utilizamos la siguiente expresión:

RT=R1⋅R2R1+R2

1RT

= 1R1

+ 1R2

+ 1R3

+. ..

RT=20⋅520+5

=10025

=4 Ω→ RT=4 Ω

Conexión mixta: Las resistencias están montadas de forma mixta cuando las resistencias están montadas en serie y en paralelo en un mismo circuito.

R23=R 2⋅R3R2+R3

→ R23=

20⋅520+5

=1005

=4 Ω→ R23=4 Ω

RT = R1 + R23 + R4 RT = 3 + 4 + 1 = 8Ω RT = 8Ω

ACTIVIDADES:

1) Halla el valor de la resistencia equivalente:

a)

b) c)

d)

2) Calcula la resistencia total o equivalente de las siguientes asociaciones de resistencias y dibuja los sucesivos circuitos a medida que se va simplificado.

a) b)

c)

4. LEY DE OHM

Ley de Ohm : “La resistencia que ofrece un conductor al paso de la corriente es directamente proporcional a la tensión aplicada en sus extremos e inversamente proporcional a la intensidad de la corriente que los atraviesa.”

R=VI

Fórmulas:

R=VI

V=R⋅I →

I=VR

donde:

V: Tensión o voltaje. Se mide en voltios (V)

I: Intensidad. Se mide en amperios (A)

R: Resistencia. Se mide en ohmios (Ω)

Ejemplos:

A) En un circuito formado por una pila de 4,5 V y una bombilla con una resistencia de 9Ω. ¿Cuál será la intensidad que circula por la bombilla? Dibuja el esquema.

V = 4,5 V

R = 9 ΩV=R⋅I → I=V

R=4,59

=0,5 A → I=0,5 A

I?

Esquema:

B) ¿Cuál será la resistencia de este circuito?

V=R⋅I → R=VI=1502

=75Ω → R=75Ω

ACTIVIDADES:

3) Calcula el parámetro que hace falta en cada uno de los siguientes circuitos:

a) b)

c) d)

e)

4) Calcula la resistencia de una plancha sabiendo que, al conectarla a 220 V, circula una intensidad de 5A.

5) Calcula el parámetro que hace falta en cada uno de los siguientes circuitos:a) b)

c)

5. POTENCIA ELÉCTRICAEn física, es la cantidad de trabajo o energía que es capaz de realizar una corriente eléctrica en un tiempo determinado. Se

representa por la letra P y se mide en vatios (w).Se calcula con la siguiente expresión:

P= E

t

La potencia eléctrica que consume un aparato eléctrico se calcula de la siguiente forma:

P = V x IACTIVIDADES:6) Indica cuánto maraca el voltímetro de la lámpara B en el circuito.

¿Qué potencia consume esa lámpara? Calcula también la potencia que consume la lámpara A y la potencia generada por la pila. Comprueba que se cumple que P pila = PA + PB

7) Calcula la potencia generada por las pilas del ejercicio 5.8) Una tostadora de pan está conectada a la tensión de 220 V y tiene una resistencia eléctrica de 90 Ω. Determina:

a) La potencia eléctrica de la tostadora.b) La energía eléctrica consumida si está en funcionamiento durante un minuto.

9) Una lámpara está conectada a la tensión de red de 220V durante 30 minutos. Si la intensidad de corriente que circula por el filamento de la lámpara es de 2 A, determina la cantidad de energía consumida.

6. CÁLCULO DE CIRCUITOS6.1. CARACTERÍSTICAS DE UN CIRCUITO EN SERIE

1º) RT = 3 + 5 + 2 = 10 Ω = R T

I1 = 4A

2º) IT=

V TRT

=4010

=4 A=IT=I1=I 2=I 3 I2 = 4A

I3 = 4A

3º) V1 = I1 * R1 = 4 * 3 = 12 V = V1

V2 = I2 * R2 = 4 * 5 = 20 V = V2

V3 = I3 * R3 = 4 * 2 = 8 V = V3

4º) Comprobación: VT = V1 + V2 + V3 VT = 12 + 20 + 8 = 40V = VT OK

PASOS PARA CALCULAR:

1º) RT = R1 + R2+ R3 + ….

I1 = IT

2º) IT=

V TRT, IT=I 1=I 2=I 3=. . .

I2 = IT

I3 = IT

En un circuito en serie todas las intensidades son iguales .

3º) V1 = I1 * R1

V2 = I2 * R2

V3 = I3 * R3

4º) Comprobación: VT = V1 + V2 + V3 …

ACTIVIDADES:

10) Calcula todas las intensidades y todos los voltajes del siguiente circuito:

6.2. CARACTERÍSTICAS DE UN CIRCUITO EN PARALELO

1º) RT=

20⋅520+5

=10025

=4 Ω=RT

V1 = 40V

2º) VT = 40V = V1 = V2

V2 = 40V

3º) I 1=

V 1R1

=4020

=2 A=I 1

I 2=

V 2R2

=405

=8 A=I 2

4º) IT=

V TRT

=404

=10 A=IT

5º) Comprobación: IT = I1 + I2 IT = 2 + 8 = 10A = IT OK

PASOS PARA CALCULAR:

1º) RT=

R1⋅R2R1+R2 o (

1RT

= 1R1

+ 1R2

+ 1R3

+. ..)

