electrónica recreativa

7/30/2019 Electrnica Recreativa

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Electrnica Recreativa www.librosmaravillosos.com E. Sedov

Colaboracin de Gerardo Codesido Preparado por Patricio BarrosAntonio Bravo

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I n t r oduc ci n

A qu se ha destinado este libro? A la radio? A la localizacin? A la televisin?

Al lser? A las mquinas calculadoras electrnicas?

Sobre cada una de las materias sealadas se podra escribir un libro por separado.

Ms an, tales libros ya han sido escritos. Entre ellos los hay para especialistas y de

divulgacin, voluminosos y pequeos, para alumnos de primaria y estudiantes, para

ingenieros y cientficos, en fin, para cualquier nivel de conocimientos y para todos

los gustos. Adems de la localizacin, la televisin, la radiocomunicacin y la tcnica

de clculo, los aparatos creados por la electrnica prestan servicios en otros campos

de la tcnica. Es el caso, digamos por ejemplo, del mundo y la medicin a distancia,

el estudio de las molculas, tomos y ncleos, de la radioastronoma, de los

mtodos ms modernos investigacin en la biologa y en la medicina, de la

tecnologa electrnica de elaboracin de los metales y de la transformacin de la

energa trmica en elctrica con ayuda de semiconductores.

Todo esto es la electrnica, porque todos los campos de la tcnica tienen necesidad

de aparatos electrnicos en los cuales acta el ligero, infatigable y siempre

dispuesto a ser til, el "eterno trabajador" llamado electrn.

Es posible entonces exponer todo esto en un solo libro sobre la electrnica? Y

adems, en forma tal que el lector no slo vea que todo esto existe en el mundo

(cosa que el seguramente, y sin ayuda de nuestro libro, hace tiempo que conoce),

sino que pueda comprender los principios de la estructura y funcionamiento de

distintos aparatos electrnicos, aclarar la esencia en que se basan sus mtodos e

ideas.

Debemos reconocer que escribir un libro sobre la electrnica que abarcase todos

aquellos campos de la tcnica en los que sta ya ech sus profundas races, no fue

una tarea fcil.

Fue necesario seleccionar solamente aquellos campos de aplicacin, fenmenos y

procesos sin los cuales hubiera sido imposible lograr un verdadero adelanto. La

descripcin sobre el comportamiento de los electrones fue necesario traducirla del

idioma de las ecuaciones, diagramas y frmulas a un idioma comprensible para

todos.


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Colaboracin de Gerardo Codesido Preparado por Patricio BarrosAntonio Bravo

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No obstante, a pesar de las divergencias entre el autor y el redactor, en nuestro

libro han sido expuestas ciertas frmulas y curvas seleccionadas de algunos

trabajos monogrficos, as como de trabajos especiales. Por supuesto, fueron

tomadas todas las medidas para hacerlas asimilables. Por este motivo, surgi la

necesidad de introducirse en profundos razonamientos y meditaciones, o apelar a la

bsqueda de analogas y ejemplos de la vida. Pero todo esto sirve como una

endeble justificacin ante los ojos de aquellos lectores que preferiran comprender la

electrnica sin necesidad de ecuaciones ni curvas.

Pero no ser demasiado aproximada esta representacin? Precisamente las curvas

y ecuaciones son el lenguaje singular de la electrnica y es poco recomendable

pasarlo por alto.

Hace tiempo fue establecido que no es posible estudiar las costumbres, el carcter y

la cultura de cualquier pueblo, desconociendo su idioma.

La estructura del libro es inslita. Las ideas imprescindibles para la comprensin de

la esencia de la electrnica, se exponen con ayuda de dibujos y texto bajo la rbrica

general: Esto sirve de base. Estas partes se alternan con unos breves resmenes

en los que se describen como nacieron las ideas, los elementos, los aparatos, de

que se derivan y a que conducen. Nosotros suponemos que esta disposicin de las

distintas partes del libro ayudar al lector que se adentra por primera vez en el

mundo de la electrnica a, por una parte, asimilar, sin esfuerzos, cual es su base, y

por otra, a obtener una idea completa en lo que se refiere a la electrnica como

campo independiente de la ciencia y la tcnica modernas. Este campo posee su

lgica interna, en cuyo ncleo van entrelazados una multitud de aplicaciones,

mtodos e ideas.

La propia denominacin electrnica verdaderamente dice mucho: el electrn es el

rgano vital de los aparatos electrnicos. Precisamente por l comenzaremos

nuestro libro.


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Colaboracin de Gerardo Codesido Preparado por Patricio Barros

Antonio Bravo

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Ca p t u l o 1

L o s e l e c t r o n e s y l a e l e c t r n i c a

En este captu lo el lector conocer la histor ia del descubrim iento del electrn , y al

m ism o t iempo comprender por qu pr ecisamente esta part cula tuvo el destino de

ser la pieza principal de ciertos aparatos electrnicos, que dieron el primer

impulso al desarrollo de la electr nica.

Conten ido :

El electrn al separarse del tomo, adquiere su libertad Por qu el electrn? Por qu no existe la protnica? Algo sobre la fotnica Y quin pudo verlo? La corriente puede aparecer no slo en el metal, sino tambin en el gas, en el

lquido y en el vaco

Un viaje por el bao Una porcin de electr icidad El cosm os en una am polla de vidrio En el tubo tambin hay electrodos Armados de un can La huella de los invisibles Casi como en un manual de problemas y ejercicios La rejilla hizo revolucin Con ayuda de la rejilla Sobre la sierra, el haz y la llave El tiempo bajo el microscopio La cimentacin de un enorme edificio

El e lect r n a l separarse de l tom o, adqu ie re su l i ber t ad


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1 . 1 .

La base del enorme edificio de la electrnica, erigido por la tcnica y

la ciencia contempornea, se considera que es y lo fundamenta esa

pequea partcula, llamada electrn.

Al lector, evidentemente, le es conocido que los tomos de todas las materias

contienen, en su composicin, electrones, los cuales giran alrededor del ncleo por

determinadas rbitas.Los electrones son tan giles, que durante cada segundo les da tiempo a repetir el

recorrido alrededor del ncleo del tomo hasta quinientos trillones de veces.

1 . 2 . Nadie y nunca ha visto un electrn. Su radio es 400.000.000.000 veces

menor de un milmetro. El microscopio ms moderno, conocido hasta el momento

por nosotros, no permite ver tales partculas.

La masa de un electrn es 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (10-27) veces

menor, que la masa de un gramo. Es de comprenderse pues, que semejantes

partculas no se pueden pesar en ninguna bscula.

1 . 3 . La presencia del electrn se manifiesta completamente de

otra manera. El electrn posee su original tarjeta de visita lleva

consigo una pequesima porcin de electricidad, carga negativaigual a 1,6 x 10-19 culombios

1 . 4 . La composicin de cada tomo, adems de los

electrones, la forman los protones y neutrones.

Estas partculas estn fuertemente pegadas y cementadas entre s

mediante poderosos campos nucleares y forman el ncleo atmico

monoltico.

1 . 5 . El protn y el neutrn si se les compara con el electrn,

aparentan ser verdaderos gigantes: la masa de cada uno de ellos es

aproximadamente 1840 veces mayor que la masa de un electrn.


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1 . 6 . El neutrn no lleva consigo ninguna clase de carga y

elctricamente es neutro. De ah su nombre: neutrn. La carga de

un protn, por su magnitud, es igual a la carga de

un electrn (1,6 x 10-19 culombios), pero de signo positivo.

1 . 7 . El tomo en su conjunto tambin es neutro porque la

cantidad de electrones en un tomo corresponde a la cantidad de

protones que se encuentran en su ncleo.

El electrn que gira por una de las rbitas del tomo se denomina electrn ligado.

1 . 8 . Es frecuente que los electrones; por la

influencia de las fuerzas externas adquieran su

libertad; entonces ellos se separan de sus tomos,

escapndose de sus orbitas exteriores. El tomo, al

perder su electrn deja de ser neutro, convirtindose en un in de carga

positiva.

1 . 9 . La carga negativa de los electrones les

obliga a moverse hacia la placa metlica,

conectada al polo positivo de la fuente deelectricidad (tensin).

Por qu e l e lec t rn ?

Cmo fue posible, que la partcula de materia con una masa

1.000.000.000.000.000.000.000.000.000

veces menor que la masa de una pesa de un gramo adquiriera en la actualidad tal

considerable peso?

Hace poco ms de un siglo, nadie tena conocimientos acerca del electrn y, sin

embargo, hoy da sera difcil encontrar una persona que aunque sea tan slo de

odas, no hubiera tenido referencias sobre l. Todos con un gran respeto hacen


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comentarios sobre el electrn, se escriben libros en los que el electrn

figura como el hroe principal. Adems, siempre como un hroe

positivo, a pesar de ser negativo el signo de su carga.

Y todo es debido a que el electrn se convirti en la "pieza principal

de los aparatos electrnicos que desempean un papel extraordinariamente

importante en todos los campos de la vida, ciencia y tcnica.

Esta pieza" result muy oportuna, por ser en primer lugar, ligera y mvil: todava

mucho tiempo antes del comienzo de la "era csmica los fsicos, al investigar el

movimiento de los electrones en un tubo, los impulsaban hasta obtener velocidades

verdaderamente csmicas.

En segundo lugar, esta pieza ignora el desgaste; todava nadie ha podido destruir,

"romper" el electrn.

