UNIDAD DIDÁCTICA 1

SUMARIO

LECCIÓN 1 LA MATERIA Y LA ELECTRICIDAD * Introducción * La materia * Constitución de la materia * Configuración del átomo * Valencia y molécula * Resumen

CONOCIMIENTOS PRÁCTICOS 1 EL TALLER Y LAS SOLDADURAS * El taller de prácticas * Las soldaduras * Normas para hacer buenas soldaduras

Este primer tema tratará de repaso de la electrotecnia en su ínfima estructura interna, desentramando la materia para encontrar las partes de que está compuesta. Un pequeño universo dentro de cada universo.

LA MATERIA Y LA ELECTRICIDAD

INTRODUCCIÓN

El maravilloso progreso que ha alcanzado la electrónica, ciencia que abarca la electricidad, la radio, la televisión, etc., tiene sus orígenes en el mayor conocimiento del átomo, así como sus fenómenos físicos que producen. Iniciamos este curso dando a conocer la naturaleza intima de los átomos así como sus principales características.

LA MATERIA

Consideramos como materia todo lo que podemos ver, tocar o percibir de alguna manera; así la mesa, el estudio, nuestra habitación, el ordenador, etc., son materia o por decirlo de alguna manera son partes de materia. La materia se nos presenta en porciones limitada como apreciamos cuando miramos una piedra, o un trozo de madera; a estas partes se las denominan CUERPOS.

Estados de la materia

La materia la vemos en una gran variedad de formas y aspectos, distinguiendo en ella tres condiciones o estados principales: sólido, líquido y gaseoso.

Cuerpo SÓLIDO es el que tiene forma y volumen propios: el hierro, la madera, el cristal...

Cuerpo LÍQUIDO es el que tiene volumen propio pero no forma, adaptando la del recipiente que lo contiene: el agua, el vino...

Cuerpo GASEOSO es el que no tiene ni forma ni volumen propios, ocupando en su totalidad el recipiente que lo contiene: el aire, el oxígeno...

Sustancias simples y compuestas

La materia no es de una sola clase o sustancia, sino que, como todos sabemos existen incontables clases, unas mas abundantes que otras: oro, agua, leche, etc.; ahora bien la gran mayoría de dichas sustancias son combinaciones intimas de dos o mas clases de materia, que así constituyen una nueva clase de sustancia de similar o diferentes características respecto a la que lo forman: por ejemplo, el bronce es una mezcla de cobre y estaño, y lo mismo ocurre con el agua ( mezcla de oxígeno e hidrógeno), y con la mayor parte de las sustancias. Lo indicado nos permite clasificar las sustancias en dos grandes grupos:

SUSTANCIAS SIMPLES son las que están formadas por una sola clase de materia, como el oro, el hidrógeno, el hierro, etc. se conocen 118 elementos puros.

SUSTANCIAS COMPUESTAS son las que están formadas por dos o mas sustancias simples.

Propiedades de la materia

Para que tengas una idea mas exacta de la materia, explicaremos brevemente sus propiedades. La materia tiene peso porque ejerce presión sobre la superficie en que se halla asentada, requiriendo una fuerza para desplazarla de su sitio. Es evidente que un mismo sitio no puede ser ocupado simultáneamente por dos cuerpos, siendo esta propiedad impenetrabilidad. Todos los cuerpos son mas o menos porosos, es decir tiene huecos o espacios vacíos. Esta propiedad se llama porosidad. Un cuerpo o materia puede dividirse en trozos cada vez mas pequeñas, propiedad que se denomina divisibilidad. Según la ley de la gravitación universal, todo los cuerpos persisten en estado de reposo o movimiento mientras no actúe sobre ellos alguna fuerza que le obligue a cambiar de estado. Esta propiedad se llama inercia. Aplicando una fuerza a un cuerpo este tiende a vibrar e incluso se puede deformar por su elasticidad. Si cambia de forma, pero no de volumen entonces presenta la rigidez. Según las leyes de la química, no pueden alterarse la cantidad de materia, es decir, de masa o sustancias; dicha propiedad se conoce con el nombre de indestructibilidad. CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA

La mayor parte de las cuestiones estudiadas hasta aquí son más o menos conocidas por todas las personas, por tratarse se cosas que se observan habitualmente; no ocurre lo mismo con la constitución de la materia, que aún a preguntas que están en el aire. Pero intentaremos responder algunas de ellas.