V1 = VT

2º) VT = V1 = V2 = ….

V2 = VT

En un circuito en paralelo todos los voltajes son iguales:

3º) I 1=

V 1R1

I 2=

V 2R2

4º) IT=

V TRT

5º) Comprobación: IT = I1 + I2 ….

ACTIVIDADES:

11) Calcula todas las intensidades y todos los voltajes del siguiente circuito:

12) Calcula: RT, IT, todas las intensidades, todos los voltajes y potencias de los siguientes circuitos:

a) b)

6.3. CARACTERÍSTICAS DE UN CIRCUITO MIXTO

1º)

R23=R2⋅R3R2+R3

=20⋅520+5

=10025

=4Ω=R23

RT = R1 + R23 = 2 + 4= 6 Ω = R T

I1 = 5A

2º) IT=

V TRT

=306

=5 A=IT=I 1=I23

I23 = 5A

3º) I1 = 5A V1 = I1 * R1 = 5 * 2 = 10V = V1

I23 = 5A V23 = I23 * R23 = 5 * 4 = 20V = V23

V2 = 20V I 2=

V 2R2

=2020

=1 A=I 2

V23 = 20V

V3 = 20V I 3=

V 3R3

=205

=4 A=I 3

4º) Comprobación: I23 = I2 + I3= 1 + 4 = 5A = I23 OK

ACTIVIDADES:

13) Calcula todas las intensidades y todos los voltajes del siguiente circuito:

14) Calcula todas las tensiones e intensidades de los siguientes circuitos:

a)

b)

7. INSTRUMENTOS DE MEDIDA7.1. VOLTÍMETROPara medir el voltaje o tensión eléctrica entre dos puntos de un circuito se utiliza el

voltímetro.

Esta formado por una bobina de hilo muy fino y gran longitud, para que oponga mucha resistencia y pase poca intensidad.

Se conecta en paralelo en los extremos del elemento cuya tensión queremos medir

7.2. INTENSIDADPara medir la intensidad de corriente se utiliza el amperímetro.

Esta formado por una bobina de hilo muy grueso y pequeña longitud, para que oponga poca resistencia y pase toda la intensidad.

Se conecta en serie con la corriente que queremos medir.

7.3. RESISTENCIAPara medir una resistencia se usa el ohmímetro, que se conecta en las terminales de la misma, siendo condición imprescindible que no

haya tensión.

7.4. POLÍMETROEn la actualidad todos estos aparatos y otros más se encuentran en uno sólo conocido con el nombre de polímetro. También se le

conoce con el nombre de Tester o Multímetro.

Existen dos tipos de polímetros, los analógicos y los digitales. En los últimos años los digitales se han extendido mucho más llegando a ser casi los únicos que se utilizan hoy en día.

Como puede observarse este polímetro consta de dos voltímetros, dos amperímetros, un óhmimetro y un apartado para calcular la hfe de los transistores.

Para realizar una medida debemos seguir siempre los siguientes pasos:

1.- Seleccionar la parte en la que queremos realizar la medición (Voltímetro, Amperímetro, Óhmimetro).

2.- Comprobar que las puntas están en los terminales correctos, en caso contrario colocarlas.

Es muy importante fijarse bien en el conexionado de las puntas, si se conectan unas puntas en un terminal equivocado se puede destruir el polímetro.

El terminal negro siempre se conecta en el común y el rojo es que se conecta en V/ O para resistencias y voltajes, o en 2A o 10A para intensidades que alcanzan como valor máximo 2 o 10 Amperios.

3.- Seleccionar el valor más alto de la escala que queremos medir, con el selector.

4.- Conectar las puntas en el lugar adecuado del circuito o resistencia.

5.- Mover el selector bajando de escala hasta que la lectura sea posible en el display.

V

VOLTÍ METRO

V

VOLTÍ METRO

A

AMPERÍ METRO

A

AMPERÍ METRO

ACTIVIDADES:

15) ¿Qué intensidad circula por los siguientes circuitos?a) b) c)

16) Determina los valores de las resistencias en los siguientes circuitos.a) b)

c)

17) Calcula qué valores marcarán los amperímetros y voltímetros de los siguientes circuitos:

a) b)

18) Calcula: RT, VT, IT, PT, I1 ,I2 ,I3 ,V1 ,V2 ,

19) En el circuito de la figura siguiente se ha sustituido la resistencia R por otras dos montadas de forma diferente:

Se pide:

a) Calcula el valor de las resistencias R2 y R4 para que la intensidad I tenga el mismo valor en los tres circuitos.

b) Calcula el valor de las intensidades I3 e I4