En tercer lugar, esta "pieza en general no escasea; pues hasta que no se agote la

energa de la fuente de corriente, esta ltima seguir enviando por un

transportador (un conductor) un flujo de estas piezas. Estas sern tantas

cuantas pidan todos los talleres y secciones de una produccin complicada, es

decir, todos los elementos y conjuntos que entran en la constitucin de un

transmisor, receptor u otro cualquier aparato electrnico.

Esta pieza funciona perfectamente en diferentes condiciones: en el vaco (tubos y

lmparas electrnicas), en los gases (lmparas de descarga) e incluso en mediosslidos (semiconductores).

No hay duda, el electrn result muy cmodo. Pero por qu a pesar de todo le

pertenece precisamente a l tan importante papel en la tcnica moderna? Es sabido

que a continuacin de l, fueron descubiertos los protones, neutrones, fotones,

mesones a hiperones, toda una numerosa familia de las llamadas partculas

elementales.

Entonces, por que pues existe la electrnica, y hasta ahora no se cre la protnica?

Por qu no existe la neutrnica o la mesnica? Es posible que slo porque el


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electrn fue descubierto el primero? O este problema esta relacionado con ciertas

capacidades exclusivas, las cuales no las poseen otras partculas?

Por qu no ex is te la p ro t n ica?

Tmese, por ejemplo, una partcula tal como el neutrn. Qu es lo que representa?

En primer lugar, esta partcula no tiene carga. En segundo lugar, su masa supera a

la del electrn en ms de 1840 veces. Dado que el neutrn no tiene carga, a la

accin de un campo elctrico exterior es indiferente, neutral. Si as es, por lo tanto,

el neutrn no puede ser gobernado con ayuda de un campo elctrico. El electrn es

otro asunto. Cargado negativamente, l siempre tiende hacia la placa de potencial

positivo (vase 1.9). Cambiando el potencial, es posible dirigir los electrones:

acelerar y retrasar su movimiento, cambiar su direccin, aumentar y disminuir su

flujo.

Pero, existen otras partculas, los protones, que tampoco son indiferentes a la

accin del campo elctrico, por cuanto llevan consigo una porcin de carga positiva.

Por qu entonces, en este caso, en lugar de aparatos electrnicos no se utilizan

aparatos protnicos?

El protn posee una masa 1840 veces mayor que la del electrn. Imagnense por

ejemplo, la habitual bala de can y, al lado otra bala, cuyo peso es 1840 veces

mayor. Si el peso de la primera loconsideramos igual a 30 kilogramos, entonces

resulta que la segunda sera ms pesada que

diez naves csmicas.

Los pesados y torpes protones nunca podrn

competir con los giles electrones; los

bombarderos pesados nunca podrn ser tan

maniobrables como los ligeros aviones de caza.

Todos los pilotos saben que cuanto menor es la

masa de la mquina, tanto menor es su

inercia. Apenas se viran los volantes de

maniobra y el avin de caza cambia

bruscamente su curso. Pero, incluso teniendo la mayor capacidad de maniobra


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siempre se debe tener en cuenta la inercia, de lo contrario, cualquier avin de caza

volar por inercia cerca del objetivo necesario sin alcanzarlo.

Volviendo a nuestro tema, digamos, que el electrn posee una masa y una inercia

insignificantes en comparacin con la del protn y el neutrn. Por consiguiente,

mediante las fuerzas externas, se puede instantneamente comunicarle una

determinada aceleracin y obligarle a ejecutar un complicado viraje. Al aplicar el

voltaje el electrn adquiere al instante una velocidad enorme. Se cambi el signo de

la tensin y el electrn (a toda marcha) vuela hacia atrs.

Esta propiedad es, quizs, una de las ms importantes. Sin ella hubiera sido

imposible dibujar una imagen en la telepantalla 25 veces por segundo; crear una

frecuencia de oscilaciones con la cual la corriente en el circuito en el transcurso de

un segundo logra modificar su magnitud y direccin hasta 10 mil millones de veces;

dirigir un cohete a enorme velocidad y, en el transcurso de una hora, realizar en las

mquinas electrnicas tales clculos, en los cuales el hombre llegara a invertir

varios aos.

Algo sobre la fo tn ica

Adems del electrn, el protn y el neutrn, la fsica moderna conoce ya cerca de

200 variedades de partculas elementales.

Ser posible que entre ellas no existan algunas tan ligeras, mviles y accesiblescomo el electrn? Naturalmente que existen, por ejemplo, el fotn.

Si se habla de movilidad, entonces esta partcula, por lo general, no conoce el

reposo, ella existe solamente en movimiento. Y, en reposo, desaparece. Los

cientficos dicen, que la masa en reposo del fotn es nula. Esta partcula puede ser

obtenida en forma pura ms fcilmente que el electrn. Se ha establecido por la

Fsica, que cualquier luz visible esta compuesta por fotones. Y no resulta casual que

en los ltimos aos precisamente esta partcula compite con xito con el electrn en

toda una serie de campos de la tcnica.

Si, hasta hace poco tiempo, tales ramas de la tcnica, como la radiocomunicacin o

la localizacin, fueron un monopolio de la electrnica, actualmente ha surgido una

nueva rama que puede denominarse, con igual derecho, fotnica. Se trata de

osciladores cunticos (de los as denominados lseres) los cuales se estn


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elaborando acentuadamente en los ltimos aos. Claro est que aqu tambin se

requiere la solucin de problemas complejos. Los fotones no tienen carga y por esto

no pueden ser dirigidos por el campo elctrico; y es mucho ms difcil que a los

electrones obligarlos a realizar una oscilacin con una frecuencia determinada. Pero

estas dificultades se logran superar y pronto junto con la radiocomunicacin

electrnica, comenzar a introducirse la fotnica.

Es posible que despus de esto pierda el valor la electrnica? No, la tcnica del

fotn no pondr fin a la electrnica. En primer lugar, adems de la

radiocomunicacin, la electrnica tiene otras tareas. En segundo lugar, sin la

electrnica no se pueden crear ninguna clase de aparatos fotnicos. Los fotones se

crean por los electrones: cuando un electrn en el tomo cambia su posicin,

digamos, salta desde una orbita lejana del ncleo a una ms cercana, el tomo

irradia un fotn.

Pero, sobre esto debemos hablar separadamente. De momento sealemos lo

siguiente: el electrn no lucha por ser exclusivo, y cuando surge la necesidad de

salir de los marcos de sus posibilidades, l regala con alegra al mundo, el fotn.

Y es de preguntarse; se desarrollarn junto a la fotnica y la electrnica otros

campos de la tcnica que utilicen las propiedades de algunas otras partculas? Quien

sabe. Ya existen hiptesis sobre la posibilidad de comunicaciones a base de ondas

neutrinas u ondas de gravitacin. Pero tales ondas an no han sido investigadas porla ciencia. Por esto, todos los medios modernos de radiocomunicacin estn

basados en la interaccin de los electrones y en las ondas electromagnticas.

Y qu in pud o ver lo?

Nosotros llamamos milagro a lo que no se puede explicar. Los milagros son obra

creadora del espritu, de los magos, de los dioses. La electrnica la cre el hombre.

l domin el electrn, conoci sus propiedades, le oblig a resolver una infinidad de

diferentes problemas. Al construir un aparato electrnico, el ingeniero razona

respecto al electrn: el se comportara de esta o tal forma, har esto y aquello,

correr hacia all o hacia aqu.

Bien, y quin pudo ver como se realiza todo esto? Ciertamente, nadie. En el mejor

de los casos es posible ver la traza del rayo en la pantalla o medir la suma de las


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cargas de todos los electrones que pasan en el transcurso de un segundo por el

conductor, o sea, la corriente elctrica. La corriente y el haz son flujos de

electrones, una masa enorme de partculas que se mueven. Pero un electrn

constituye una partcula demasiado pequea, lo cual impide que se le pueda ver a

ningn microscopio.

Todos hemos visto un televisor por su parte exterior. Pero cualquier persona curiosa

obligatoriamente ser atrada por su interior. Bueno, y qu? Nada especialmente

interesante. Muchas piezas diferentes y una red compleja de conductores. Lmparas

que brillan dbilmente y... ningn movimiento. Un imperio muerto. Vive solamente

la pantalla.

Cmo se originan las imgenes mviles en las piezas y conductores inmviles?

Quin sustituye a los actores vivos en los espectculos, como se representa en latelepantalla un encuentro deportivo tenso? El papel principal lo desempea aqu el

electrn.

Mientras en la pantalla acciona un acto, en todos los elementos que se encuentran

dentro del televisor, corre una vida oculta, invisible, pero intensa. El ingeniero la

estudi muy cuidadosamente. l puede responder sobre cuntos electrones pasan

exactamente a travs de cada conductor en el transcurso de cada segundo y como

ellos se comportaran en cada eslabn. A pesar que l tampoco vio al electrn con

sus ojos.

A primera vista, todo esto aparenta casi como un milagro. El electrn comenz a

desempear todo gnero de papeles. l sustituye a los actores en los tele-

espectculos y presenta al cantante detrs de la escena, obligando al altavoz del

receptor a reproducir el sonido. l dirige el cohete, el torno, el avin, realiza


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clculos complejos y traducciones, elabora los metales, hace posible estudiar la

micro estructura de las sustancias.