La molécula

Entre las propiedades de la materia hemos citado la divisibilidad; la materia se puede dividir hasta llegar a convertirla en una arena, primero y luego en un polvo impalpable, después. ahora bien cada uno de esos granos de polvo, aparentemente impalpable, no llegan a ser la parte mas pequeña de la materia, por lo que podría seguir siendo divisible si dispusiéramos de medios para ello. De este modo llegamos a la menor partícula estable posible a la que puede reducirse la materia. A esta partícula mínima se la llama molécula. La molécula es por tanto la menor porción de materia compuesta, que no se descompone más por sí sola.

El átomo

Resulta que la molécula no es el elemento mas pequeño, ya que a su vez está constituida por una agrupación de otras entidades de materia aún menores . Estas agrupaciones se llaman átomos.

CONFIGURACIÓN DEL ÁTOMO

El átomo es la porción mas pequeña de una sustancia simple. Ahora bien, el átomo tampoco es una masa sólida y única, sino que está formado por un conglomerado de diversas clases de corpúsculos mucho más pequeños que el propio átomo.

Estructura planetaria

En 1890, el físico lord Rutherford expuso su teoría de que el átomo era un sistema "micro-solar". Al igual que el Sol, el núcleo está rodeado por partículas infinitamente pequeñas girando en distintas órbitas. En el núcleo hay protones , que son partículas cargadas eléctricamente positivas, y neutrones, que son partículas con masa pero sin carga eléctrica. Estos últimos llevan el peso del átomo al darle masa. Las pequeñas partículas que giran en orbitas alrededor del núcleo, son los electrones, que tienen carga negativa y una masa equivalente a la del protón. Las partículas que mas nos interesan para el estudio de este curso son los electrones y los protones. Un átomo puede ser de cualquier tipo de materia y se puede combinar con cualquier otro tipo de átomo de cualquier otro tipo de materia, siempre y cuando se den las condiciones necesarias para la unión. En el dibujo anterior observamos un átomo de Litio con 3 protones, 5 neutrones, en el núcleo, y 3 electrones girando a su alrededor en orbitas diferentes. No me voy a explayar en la explicación de la física cuántica, ya que de ello me ocupo en el curso de química de mi Web "Cursos industriales". Pero os hablaré de lo básico para comprender la naturaleza eléctrica: Las cargas de los protones y los electrones neutraliza eléctricamente al átomo (cargas positivas y negativas se neutralizan); ese estado de neutralidad no se mantiene por mucho tiempo debido a las fuerzas de atracción y repulsión, fuerzas magnéticas, fuerzas mecánicas y otras, que hacen que el átomo pierda o gane electrones. ¿Como puede perder o ganar electrones?

VALENCIA Y MOLÉCULA

El átomo intenta ganar la estabilidad química por medio del control reciproco de sus cargas eléctricas positivas y negativas. Para ello cuando se le aplica energía, el átomo cede electrones, pero solo los suficientes para alcanzar la estabilidad, y solo cuando la energía aplicada no sea superior para romper el enlace atómico. Observemos de nuevo el dibujo:

El átomo de Litio tiene 3 electrones. Si le aplicáramos calor, cedería 1 electrón que sería el que está más alejado del núcleo. Por tanto necesita menos energía para abandonar su orbita.

Los electrones se agrupan en orbitas alrededor del núcleo en proporción a una formula química que en este curso no interesa conocer. Simplemente debe saber que para saber cuántos electrones caben cada orbita debes aplicar la formula:

2n2

Siendo "n" el numero de la órbita. Así en la órbita 1 caben 2(1*1)=2 electrones. En la órbita 4ª caben 2(4*4)=32 electrones. La órbita de valencia se considera la órbita que necesita estabilizar el átomo para que este se encuentre químicamente estable, y en la realidad no caben más de 8 electrones en la capa de valencia. Deduciendo en la forma anterior, el único elemento que tiene 8 electrones en su órbita de valencia es el Neón con 10 electrones (orbita 1=2 electrones, orbita 2=8 electrones) ¿cómo es posible esto? ¿El único elemento estable químicamente es el Neón? Todo esto es posible ya que las orbitas del átomo se divide en orbitales, por lo que en el último orbital habitado por electrones hay entre 0 y 8 electrones. El número de electrones de este ultimo orbital (capa de valencia) determina las propiedades de los átomos. Volviendo al tema, cuando un átomo pierde o gana electrones, se convierte en un Ión. Un ión es un átomo que ha pasado de ser neutro eléctricamente a tener una carga eléctrica dependiendo de que haya perdido 1 ó más electrones (ión positivo), al prevalecer la carga positiva; o ganado 1 ó más electrones (ión negativo), al prevalecer las cargas negativas.