Nadie lo ha visto trabajando, l es como el gnomo invisible de los cuentos nuevos y

nuevos milagros. Pero, el conocimiento y el poder imaginativo de los investigadores

permiten establecer, con todos sus detalles, como se comportan los giles

electrones en los diferentes equipos creados por el hombre.

Pretendiendo subrayar esta particularidad de la electrnica, el conocido escritor de

ciencia-ficcin norteamericano Arthur Clark describi el siguiente episodio

fantstico.

Imagnense que a los eminentes pensadores del pasado, digamos, Newton y

Leonardo de Vinci, les dieran para un estudio la lmpara electrnica y el automvil

moderno.

Por el aspecto exterior del automvil ellos, evidentemente sacaran ciertasconclusiones sobre su destino y estructura. Pero sobre el diodo y el trodo no

podran decir nada. Absolutamente nada! Porque el aspecto externo de la lmpara

electrnica, o parte de sus piezas, no da ni la ms mnima idea respecto a los

procesos electrnicos, que en ella trascurren. Ni Newton, ni Leonardo de Vinci, con

toda la riqueza de su fantasa cientfica, no podran imaginarse ni el electrn, ni su

papel y comportamiento en el interior de estos equipos completamente

incomprensibles para ellos.

Fueron necesarias cientos de conjeturas geniales y muchos miles de experimentos,

realizados por los cientficos en los siglos posteriores, para que la ciencia hubiera

podido crear una idea exacta acerca de los procesos invisibles, en los que participa

el electrn. Pero, cmo es en s el electrn? Cmo es su estructura? Es compacto

o hueco? Homogneo o compuesto de algunas partes?


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Al respecto, todava nada se conoce. Hoy da el electrn se considera como un

umbral, el cual la ciencia, mientras tanto, no ha podido franquear. Pero, lo

franquear?

Lo franquear! De la misma forma que de la molcula pudo pasar al tomo, y del

tomo al estudio de partculas ms pequeas. La materia en manos de la ciencia, es

lo mismo que la mueca en manos de un nio curioso: hay deseo de investigar

ms y ms esa ciencia para saber que hay all dentro.

La molcula, el tomo, el ncleo, el protn, el neutrn, el electrn... Un proceso sin

lmites de conocimientos, y la materia infinita, no slo en su ancho sino tambin en

su profundidad. En la naturaleza, probablemente, no existe el electrn nico, sino

que existe un enjambre de ondas o un sistema de ciertas partculas, todava ms

pequeas. Y, de pronto, en un momento oportuno el electrn, como tal, desaparece

de la ciencia... Esto sera espectacular!

Pero qu pasar entonces con la electrnica? Ciertamente, nada! Esto no se

reflejar en ella. He aqu algo realmente maravilloso: no hay electrones, pero existe

la electrnica. Mas, sin embargo, no hay nada aqu particularmente extrao. Los

aparatos, creados mediante la electrnica, servirn como antes al hombre, y al fin y

al cabo, no es de tal importancia que esto constituye el detalle principal, el

enjambre de ondas, la partcula homognea compacta o el sistema de partculas

fusionadas. Lo principal es que nuestras ideas no tengan discrepancias con los datosde los experimentos y que cada nuevo xito en la electrnica, sea una confirmacin

experimental de la justeza de las ideas que forman su fundamento. Mientras tanto,

dejemos que sea la partcula, que de todas las maneras no ha sido vista por nadie.

Todo el enorme edificio de la electrnica fue construido especulativamente,

gracias a los esfuerzos de los numerosos cerebros inventivos e indagadores.

Comenzando desde el momento en que se descubri el electrn, cuando el fsico

Helmholtz no lo palp, no lo percibi con el odo, no lo vio, sino que adivin, que en

la electrlisis debe participar el electrn.

La cor r ien te pu ede aparecer no s lo en e l m eta l , sino t am bin en e l gas , en

e l l qu ido y en e l vac o


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1 . 10 . Los tomos del metal forman un retculo cristalino y, en el espacio entre los

nudos del retculo se mueven caticamente los electrones libres de una parte a otra

sin finalidad alguna.

1 . 1 1 . Basta conectar una placa metlica a los dos polos de una fuente de voltaje

para que los electrones adquieran un objetivo. Ellos se precipitarn hacia el polo

positivo de la batera y en el metal se crear corriente elctrica.

1 . 12 . La corriente elctrica puede surgir en los gases. Bajo la accin del voltaje

en el interior del tubo se origina la ionizacin del gas: los electrones libres se

precipitan a la placa de potencial positivo y, por el camino, haciendo impacto con los

tomos, arrancan los electrones de sus rbitas. Los iones positivos (los tomos que

perdieron sus electrones) se dirigen al extremo opuesto del tubo. La luminiscencia

caracterstica del gas en el tubo es testimonio que en su interior se mueven los iones

y electrones uno al encuentro del otro, es decir, circula corriente elctrica.

1 . 13 . Para crear corriente elctrica en un lquido (por ejemplo, en una solucin de

sal comn), es necesario introducir en este lquido, dos varillas metlicas y

conectarlas a la fuente de voltaje.


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con alas de fantasa; pues los electrones no se pueden ver, y solamente es posible

imaginrselos. Sin embargo, hacindonos una idea del papel que desempean los

electrones en este proceso, nosotros podramos comprender todo su mecanismo

interior.

Qu es lo que sucede aqu? A aquellos, que conozcan la estructura del tomo, les

ser muy fcil comprender el proceso de la electrlisis. El hecho est en que los

tomos de sodio entregan con buena voluntad el nico electrn que se encuentra en

su rbita exterior.

El tomo, al librarse del electrn, deja de ser neutral; el nmero de electrones, por

consiguiente, es menor que la cantidad de protones en el ncleo. Ahora es de carga

positiva y por lo tanto ya no se trata de un tomo corriente, sino que es un tomo

viajero. Al viajero en griego le llaman in. Y a un viajero no le gusta la

tranquilidad durante largo tiempo. Si cerca se encuentra una placa conectada al

polo "menos", el viajero se pone en camino.

Los tomos de cloro, al contrario, de buena gana adquieren electrones. Su capa

externa contiene solamente siete electrones. Cuando el nmero de electrones en la

rbita exterior de los tomos es de ocho, estos constituyen un conjunto completo".

Existe la Ley natural universal; si a un tomo, en su rbita exterior, le falta uno o

varios electrones, l siempre procurar completarlos del exterior hasta conseguir su

conjunto completo".

Por esta causa el tomo de cloro, supeditado a esta Ley, le quita al tomo de sodioel octavo electrn que a l le faltaba.

Tomando el octavo electrn, en lugar de la plaza de turismo, el tomo de cloro

adquiere una porcin de carga negativa y tambin se convierte en un ion, -la ruta

de su viaje ir dirigida a donde se encuentre el electrodo positivo. Consiguiendo el


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una porcin de electricidad, cada ion de calcio dos. Ni uno y medio, ni 1,75, sino

exactamente dos, dos tomos elctricos".

Helmholtz, claro est, ni sospechaba que l logr penetrar por primera vez con la

vista mental dentro de ese mismo tomo que hasta entonces era indivisible. En

efecto, la porcin de electricidad es precisamente el electrn. En la rbita exterior

del tomo de calcio no gira uno, como en el sodio, sino dos electrones. Al entregar

estos dos electrones a dos tomos de cloro, l se convierte en un ion portador de

una doble porcin. Por eso resulta, que la misma cantidad de tomos de calcio

traslada una carga dos veces mayor.

Todo esto se puso de relieve posteriormente, despus que Rutherford cre el

modelo del tomo planetario, en el cual el ncleo sustituye al Sol y los electrones

giran en las rbitas a semejanza de nuestros planetas (vase 1.1).

Pero, precisamente, la porcin de electricidad, revelada por Helmholtz, condujo a la

ciencia a estos descubrimientos, le permiti dar el primer paso y, quizs, el ms

decisivo.

El cosm os en una am po l la de v id r io

La idea de Helmholtz dio lugar a muchas interrogantes. Qu es la porcin de

electricidad? Con qu se transporta? Qu representa en s?

De qu est compuesta?Los experimentos realizados poco tiempo despus del

descubrimiento de Helmholtz confirmaban que en todos los

fenmenos relacionados con la electricidad, participan, en

efecto, pequesimas cargas elctricas negativas: se les dio el

nombre de electrones. Pero, Qu es lo que representan en s,

sin embargo, los electrones? Una porcin inmaterial de

electricidad o un pedacito de cierta sustancia?

Result, que ni lo uno, ni lo otro. Aunque el electrn posee masa, l no es una

sustancia. Es una partcula de materia, que entra en la composicin de todas las

sustancias que existen en la naturaleza.


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En la historia de la fsica el electrn ocup un lugar de honor: fue la primera

partcula que dio comienzo al estudio de la enorme familia de partculas

elementales.

Desde el momento del descubrimiento del electrn, los fsicos comenzaron a

demostrar un marcado inters por l. Establecieron, que dentro de todos los

metales viven electrones libres, algo parecido a un lquido especial, que se derrama

en el espacio vaco entre los tomos del metal (vase 1.10).

Cmo se pudo echar una ojeada hacia el interior del metal y ver all los electrones,

los cuales no se pueden ver?

Claro est que con la ayuda de experimentos. Los experimentos son el fundamento

de toda la electrnica, la fuente de sus logros, los supremos rbitros en la

valoracin de sus ideas. Y, por eso, entremos en el

mundo de la electrnica de la misma forma que entraron

en l los cientficos; no con las manos vacas, sino con

una batera elctrica y con un trocito de metal =una

lmina metlica- en las manos.

Conectamos la lmina con los polos ms y menos" de

la batera e, instantneamente, todos los electrones, que

vagaban intilmente dentro de la lmina, manifiestan su

objetivo (vase 1.11). Ahora, desconectamos la lminade la batera y la hacemos calentar. Se inicia la emisin

de electrones. Alrededor de la lmina recalentada se

forma una nube de gas electrnico (vase 1.14).

Si nadie ha visto a los electrones, entonces, nadie vio a la

nube electrnica. Y, sin embargo, la fsica contempornea

maneja los electrones con la misma seguridad, que en el conocido proverbio, el

cocinero la patata: para cada "plato de electrones" hay una receta preparada.

Quisieran hervir ms rpidamente un "lquido electrnico? Tomen el nquel o el

wolframio. Ellos dan la mayor evaporacin de electrones y, adems, son bastante

poco fusibles, se les puede recalentar hasta muy altas temperaturas. Pero, todava

es mejor recubrir la lmina de nquel o wolframio con una pelcula de xido, con


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xido de metales alcalinotrreos. La "evaporacin" ser an ms eficaz. Aumentar

la intensidad de emisin, concretar el especialista.

Cada uno sabe, que los radiorreceptores, antes de recibir una transmisin, deben

recalentarse de 2 a 3 minutos. No obstante, no es por todos conocido, que

precisamente en este tiempo se originan y aumentan las nubes invisibles de

electrones, que envuelven los ctodos de todas las lmparas.

El movimiento en la nube es catico, y el nico objetivo que obliga a todos los

electrones a moverse en una direccin puede ser la lmina metlica con potencial

positivo. Bueno, que no quede por eso. Disponemos de la batera. La batera tiene

dos polos: menos" y "ms.

Conectamos el menos a la lmina que est rodeada por la nube de gas electrnico

y, al lado, colocamos otra lmina, a la cual conectamos el polo "ms". Surgir la

corriente en semejante dispositivo?

S, pero con una condicin: si el experimento es realizado... en el cosmos. Este, en

la Tierra, se ve obstaculizado por. El aire, este impide que los electrones que

salieron fuera de los lmites del ctodo, se dirijan hacia el nodo. Para librarse de la

influencia del aire, Edison procedi de una manera muy sencilla: creo un cosmos

en miniatura coloco ambas lminas dentro de una ampolla de vidrio de la cual

extrajo el aire.

Y observ, por primera vez, como en estas condiciones, entre las lminas no unidaspor un conductor, circulaba corriente elctrica.

Si desean realizar un experimento semejante, no tendrn la necesidad de crear por

s mismos un "cosmos en una ampolla de vidrio, Uds. pueden tomar (comprar en

cualquier tienda de artculos de radio) una lmpara bi-electrdica-diodo ya

preparado (vase I.14).

El diodo fue descubierto por el ingls Fleming en el ao 1904. Pero, hasta nuestros

das, su principio permanece casi inalterable. En lo fundamental variaba su

estructura. En el diodo de Fleming y en toda una serie de estructuras ulteriores de

los diodos, la corriente de incandescencia se suministraba directamente al ctodo.

Un perfeccionamiento sustancial fue la introduccin del hilo de incandescencia, el

cual fue propuesto, por primera vez, por el cientfico ruso A. A. Chernishev.


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Al conectar el diodo a la batera, podrn observar la

aparicin de la corriente mediante un ampermetro

(aparato que mide la corriente elctrica)

incorporado al circuito del diodo. La desviacin de

la aguja del aparato es el nico resultado visible de

todos los fenmenos descritos aqu por nosotros.

Todos los dems procesos son invisibles. Y, sin

embargo, dentro de la ampolla ocurre, precisamente, aquello acerca de lo cual

nosotros hablamos, los electrones, al desprenderse del ctodo forman a su

alrededor una nube electrnica, el nodo atraer los electrones, y dentro de la

ampolla circular la corriente elctrica.

En e l t ub o t am b in hay e l ect rodos

1 . 17 . Entre las numerosas piezas que

se hallan en el interior del tubo

electrnico, Ustedes pueden tambin

observar el filamento incandescente, el

ctodo y el nodo.

El nodo del tubo electrnico no se

parece al nodo del diodo: este tiene la forma de un cilindro.Los electrones, corren desde el ctodo hasta el nodo y pasando a

gran velocidad a travs de l chocan contra la pantalla. La pantalla

esta recubierta de un compuesto especial que comienza a

alumbrarse en aquellos lugares donde chocaron los electrones.

1 . 18 . Para dirigir todos los electrones, que salen

precipitadamente del ctodo, hacia un punto de la pantalla, es

necesario agruparlos en un estrecho haz. Los electrones se oponen

a esto y se repelen los unos a los otros debido a que todos ellos son

de carga homnima (negativa). Como resultado el haz se hincha, y suponiendo

que llegase a la pantalla en esta forma, aparecera en la misma como una mancha

grande embadurnada.


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1 . 23 . El Segundo par de placas permite

trasladar el haz y la mancha hacia la

izquierda y hacia la derecha.

1 . 24 . Para que en lo sucesivo no haya

confusin con estas placas, es necesario de una vez y para siempre asimilar la regla

cruzada: las placas de la parte izquierda de la pizarra, aunque estn dispuestas

verticalmente, desvan el haz hacia la izquierda y derecha, y por eso se denominan

placas desviadoras horizontales.

Estas mismas placas, -situadas en el plano horizontal se denominan placas

desviadoras verticales, debido a que desvan el haz hacia arriba o hacia abajo.

Los dos pares de placas son como un dispositivo de tiro original, el cual permite

caonear cualquier punto de la pantalla dirigiendo el haz hacia l.

A r m a d o s d e u n c a n

El diodo, representa ya la electrnica. Fue creado para necesidades tcnicas

absolutamente concretas. Pero en los primeros tiempos no existan todava

necesidades tcnicas. No exista tampoco la electrnica, lo nico que exista eran

solamente los deseos naturales de los fsicos de estudiar el electrn. Por ese motivo,

ya 40 aos antes de ser inventada la lmpara bi-electrdica (diodo), apareci el

tubo electrnico, creado por los fsicos como un aparato exclusivamente

experimental.


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En aquellos tiempos nadie poda suponer la importancia que tendra en el futuro el

diverso empleo del tubo electrnico. En la localizacin y en la televisin, para la

recepcin de seales del espacio csmico, en diversas investigaciones de laboratorio

y aparatos de retencin memorial de los datos elaborados por las mquinas

electrnicas, el tubo electrnico es imprescindible. Pero los fsicos Plukker, Kirgler,

Hittorf, Kruks Perrin y Willard, que realizaron los primeros experimentos con este

tubo, tenan una finalidad mucho ms honesta; ellos queran comprender el

comportamiento del electrn.

Los dispositivos, que crean el haz dirigido en el interior del tubo, fueron

denominados por alguien con precisin caones electrnicos.

En realidad, los electrones se parecen a las balas y el potencial positivo del nodo

sustituye a la presin de los gases que expulsan la bala del can. El electrodo de

enfoque sirve de can, y asegura la precisin del fuego (vase 1.19). Las placas

de control son similares a los dispositivos de puntera de un arma (vase 1.20 al

1.24).Quin podra saber, que este dispositivo con el tiempo justificara el ttulo militar

de "can" y hubiera de ayudar a las armas actuales a destruir, sin fallo de tiro, el

objetivo enemigo?

Pero hasta que el can electrnico" encontr su utilizacin en los indicadores de

las estaciones de radiodeteccin, l ya obtuvo suficientes mritos pacficos.

Es ms, an 100 aos atrs los fsicos se dedicaban a las investigaciones sobre la

naturaleza de los haces (en aquel tiempo se denominaban haces catdicos

creados por los caones electrnicos".

Al principio se estableci que estos haces siempre se desvan hacia aquella placa, a

la cual se conect el polo positivo de la fuente. De aqu se sac la conclusin que el

haz representa un flujo continuo de partculas que poseen carga negativa.


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Despus se logr determinar la velocidad y calcular la masa de estas partculas. De

esta forma el "canon electrnico" ayud a conocer las propiedades de los electrones

invisibles, convirtindolos de porciones incorpreas de electricidad en partculas de

cuerpo y alma.

Ms tarde, con la ayuda de caones, exactamente iguales a estos, los ingenieros

lograron obtener imgenes ntidas en la pantalla de televisin. Y muchos aos antes

de la creacin de la televisin fue elaborado un aparato de laboratorio llamadooscilgrafo, que permita observar una variedad de procesos elctricos, de los

cuales anteriormente los investigadores solo pudieran haber tenido una

imaginacin.

Pongamos, como ejemplo, el impulso elctrico Qu representa en s? Un choque

creado por una gran cantidad de electrones que corren simultneamente por los

conductores y elementos de los circuitos.

Observen en ocasin, una escalera mecnica en una de las estaciones del metro. Su

carga no es uniforme. Cuando llega el tren al andn, todos los pasajeros se

precipitan hacia la escalera mecnica. Aquellos que tienen mucha prisa corren hacia

ella agitadamente. Despus se acerca la multitud de gente en la escalera mecnica

los pasajeros se encuentran extraordinariamente apretados. Y a continuacin la

escalera esta vaca. El impulso termin. Cuando llega el siguiente tren el ciclo se

repite de nuevo.