RESUMEN

Molécula: Es la partícula más pequeña en que puede dividirse una sustancia conservando sus propiedades químicas.

Átomo: La parte más pequeña de un elemento que puede participar en una combinación química.

Teoría electrónica: Tiende a explicar los fenómenos que se dan en las partículas que integran la materia, como el átomo y las sub-partículas, protón, electrón y neutrón entre otros.

Estados de la materia: Sólidos: sustancias cuyos átomos están fuertemente ligados entre ellos. Líquidos: las que tienen sus átomos deslizados unos sobre otros. Gaseoso: los átomos no presentan ninguna adherencia entre sí.

EL TALLER Y LA SOLDADURA

Para poder realizar las exigencias y los ejercicios prácticos que os propondré en otros temas, se desarrollarán temarios para prepararse de antemano, y de modo adecuado, así como designar un taller con las herramientas y materiales necesarios para dichas prácticas.

EL TALLER DE PRÁCTICAS

Lo ideal sería poder disponer de un taller profesional, pero debido a lo caro que está la vida, creo yo que podremos apañarnos bien con los aparatos que vamos a construir con pocos materiales adicionales y una pequeña inversión.

La mesa de trabajo

Lo primero que has de hacer es buscar un lugar de trabajo en el cual no te molesten para trabajar. La mesa de trabajo es un lugar importante sobre todo a la hora de soldar; un descuido al soldar puede destruir un transistor o un chip importante y caro, por tanto es importante que tengáis un lugar en donde no os puedan molestar mas de lo necesario. Tiene que ser amplia para que pueda colocarse sobre ella el aparato a reparar sin que te produzca molestias. Lo recomendable sería tener una superficie de un metro cuadrado y que tuviese cajones para clasificar accesorios como circuitos, componentes, etc....

Resultaría conveniente que tuvieses también estantería para consultar los manuales y libros que en ellas pondríais junto con los elementos de comprobación. El banco de trabajo

Segundamente, es necesario un banco de trabajo en el que se puedan depositar las herramientas necesarias para detectar, modificar y reparar circuitos electrónicos. En un buen armario de herramientas las mismas están bien ordenadas, como se puede ver en la siguiente imagen

El banco de la Fig. anterior está muy bien, pero para nuestra labor solo necesitaremos, aparte de los destornilladores de tipo estrella y planos, sería necesario los elementos:

*SOLDADOR *CHUPADOR *OSCILOSCOPIO *GENERADORES DE DIFERENTES TIPOS *COMPONENTES ELECTRÓNICOS

LA SOLDADURA

La soldadura es un arte. Se denomina soldadura al proceso de unir dos o mas piezas por medio de otro metal que se aplica en estado de fusión; para que la soldadura pueda realizarse es fundamental que las piezas a unir se encuentren limpias. En las soldaduras de piezas pequeñas de metal se encuentran 3 clases de soldaduras: fuerte o de latón, de metales preciosos (plata y oro), o soldadura blanda, que es de la que voy a hablar.

La soldadura blanda es la que se utiliza con carácter general en radio, televisión y demás ramas de la electrónica. Para poder realizar la soldadura blanda, se requiere de un par de cosas imprescindibles como, por ejemplo, el soldador; y el estaño. Al estaño (Sn) se le denomina material soldante, aunque en realidad el material utilizado

es una mezcla de estaño y plomo con una mezcla de entre 50-70% de estaño y un 30-50% de plomo (Pb), generalmente en forma de barra o bien de hilo. Para que la soldadura y los elementos a soldar queden unidos sólidamente, es necesario un medio que sirva de soporte entre ambas. De esto se encarga la placa. Una placa tiene dos caras, por lo general. Esta placa se llama placa impresa, porque en ella se plasma el impreso del circuito eléctrico a realizar. En un lado de la placa (de fibra de vidrio) se insertan los componentes; en la otra cara se realizan las soldaduras y el atacado, ya que está cubierta de una capa de cobre, por lo general. Es en esta misma cara en donde, una vez dibujado el circuito eléctrico y protegido, de los agentes de ataque químico, o fotosensible, se quita el exceso de cobre (mediante distintas técnicas), para que queden las pistas protegidas dando lugar al circuito impreso.