Esta representacin es semejante a lo que sucede en los circuitos de impulsos. Los

trenes del metro se pueden comparar con un generador de impulsos, la escalera

mecnica con un tramo del conductor y el pasajero, en este caso, se comporta igual

que el electrn.


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Y la grfica que representa la alteracin de la corriente en funcin del tiempo se

parece mucho a la grfica en la que se refleja la

cantidad de pasajeros llevados por la escalera

mecnica hacia arriba.

No obstante, a diferencia de los acontecimientos en

el metro, que duran varios minutos, el impulso

elctrico corrientemente aparece y desaparece en

una millonsima parte de segundo. Es posible que

en este tiempo tan corto se pueda examinar algo? A

quin le dara tiempo para observar un impulso, que

se origina y muere en el transcurso de una millonsima parte de segundo?

Resulta, que en este caso, no es necesario apresurarse. Los impulsos inmediatos

pueden dejar una huella en la pantalla, y esta huella se conservara el tiempo

suficiente para que un ingeniero o un cientfico puedan valorar su forma y observar

como la corriente elctrica durante un instante crece, se mantiene y desaparece.

Los tubos electrnicos brindan a los ingenieros estas posibilidades.

La hue l la de los inv is ib les

Una millonsima parte de segundo... Este tiempo es insignificante a tal grado, que

incluso es difcil imaginrselo.El recordista mundial que salva la distancia de 100 metros en 9,8 segundos, en una

millonsima parte de segundo superar... una centsima parte de milmetro.

El vuelo total de un avin de

propulsin a chorro en este corto

tiempo ser igual a tres dcimas de

milmetro. Y eso que el vuela a la

velocidad del sonido! Un cohete, que

conduce un satlite a su rbita a una

velocidad csmica se alejara de

nuestra Tierra solamente a la

distancia de ocho milmetros.


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En un circuito electrnico, durante una millonsima parte de segundo, suceden

tantos acontecimientos, que hacer un relato sobre ello nos llevara varias horas.

Los electrones viven" en otra escala de tiempo. Ellos son tan giles y ligeros, que

en una millonsima parte de segundo les da tiempo a realizar una gran cantidad de

diferentes problemas.

...El impulso se prolonga durante una millonsima parte de segundo. Durante este

tiempo al haz del tubo electrnico, movindose de izquierda a derecha, le da tiempo

a atravesar la pantalla.

En aquel momento cuando el haz comenz su recorrido, el impulso lleg a las placas

de desviacin vertical y desvi el haz hacia arriba. Pero, desviado, el haz continuaba

su recorrido de izquierda a derecha, y, cuando el impulso termin, el haz regres

(descendi) al centro de la pantalla terminando con esto su recorrido. Como

resultado qued una huella del haz en la pantalla. Esto es la grfica del impulso;

mirando la imagen se puede ver como durante una millonsima parte de segundo

aumentaba (el tramo a - b), se mantena (b - c) y disminua la corriente elctrica

La pantalla del tubo electrnico se convierte en una pantalla maravillosa: en ella se

puede ver el movimiento de los pasajeros invisibles en escaleras mecnicas

invisibles, es decir, el movimiento de la

corriente en el interior de los conductores y

en otros elementos del circuito.La imagen en la pantalla se mantiene poco

tiempo: la pantalla se recubre de un

compuesto especial que despus del

recorrido del haz puede iluminarse durante

algunos segundos o parte de ellos. Pero la

electrnica rara vez trata con impulsos

aislados. Usualmente estos impulsos se suceden y cada uno de ellos hace que el haz

se desve y renueve su huella. Durante el transcurso del impulso, el haz corre por la

pantalla de izquierda a derecha; despus el rpidamente, en un instante regresa al

borde izquierdo de la pantalla para repetir nuevamente su recorrido.

Y qu significa "rpidamente? De izquierda a derecha el haz corri solamente una

millonsima parte de segundo. En este caso la velocidad de marcha directa (es


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decir, de recorrido de izquierda a derecha) constituye, en unidades familiares para

nosotros, aproximadamente 100 kilmetros por segundo o 360.000 kilmetros por

hora. Si suponemos que el haz se deslizar por la Tierra y no por la pantalla, su

huella dara 10 vueltas alrededor de la Tierra en el transcurso de una hora!

Puede que esto no sea rpido? Es rpido. Pero en la electrnica incluso tal

velocidad esta an lejos de la velocidad record. El movimiento del haz de izquierda

a derecha es rpido, pero de derecha a izquierda (es decir, durante el tiempo de

marcha invertida) es an cien veces ms rpido.

Y que depende la velocidad del recorrido? Qu es lo que obliga al haz a regresar

despus de haber alcanzado el borde de la pantalla? Para contestar a estas

preguntas tendremos que explicar los principios de control del haz electrnico.

Cas i como en un m anua l de p rob lem as y e je rc ic ios

El haz es controlado por los electrones. En este proceso participan una gran

cantidad de electrones: unos crean el impulso elctrico, otros, disparados por el

can electrnico, se dirigen velozmente del ctodo a la pantalla del tubo y los

terceros en este mismo tiempo controlan el haz. Esta es la causa por la cual en una

millonsima parte de segundo en el circuito electrnico suceden tantos

acontecimientos, que hacer un relato detallado sobre ellos nos ocupara horas

enteras.Nosotros aqu no vamos a discutir todos estos detalles. Pero el

propio principio de control del haz electrnico merece una

referencia ms detallada, puesto que ahora nosotros estamos

examinando el primer aparato electrnico, en el cual por la

accin de una multitud de electrones se crea un proceso nico

y complejo. Por cuanto que el proceso electrnico es insensible

e invisible, nosotros para comenzar recurriremos a un modelo

convencional. En l, todo es ponderable, tosco, visible, y a

pesar de todo, el modelo reproduce con bastante exactitud el

proceso de control del haz electrnico. Imagnense un depsito de una capacidad

determinada, supongamos de C litros, que a travs de una manguera estrecha se

llena de agua. Durante el tiempo T1 el nivel de agua en el depsito se elevar desde


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A hasta B. El flotador F, ascendiendo segn el llenado del depsito, hace girar a la

aguja, la que en nuestro modelo convencional desempea el papel del haz. Durante

el tiempo T1 el extremo de la aguja se trasladar hacia arriba por la pantalla desde

el punto 1 hasta el punto 2.

En este momento se abre la boca de descarga, dispuesta en la

parte inferior del depsito, y el nivel de nuevo desciende desde

B hasta A. Puesto que la boca de descarga es ms ancha que

la manguera, el vaciado se realiza mucho antes que el llenado,

supongamos, durante el tiempo T2. En este caso la aguja haz

regresara del punto 2 al punto 1. No es verdad que nuestro

sistema recuerda aquellas numerosas piscinas de los manuales

de problemas y ejercicios de la escuela primaria, en los que a

travs del tubo A se vierten x litros de agua por minuto y por

el tubo Bse evacuan y litros? Pero hay una diferencia.

All el agua circula corrientemente por los dos tubos al mismo tiempo. Pero en

nuestro sistema los tubos actan alternativamente. Gracias a

esto durante el tiempo T1 la aguja asciende lentamente y,

despus, durante el tiempo T2 desciende rpidamente.

El proceso descrito por nosotros est representado en un

grfico en el que se ve, como durante el tiempo T1 el nivel seeleva lentamente desde A hasta B, y durante el tiempo T2

desciende rpidamente desde Bhasta A.

Ahora, seguramente, se comprender ms fcilmente, como

transcurre el proceso en el circuito electrnico. El depsito"

es el condensador C, "la bomba la fuente de corriente E, y "la

manguera la resistencia mayor R1.

Segn va cargndose el condensador, aumenta el

nivel en el "depsito en este caso concreto el nivel de

voltaje entre las armaduras del condensador, el cual

habitualmente se designa por Uc.

La llave K es una "boca de descarga" original: esta

abre el camino a la corriente a travs de la resistencia menor R2 y as hace posible


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la realizacin del vaciado". Puesto que la resistencia "de vaciado R2 es mucho

menor que la resistencia de la manguera" R1, el voltaje en el condensador cae

rpidamente desde Uhasta cero.

El grfico del proceso ya fue examinado por nosotros. En lugar del nivel de agua en

el depsito, al eje vertical llevaremos ahora la tensin en el condensador Uc.

No es difcil observar que nuestro grfico por su forma es semejante a un diente. Si

el proceso se repite muchas veces,

aparecen varios dientes que en conjunto

toman la forma de una sierra. Este voltaje

serriforme es el que controla al haz. Si el

condensador se conecta a las placas

verticales, el haz se desplaza por el plano

horizontal. Durante el tiempo T1 (el

chafln largo del diente) el haz se desplaza de izquierda a derecha y durante el

tiempo T2 (el chafln corto de diente) realiza su rpido recorrido de regreso.

Es necesario observar, que la velocidad del haz

depende de la velocidad A del llenado del

depsito", es decir, de la velocidad de

acrecentamiento del voltaje U. Mientras el

condensador esta poco cargado esta velocidad escasi constante y el haz a velocidad constante atraviesa la pantalla. Para mantener la

velocidad del haz, la capacidad A del depsito" siempre se escoge con una reserva,

procurando no rellenarlo hasta los bordes.

Para comprender hasta el fin este principio nos queda por resolver solamente una

cuestin.