En las fotografías anteriores; a la izquierda vez los componentes del lado de la fibra de vidrio; a la derecha observa el circuito impreso. Las partes más claritas son las atacadas en el proceso de atacado del cobre.

La unión soldada presenta una baja resistencia al paso de corriente, siendo además muy resistente a los choques y vibraciones mecánicas; esta es la razón por la que es utilizada para montajes eléctricos, y muy especialmente para trabajar con frecuencias elevadas, donde el cuidado con que se efectué la soldadura influye notabilísimamente en el rendimiento final del aparato en construcción.

El soldador

Es el aparato necesario para formar la soldadura. Para soldar es necesario un poco de práctica, y tener limpio el soldador al inicio del soldado, por lo que es bueno limpiarlo al final de su uso. Existen muchos tipos de soldadores, pero los más utilizados son los eléctricos. De entre 30w. y 100w. Son los más utilizados. Es bueno que adquiera rápidamente la tª. de funcionamiento, y que no se caliente demasiado, pues el calor excesivo lo puede deteriorar. No suelen ser caros de precio y hay de muchos tipos con distintas formas. La acción a realizar es la siguiente: La punta del soldador se calienta a la tª. de trabajo. Para saber si ha alcanzado la tª. de trabajo ponemos un poco de estaño en la punta, y si se derrite, es que ya la ha alcanzado. Ponemos el soldador en contacto, directamente, con el elemento a soldar y el estaño en el mismo elemento hasta que empiece a fundirse. Después soldar en consecuencia. Generalmente, y como he dicho antes, es bueno limpiar la punta del soldador antes de iniciar una soldadura. Para esto se procede a "estañar" la punta. Esta acción simplemente se realiza limpiando con papel de lija la punta o con una bayeta, para

quitar la grasa de la quema anterior, y después al conectarlo a la red eléctrica, le ponemos estaño a la punta para que quede brillante y limpia.

NORMAS PARA HACER BUENAS SOLDADURAS

De lo explicado anteriormente hasta aquí, se deduce que para soldar buenas conexiones de modo que queden sólidas y correctamente realizadas, es indispensable no olvidar algunas normas y requisitos como los siguientes:

Normas generales

1º)Las partes que van a soldarse tienen que estar, además de descubiertas, limpias de grasa, óxido y otras sustancias adheridas al cobre, como el barniz o el esmalte aislante. Lo mejor es pasarle una lija de paso fino hasta que presenten un aspecto brillante. Normalmente las pistas de cobre están protegidas con una película que facilita la soldadura. En caso que el cobre esté desnudo y oxidado, se lijará hasta que el cobre brille.

2º)Aún cuando supone un trabajo extra, es conveniente para una mejor obtención de las soldaduras, el estañado de los cables, terminales, etc. Una vez cortados los terminales a soldar a la medida adecuada, cubrir los puntos a soldar con una fina capa de estaño y supervisar el acabado de la soldadura.

3º)Hay que tratar bien las conexiones, para evitar que desprendan hilos que puedan producir cortocircuitos, mientras se realiza la soldadura o se muevan antes de que la soldadura se enfrié para evitar así soldaduras frías.

4º)Las conexiones deben ser lo más cortas posibles y bien estirado los cables, guardando la estética del orden y no de una maraña de cables e hilos.

5º)Hay que evitar poner el estaño directamente en la punta del soldador para la soldadura; El estaño utilizado tiene el alma de resina, la cual se carboniza en el soldador; si se aplica pasta de soldar, esta se aplicará en el punto donde ha de ir la soldadura. Se recomienda la pasta de soldar en circuitos difíciles ( para soldar elementos que no aguantan bien el calor ), y nunca en circuitos que deban trabajar con altas frecuencias.

6º)Para soldar apoyarás la punta del soldador con la unión, con el fin de que caliente bien la junta a soldar; después de unos instantes, y sin levantar el soldador, acercaremos el hilo de estaño para que se derrita sobre los terminales o hilos.

7º)Hay que evitar poner excesiva cantidad de estaño porque puede cortocircuitar una pista cercana a la que estás trabajando. Si has utilizado demasiado estaño, caliéntalo de nuevo y quítalo con un chupador o con otro instrumento cualquiera que te ayude a tal fin.

Bueno, pues de momento esto es toda la teoría de este apartado. A continuación te puedes bajar la práctica de este tema en el menú de descargas. La referencia es P01. También desde aquí te puedes bajar un fichero bajado de el enlace de electrónica pablin.com.ar en el que muestra el proceso de atacado de placas de forma casera.