En nuestro modelo convencional la boca para el vaciado del depsito la abrimos

nosotros mismos en un momento oportuno.

Y quin, en el citado circuito en un momento determinado cierra la llave K?

Este problema se soluciona con ayuda de una lmpara de tres electrodos, con el

trodo. Precisamente sobre ella trataremos a continuacin.

La re j i l l a h izo revo luc in


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1 . 25

La introduccin de un tercer electrodo

(rejilla de control), entre el ctodo y el

nodo del tubo-diodo anteriormente

examinado, nos ha permitido controlar la

corriente que circula en el tubo.

Con la aparicin de las lmparas de tres electrodos,

denominadas triodos, el campo de utilizacin de los

tubos electrnicos se ampli inmensurablemente.

1 . 26

El control de la corriente en el trodo se realiza por

medio del voltaje conectado entre el ctodo y la rejilla. Cuando el potencial negativo

de la rejilla es elevado (con relacin al ctodo), esta se convierte en un insuperable

obstculo para los electrones. Ellos se aglomeraran en el espacio entre el ctodo y

la rejilla; el tubo queda bloqueado, debido a que la corriente dejar de circular entre

el ctodo y el nodo.

1 . 27

Para anular semejante amontonamiento, es suficiente cambiar en la rejilla el polomenos por el ms". Si el potencial en la rejilla es positivo, ella prestar ayuda al

nodo, debido a que su potencial positivo se adicionara al potencial positivo del

nodo. A travs del tubo circular corriente de gran amperaje.

No obstante, si el potencial positivo en la rejilla es

excesivamente elevado, dicha rejilla puede convertirse de

ayudante del nodo en su competidor: parte de los electrones

sern atrados por la rejilla y no llegaran hasta el nodo. En el

tubo aparece corriente parsita de rejilla.

1 . 28

Todo lo que fue relatado sobre los procesos que tienen lugar en la lmpara de tres

electrodos se puede representar mediante una lnea curva. La curva muestra como


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30

vara la corriente andica en la lmpara en dependencia del voltaje entre sus

electrodos. Esta curva se denomina curva caracterstica del tubo electrnico.

1 . 29

La curva caracterstica del tubo es prcticamente un grfico.

Para qu sirven en general los grficos? Para representar evidentemente la

dependencia entre dos magnitudes cualesquiera. Por ejemplo:

Cuanto ms tiempo se encuentre un peatn en camino, tanto ms distancia

caminar. As se representar un grfico para un caminante, si hubiese caminado a

una velocidad constante. Si al final del camino el caminante se fatiga, entonces el

grfico se representar de esta forma.

En este caso se dice que la dependencia entre el camino y el tiempo no es lineal, la

dependencia se expresa no por una lnea recta, sino por una curva.

1 . 30

Para todos es conocida otra clase de grfico: el aumento de cualquier tipo de

produccin. En el dibujo se representa el grfico de produccin de acero. Aqu la

dependencia, de nuevo no es lineal: con los aos la produccin de acero aumenta

cada vez con ms rapidez.


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En los ejemplos anteriores cada grfico mostraba como una magnitud cualquiera (el

camino, la cantidad de acero) depende del tiempo. Con el mismo xito se puede

representar, mediante un grfico, la relacin entre dos magnitudes cualesquiera. Se

puede mostrar la dependencia entre la distancia de vuelo de un avin y la cantidadde combustible; entre su velocidad y la potencia del motor; entre la resistencia del

aire y la velocidad de vuelo, etc. etc.

1 . 31

Ahora volvamos a la curva caracterstica del tubo electrnico.

La dependencia de la corriente andica (Ja) del voltaje entre el ctodo y la rejilla (U)

se llama caracterstica de rejilla-placa del tubo. La dependencia entre la corriente

del nodo (Ja) y el voltaje en el mismo (ms exactamente, y el voltaje entre el

ctodo y el nodo Ua) se denomina caracterstica de la corriente de nodo del tubo.

La curva caracterstica de rejilla-placa se traza de la manera siguiente. Supongamos

que para un voltaje U = - 12 voltios la corriente andica Ja = 2 miliamperios (es

decir, 2 milsimas partes de un amperio).

Marquemos 12 voltios en el eje horizontal del grfico y 2 miliamperios en el eje

vertical.

La interseccin de dos rectas, paralelas a los ejes del grfico, origina el punto a.

1 . 32

Para diferentes valores del voltaje U y el voltaje Uc invariable obtenemos diferentes

valores de la corriente Ja. Colocando estos valores en el grfico obtenemos los

puntos b, c, d.


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Marcando varios puntos para los distintos valores de Ue, de 12 a +12 voltios, y

unindolos despus, obtendremos la curva caracterstica de rejilla-placa del tubo

electrnico.

Como se puede apreciar, en este case, el grfico de nuevo no es lineal: en el punto

a la corriente crece lentamente, entre los puntos b y d, rpidamente (y, adems,

linealmente) y en el punto e deja de crecer.

1 . 33

Incluso las referencias ms amplias no pueden dar una representacin completa de

una persona.

La curva caracterstica del tubo electrnico da los datos completos sobre su

comportamiento. En ella se ven todos los procesos, sobre los cuales se habl en los

prrafos 1.26-1.27.


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Punto 1

El voltaje negativo entre el ctodo y la rejilla es de alta magnitud. La rejilla se

convirti en un obstculo insuperable para los electrones. La corriente andica es

igual a cero (vase 1.26).

Punto 2

La batera se ha desconectado de la rejilla. Parte de los electrones se dirigen hacia

el nodo.

Punto 3

El potencial en la rejilla es positivo. La rejilla ayuda al nodo y la corriente andica

aumenta (vase 1.27).

Punto 4

La rejilla se convierte en un competidor del nodo. Surge corriente parsita de

rejilla (vase 1.27).

1 . 34

La curva caracterstica permite determinar, que al cambiar Uc, por ejemplo, desde -

6 hasta +6 voltios, es decir, en 12 voltios, la corriente andica vara de 5 a 15

miliamperios (vase 1.32).

La seal que acta sobre la rejilla habitualmente es mucho ms dbil. Supongamos

que el voltaje entre el ctodo y la rejilla vara de -0,6 a +0,6 voltios, es decir, en

1,2 voltios. La corriente andica, en este caso, vara en 1 miliamperio. (A propsito,

observemos que en el tramo lineal de la curva caracterstica, la relacin entre el

voltaje y la corriente es directamente proporcional).

Si al nodo del trodo se ha conectado una resistencia igual a 24 kilo-ohmios (24 mil

ohmios), las oscilaciones de la corriente crearan en l oscilaciones del voltaje con

una amplitud de:


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En general todas estas denominaciones de las lmparas estn relacionadas con la

cantidad de electrodos: el diodo tiene dos electrodos (di-dos), el trodo: tres, el

tetrodo: cuatro (tetra), el pentodo: cinco (penta), etc.

Todo lo genial parece ser sencillo. Como mejor

confirmacin de esto puede servir la primera rejilla,

que constituy toda una revolucin en la tcnica,

cuyas ramas hoy da no pueden dejar de servirse de

los tubos electrnicos.

Y es poco probable en la actualidad encontrar equipos

electrnicos que no se sirvan de triodos. Cierto es que

en lugar del trodo que acabamos de conocer, se va

utilizando cada vez ms el trodo semiconductor. Pero,

a pesar de las diferencias en el principio de su

funcionamiento, todos los triodos (tanto los de vaco

como los de semiconductores) resuelven los mismos

problemas: o aumentan y transforman las seales, o

se utilizan para conectar y desconectar la corriente, es

decir, sirven como una simple llave". Ms exactamente, la llave en este caso es la

red, y el trodo desempea el papel de cerradura.

No es casual que las primeras lmparas de tres electrodos recibieran el nombre derel al vaco. En la electrotecnia con la palabra rel" se denominan los equipos que

realizan la conmutacin de las secciones de un circuito. Hasta la aparicin de las

lmparas de tres electrodos dicho problema poda ser resuelto solamente con la

ayuda de un electroimn. Al atraer el ncleo, el imn conecta un contacto e

interrumpe otro. El trodo dio la posibilidad de interrumpir y conectar la corriente sin

la ayuda del imn y sin contactos, adems, el tiempo de conmutacin se ha

reducido mil veces.

El primer trodo, creado en la Unin Sovitica bajo la direccin de M. A. Bonch-

Bruevich, fue dedicado precisamente a la solucin de este problema. Se le bautiz

con el nombre de RV-1, es decir, rel al vaco tipo I.


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Pero, es otra facultad, la que dio al trodo su gran fama: no existe actualmente

ninguna rama de la electrnica donde no se haya presentado la necesidad de

amplificar una u otra seal.

Sobre la s ie r ra , e l haz y la l l av e

Y ahora, cuando ya hemos analizado las propiedades principales de los triodos,

podemos volver a los procesos estudiados en la parte Casi como en un manual de

problemas y ejercicios", y elaborar el esquema completo de control del haz

electrnico. Si ustedes recuerdan, ya hablamos que en el esquema donde el

condensador sirve como recipiente el trodo desempea el rol de una llave K.

El condensador est conectado al nodo del trodo. Mientras el trodo est

bloqueado el condensador se carga; la corriente fluye desde la fuente Ea hacia latierra a travs del condensador Cy la resistencia grande Ra.

La tensin en el condensador crece lentamente, creando un largo chafln en el

diente de la sierra. Posteriormente, a la rejilla llega un impulso y, creando un

potencial positivo en ella, desbloquea el trodo. El trodo desbloqueado se asemeja a

la boca de descarga del recipiente; a travs de l fluye rpidamente a la tierra toda

la carga acumulada en el recipiente. El tiempo de descarga (T2) corresponde al

chafln corto del diente. En este tiempo el haz realiza en la pantalla su retroceso.


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As pues, en realidad, hemos analizado todo el principio de funcionamiento del

aparato que permite ver todo lo invisible. Puede ser que merezca la pena volver a

mirar una vez ms las partes La hue l la de los inv is ib les" y Cas i com o en u n

m anua l de p rob lem as y e j e r c i ci os" para tener una idea

ms clara acerca de como se realiza la interaccin entre la

sierra, el haz y la llave.

Falta por tratar una circunstancia importante. Para que la

representacin del impulso en la pantalla sea fija y ntida,

es necesario que el haz, en cada nuevo recorrido, siga

siempre el mismo itinerario. Para resolver mejor este

problema se debe aplicar el principio del autoservicio": actuar de tal manera que el

impulso que debe hacerse visible, en el momento necesario ponga en marcha para

s mismo la sierra. La sierra se pone en marcha con auxilio de un trodo-llave

adicional. El impulso pasa inicialmente a la rejilla y, desbloqueando el trodo; obliga

al haz a correr por la pantalla. A esta ltima ese mismo impulso llegar un poco

ms tarde (para esto se dispone de esquemas especiales de retencin del impulso),

cuando el haz se aleje del borde de la pantalla. Gracias a esta retencin el impulso

aparecer en la parte media de la pantalla y ser visible por completo.

Con el siguiente impulso se repite lo mismo, y este volver a aparecer en el centro

de la pantalla. Con la llegada de cada impulso el haz repite el recorrido por unmismo itinerario, restaurando su propia huella.

El t i em po ba j o e l m i cros cop io

El principio, con el cual nosotros nos hemos familiarizado, no solamente sirve para

observar los impulsos u otros procesos electrnicos. Este, adems, permite resolver

un problema de gran importancia: medir el tiempo con exactitud de hasta

millonsimas e incluso cienmillonsimas partes

de segundo. Es evidente, la gran importancia

que tiene esto para las necesidades de la propia

electrnica, pues los electrones son tan hbiles

que casi todas las funciones las realizan en

millonsimas partes de segundo.


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Para la medicin del tiempo, en el transcurso del cual dura el impulso, es suficiente

conocer la anchura de este ltimo en la pantalla y la velocidad del haz. Si el haz

recorre toda la pantalla en una millonsima parte de segundo, es decir, en un

microsegundo, entonces la duracin del impulso en el grfico ser de 0,8

microsegundos. Para facilitar el clculo se puede obligar al haz a desviarse

ligeramente con la ayuda de impulsos-marcas y medir por estas marcas, digamos,

dcimas partes de microsegundo.

Se puede medir el tiempo entre dos impulsos diferentes. As precisamente se

procede en la radiolocalizacin; por la distancia entre los impulsos se determina,

cuan lejos se encuentra del objetivo.

Supongamos que el impulso-1 lleg a la pantalla

al mismo tiempo que el impulso emitido por la

antena de un localizador. En el tiempo T, este

impulso tuvo tiempo para llegar hasta el objetivo

y, reflejndose, regresar a su punto de partida.

Aqu l se amplific por el receptor y nuevamente

desvi el haz electrnico. En la pantalla surgi un nuevo impulso (llammoslo,

impulso-2).

El impulso se desplaza a la velocidad de la luz, es decir, a 300.000 kilmetros por

segundo. La distancia de 150 metros hacia all, hasta el objetivo, y los 150 metrosde retorno l la recorre en una millonsima parte de segundo, es decir,

precisamente en el tiempo en el transcurso del cual el rayo cruza la pantalla. Por

consiguiente, entre el tiempo T en la pantalla (cuando la velocidad del recorrido del

haz es conocida) y la distancia hasta el objetivo de reflexin existe una relacin

completamente determinada. Para determinar la distancia con una exactitud de

hasta 10 metros, es necesario medir el tiempo con una exactitud de hasta dcimas

partes de microsegundo. Tal problema se puede resolver slo con la ayuda de

aparatos electrnicos, que permiten alargar en la pantalla las millonsimas partes

de un segundo, as como los microscopios alargan" los objetos microscpicos,

aumentndolos miles de veces.


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Hganse la idea que alguien se propuso medir la millonsima parte de un segundo

sin recurrir a la ayuda de la electrnica. Se podra hacer esto con la ayuda de un

cronmetro?

Su aguja realiza una revolucin por segundo. Si un milmetro de la esfera del

cronmetro contuviera una millonsima parte de segundo, entonces la longitud de

la circunferencia de dicha esfera debera componer un milln de milmetros, o un

kilmetro y su dimetro, cerca de los 300 metros: la esfera del cronmetro ser

ms alta que el edificio de la Universidad Estatal de Mosc.

Puede que sea necesario obligar a la aguja a realizar una revolucin en un

microsegundo? Entonces, en un segundo ella debera realizar un milln de

revoluciones. Para hacer girar a tal mecanismo mediante un motor de 100

revoluciones por segundo, tendramos que disponer de un reductor. Probemos fijar

la aguja de un Contador de microsegundos en una ruedita con un dimetro de un

centmetro. Entonces, a la entrada del reductor es necesario colocar una rueda de

100 metros. Qu cantidad de energa sera necesario consumir para hacer girara

esa rueda de 100 metros a una velocidad de 100 revoluciones por segundo?

El resultado que se obtiene es paradjico: el microsegundo, que es nfimamente

pequeo, exige relojes fantsticamente grandes. Pero sorprenderse aqu, en

realidad, no hay de que. La mecnica es demasiado pesada para la medicin de

millonsimas partes de segundo. Aqu se necesitan otro mecanismo" y otraspiezas, mviles, ligeras, en una palabra, similares al electrn.

La cim en t ac in de un eno rm e ed i f i ci o

Este captulo llega a su final. Todo lo examinado, claro est, es insuficiente para

juzgar sobre toda la rama de la electrnica,

pero lo suficiente, para encontrar un

determinado enfoque de la electrnica.

Existen dos partes de la electrnica y ambas

son igualmente necesarias para quienes han

decidido conocer algo de ella. Por una parte,

las ideas fundamentales y las leyes, los detalles de la construccin de los aparatos

electrnicos y los elementos de los esquemas; por la otra, el conjunto de muchos


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procesos que transcurren al mismo tiempo, su complicada correlacin. No se

pueden comprender estos procesos, sin conocer las leyes y los detalles de la

construccin. Y, al mismo tiempo, an conociendo todos los elementos, algunas

veces sucede que no es tan sencillo enlazarlos entre s.

Con uno de dichos procesos ya se ha encontrado el lector. Este es el proceso, en el

que el impulso elctrico invisible se representa en la pantalla del tubo mediante el

haz electrnico. Aqu se modifica simultneamente la corriente en la lmpara, la

corriente en el condensador, la tensin en las lminas y la trayectoria de los

electrones que forman el haz.

Existen muchos procesos semejantes en la electrnica. Y para comprender como

ellos transcurren en los esquemas, es necesario tener en cuenta una multitud de

sucesos que transcurren simultneamente y enlazarlos entre s.

Al crear el proyecto de un nuevo edificio el arquitecto se lo imagina en el espacio.

Los especialistas en electrnica, al crear cualquier aparato deben imaginar

claramente no solo en el espacio, sino tambin en el tiempo, hacerse una idea de

como circula el flujo de electrones, como las ondas electromagnticas

continuamente pulsantes, engendradas por dicho flujo, llenan instantneamente el

espacio, como en cualquier instante en las diferentes zonas del espacio dentro delos complicados aparatos electrnicos, las ondas y los electrones interactan entre

s.

Y a nosotros, tras los especialistas en la electrnica, nos es inminente recorrer todo

el camino desde los primeros dispositivos electrnicos ms simples hasta los


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complicados aparatos modernos, tales como, por ejemplo, el tubo de onda

progresiva, el klistrn, el magnetrn.

Hasta ahora se ha hablado solamente de los electrones. Ahora debemos

familiarizarnos con las ondas, porque la base fundamental de la electrnica consiste

en la interaccin de los electrones y las ondas.


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Cap tu lo 2

Cm o se descubr ie r on las ondas?

En el pr esente captu lo al lector podr conversarse de que en la electr nica el

campo no es menos importante que el electrn. Conocer las ondas, las cuales

fueron descubiertas antes de que se manifestaran; comprender de qu forma

funcionaba la radio al m argen de los principios de la electrnica y cules eran sus

posibilidades.

Conten ido :

Alrededor de las cargas no hay vaco Los hilos conducen al pasado La barrita de mbar Primera Ley De qu est lleno el vaco? Los electrones trabajan colectivamente Un relmpago en un t arro Semejanza o parentesco? En pos de Oersted Hacia dnde girar la aguja? No hay induccin sin movimiento La intuicin de Faraday Ondas de doble composicin Conclusin inesperada Histor ia de la luz Dnde comienza la radio? Sobre la comunicacin sin cables

Al rededor de las cargas no hay v ac o

2 . 1


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2

Las cargas elctricas estn rodeadas por campos de fuerzas

elctricas. La atraccin mutua de las cargas, que tienen distinto

signo, o la repulsin de las cargas de igual signo se determina

por la interaccin de estos campos.

Las fuerzas, que actan en el espacio alrededor de una carga, se representan

convencionalmente con flechas. Se considera (tambin convencionalmente) que las

flechas salen del cuerpo cargado positivamente y entran al mismo cuando su carga

es negativa.

2 . 2

Esta es la forma que adopta un campo elctrico formado por cargas de distinto

signo. Al lado tenemos un campo alrededor de los polos de un imn.


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3

No es difcil observar la semejanza que existe entre los campos elctricos y

magnticos.

2 . 3

As quedan distribuidas las lneas de fuerza de un campo elctrico en el caso de un

choque entre dos cargas, con un mismo signo. Las lneas de fuerza como si se

opusieran al acercamiento de estas cargas a semejanza de los muelles elsticos.

2 . 4

La carga es semejante al sol, y las lneas

de fuerza a sus rayos. Cuanto ms lejos

del sol, tanto menor es la cantidad de

rayos que recibe cada superficie, tanto

ms dbil es la accin conjunta de un

cuerpo cargado de electricidad y de una

carga puntual.

Para vencer la reaccin de un campo durante el acercamiento de cargas de igual

signo, es necesario gastar energa y realizar un trabajo.

2 . 5

Prueben imaginarse el infinito. Verdad

que es difcil?

Y ahora imagnense que alguien,

llevando consigo una carga unitaria,

recorri con ella un camino desde el

infinito hasta el punto A, que se encuentra

en el campo de la carga inicial.

El trabajo que tuvo que realizar nuestro

alguien para trasladar la carga unitaria desde el infinito hasta el punto A del

campo de nuestra carga, determina precisamente el potencial del punto A (que se

designa por UA).


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un imn.

Ms tarde, el poderoso raciocinio de Maxwell, despus de asimilar todas estas

informaciones, obtenidas minuciosamente en centenares de laboratorios, percibe la

ligazn indisoluble de la electricidad y el magnetismo, la reflej en un sistema

armonioso de sus ecuaciones y pronostic el descubrimiento de las ondas

electromagnticas.

Despus de la muerte de Maxwell estas ondas fueron obtenidas por Hertz.

Popov las utiliz para la comunicacin inalmbrica.

El desarrollo ulterior de la radiocomunicacin llev a la creacin de los diodos,

trodos y otros instrumentos electrnicos y lmparas.

Tal es la prehistoria de la electrnica. Y con qu se inici la propia electrnica?

Puede ser que con el descubrimiento del electrn? No, el descubrimiento de

Helmholtz no sirvi de comienzo del desarrollo de la electrnica, puesto que a los

electrones en aquel tiempo nadie los poda gobernar.

Ayud a gobernarlos el tubo electrnico. Pero tampoco este cre la electrnica:

hasta que no aparecieron en el mundo las lmparas electrnicas, el tubo electrnico

llevaba una vida tranquila, encerrada entre las paredes de un templo de pura

ciencia, y aparte de un grupo limitado de fsicos, para nadie era conocido.

Puede ser qu el nacimiento de la electrnica deba ser enlazado con el

descubrimiento de la lmpara de tres electrodos? Pero, para qu Lee de Forestintrodujo su rejilla? Resulta, que para controlar a los electrones con ayuda de un

campo. Por lo tanto, antes de crear los triodos fue necesario investigar las

propiedades de los campos.

Y para que fueron necesarios los triodos? Para perfeccionar la radiocomunicacin.

El transmisor de Popov poco se pareca al actual: l poda transmitir solamente el

alfabeto Morse en forma de sobresaltos cortos de radio-ondas. Sobre la transmisin

de una conversacin, de msica, de imgenes, no tena sentido ni hablar. Todas

estas posibilidades surgieron despus de aparecer el trodo.

As pues el trodo permiti perfeccionar el principio descubierto por Popov. Popov

utiliz las ondas obtenidas por Henry Hertz. Hertz corrobor la idea genial de

Maxwell. Maxwell generaliz los hechos obtenidos por Faraday.

Y Faraday...


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Qu es, sin embargo, lo que ocurre con la barrita de mbar cuando la frota con un

pao de lana? Solamente a fines del siglo XVIII la ciencia dio ms o menos una

respuesta exacta: la barrita se carga con electricidad. Y qu es la electricidad? De

dnde surgi?

En el siglo XVIII la ciencia no poda dar respuesta a stas preguntas. Ella se limitaba

a constatar los hechos.

En el ao 1734 un cientfico francs llamado Du Fay estableci que existan cargas

de dos tipos: una de ellas surga en la misma varita de mbar al frotarla con un

pao de lana. Y por cuanto el mbar no es otra cosa sino alquitrn petrificado de los

rboles, Du Fay denomin a este tipo de carga electricidad de alquitrn. Al otro tipo

de cargas que surga como resultado de la frotacin de la piel con una barrita de

vidrio lo denomin electricidad del cristal.

En adelante, para diferenciar estas cargas se les comenz a designar

convencionalmente con los signos menos y ms, que se conservaron hasta

nuestros das.

Se determin que los cuerpos que poseen cargas de igual signo se repelen y los de

cargas diferentes se atraen (vase 2.1).

En 1775 Coulomb realiz el primer experimento cuantitativo, con el objetivo de

determinar de que dependen las fuerzas de atraccin mutua entre dos cargas

puntuales (Coulomb llamaba a estas fuerzas fluidos elctricos) y cual es la magnitud

de estas fuerzas. Y que significa la carga puntual? No tendra en cuenta Coulomb

el electrn?


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No, Coulomb no tena ni la menor nocin acerca del electrn. l denominaba

puntual a cualquier cuerpo cargado cuyas dimensiones fueran considerablemente

menores que la distancia hasta otros cuerpos cargados. Era necesario determinar

como depende de la distancia la fuerza de atraccin mutua de los cuerpos puntuales

cargados. Al mismo tiempo era necesario tener en cuenta la magnitud de la carga

obtenida por cada cuerpo: en efecto, la fuerza es tanto mayor cuanto mayor es

cada carga. En aquel tiempo medir la fuerza se saba con bastante exactitud. En

particular, Coulomb midi la fuerza de atraccin entre dos cargas con ayuda de

balanzas de torsin construidas especialmente.

Medir la distancia entre dos cargas era an ms difcil. Pero, qu hacer con las

cargas? Antes de Coulomb nadie prob medirlas. No exista ninguna unidad para

medirlas, ningn instrumento que permitiera comparar las entre s.

Coulomb procedi con mucha agudeza. Tome dos bolitas cargadas y determin con

que fuerza ellas se atraen. Despus tom una tercera, descargada, y la oblig a

hacer contacto con la cargada. La bolita cargada en el instante del contacto le

transmiti exactamente la mitad de la carga, debido a que ambas bolitas estaban

hechas del mismo material y eran de una misma dimensin. Despus de esto la

fuerza disminuy el doble. Luego Coulomb comenz a aumentar la distancia entre

las bolitas 2, 3, 4 y 5 veces. La fuerza comenz a disminuir 4, 9, 16 y 25 veces

respectivamente.As se descubri la by de interaccin de dos cargas puntuales: la fuerza de

interaccin es directamente proporcional a las magnitudes de las dos cargas e

inversamente proporcional a la distancia, elevada al cuadrado.

En honor a este experimento la Ley se denomin Ley de Coulomb. Y las unidades

con las cuales se comenzaron a medir las cargas, tambin se llaman culombios. En

comparacin con la carga de un electrn el culombio es un verdadero gigante: un

cuerpo debe obtener 6.290.000.000.000.000.000 electrones para adquirir la carga

de un culombio. Es una cantidad enorme. Si en el transcurso de cada segundo se le

entrega a un cuerpo un milln de electrones, entonces la carga de un culombio se

acumula solamente al transcurrir 200 das.

De qu es t l leno e l v ac o?


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As surgi gradualmente la ciencia. Inicialmente solo se conoca el hecho de la

atraccin de las cargas de distintos signos, despus fue descubierta la rigurosa ley

cuantitativa. Apareci la primera frmula a la cual se subordina el comportamiento

legalizado de dos cuerpos cargados. Por esta frmula se puede determinar la fuerza

con la cual se atraen las cargas que tienen distinto signo. Pero por que ellas

tienden una hacia la otra? De qu manera un cuerpo acta sobre otro aunque

entre ellos no hay nada ms que espacio vaco? Puede ser que un cuerpo que

posee una carga sienta de alguna manera a distancia la presencia de otra carga? El

cuerpo es atrado por una fuerza desconocida" hacia las cargas que tienen signos

opuestos!

As aproximadamente aplicaba estos fenmenos la teora de la accin a largas

distancias, que existan aquellos tiempos. Pero, acaso esto es una explicacin? Se

puede pensar que se trata del sentimiento de dos enamorados y no de la interaccin

entre cuerpos fsicos!

Y no obstante, la ciencia no poda ofrecer en aquel tiempo

nada ms comprensible. La electricidad era an para la

ciencia muy poco conocida. Otra cosa es la mecnica! Aqu

todo es evidente: los cuerpos accionan uno sobre otro

mediante el choque, la presin, la traccin, etc. La fuerza no se manifiesta antes de

que los cuerpos hagan contacto. Y, por otra parte... Acaso todo cuerpo mecnicono siente a distancia la fuerza de atraccin de la Tierra? La Tierra acta a distancia

sin vstag

electrónica recreativa

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