introducción a la ingeniería cap3
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Introducción a los materiales eléctricos (conductores y aisladores, resistencia) y ley de ohm.TRANSCRIPT
Programa: contenidos
CAPITULO 3 RESISTENCIA
3.1 Introducción.
3.2 Conductores y aisladores.
3.3 Semiconductores.
3.4 Ley de Ohm, característica y símbolo.
3.5 Características físicas, tipos de cables.
3.6 Analogía hidromecánica.
3.7 Efectos de la temperatura.
3.8 Tabla de calibre de conductores.
3.9 Tipos de resistores.
3.10 Código de colores.
3.11 Conductancia.
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Todos los materiales tienen intrínsecamente la propiedad de conducir en mayor o menor medida la electricidad: conductividad o su inverso la resistividad.
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Conductividad
Un conductor tiene la aptitud de dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura.
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La conductividad es el inverso de la resistividad, =1/,
y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1·m-1.
La magnitud de la conductividad (σ) es la
proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la
densidad de corriente de conducción J: J= E
Datos de conductividad
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MetalConductividad
Eléctrica
(S·m-1)
Plata 6,30 × 107
Cobre 5,96 × 107
Cobre Recocido 5,80 × 107
Oro 4,55 × 107
Aluminio 3,78 × 107
Wolframio 1,82 × 107
Hierro 1,53 × 107
Conductividad
Eléctrica
(S·m-1)
Vidrio 10-10
a 10-14
Lucita < 10-13
Mica 10-11
a 10-15
Teflón < 10-13
Cuarzo 1,33 × 10-18
Parafina 3,37 × 10-17
Aislantes
Conductividad
Eléctrica
(S·m-1)
Agua de mar 5
Agua potable 0,0005 a 0,05
Agua desionizada 5,5 × 10-6
Líquidos
Clasificación de materiales
Por origen: Naturales o Artificiales
Por función: conductor; luminiscente (tungsteno); galga o sensor(manganina); calóricos (nicrom)
Por estado: sólido, líquido, gaseoso
Por característica: liviano, duros, blandos, Maleabilidad, Ductilidad, Sensibilidad a la Tª, Resistencia al uso rudo y el costo.
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Analogía de la resistencia
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Resistencia
La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un material a la circulación de la corriente eléctrica a través de él, transformándola en efecto Joule: I2xR.
No existe el conductor perfecto o el aislador perfecto.
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Unidad de Medida: Ohm (Ω).
R
Ley de OHM
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Resistencia de un material
Resistencia de cualquier material con un área transversal uniforme se determina mediante los siguientes factores: 1.- Material. Con su estructura atómica única, reaccionará
diferencialmente a presiones para establecer una corriente a través de su núcleo.
2.- Longitud. Entre mayor es la trayectoria que la carga debe recorrer, mayor es el nivel de resistencia. Directamente proporcional.
3.- Sección Transversal. A mayor área menor es la resistencia. Inversamente proporcional.
4.- Temperatura. En la mayoría de metales al aumentar la Tª, se incrementa la resistencia.
11 = resistividad del material [m]
Datos de resistividad
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MaterialResistividad (a 20 °C)
(Ω·m)
Plata 1,59 x 10-8
Cobre 1,71 x 10-8
Oro 2,35 x 10-8
Aluminio 2,82 x 10-8
Wolframio 5,65 x 10-8
Níquel 6,40 x 10-8
Hierro 9,71 x 10-8
Platino 10,60 x 10-8
Estaño 11,50 x 10-8
Acero
inoxidable 72,00 x 10-8
Grafito 60,00 x 10-8
Sección en Alambres Circulares
r = Radio.
d = Diámetro
Mil: Unidad de medición para la longitud y está relacionado con la pulgada mediante:
Un alambre con un diámetro de 1 mil tiene
un área de 1 mil circular (CM).
4)(
22 d
rAcírculoÁrea
lg11000lg1000
11 pumilspumil
CMdosmilscuadramild
A 1444
22
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Para un alambre de N mils (N -> Cualquier número positivo).
Sustituyendo ->
Se obtiene:
Como d = N, el área en mils circulares es simplemente igual al diámetro en mils cuadrados:
CMCMomilcuadraddosmilscuadraCM 273.14
14
1
dosmilscuadraNd
A44
22
omilcuadradCM 14
CMNCMN
dosmilscuadraN
A 222 4
4)(
4
2milsCM dA 14
Sección en Alambres Circulares
La constante ρ (resistividad) es diferente para cada material -> Resistencia de un alambre de 1 pie de longitud por 1 mil de diámetro, medida a 20ºC.
pies
CM
l
RA
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Sección en Alambres Circulares
Variación de la resistencia con la temperatura
Para la mayoría de los conductores metálicos, la resistencia tiende a aumentar con un incremento de la temperatura. Cuando aumenta el movimiento atómico y molecular en el conductor se obstaculiza el flujo de carga. El incremento en la resistencia para la mayoría de los metales es aproximadamente lineal cuando se compara con los cambios de temperatura. Los experimentos han demostrado que el aumento en la resistencia ∆R es proporcional a la resistencia inicial Ro y al cambio de temperatura.
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Coeficiente de temperatura
La resistencia varía según:
∆R = Ro ∆t ó RT= R0 [1+ (T-T0)]
Donde es una característica del material y se conoce como coeficiente de temperatura de la resistencia. La ecuación para definir se puede determinar despejando la ecuación anterior:
=∆R / Ro ∆t El coeficiente de temperatura de la resistencia es el cambio en la resistencia, por unidad de resistencia, por cada grado de cambio en la temperatura. Su unidad es °C-1.
está dada por dos factores de variación: coeficiente de dimensión (longitud) y de temperatura, pero predomina la temperatura.
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Datos de coeficiente de Tº:
19 http://www.ni.com/white-paper/3643/es/
Material α en °C-1
Acero 3.0 x 10-3
Plata 3.7 x 10-3
Cobre 3.8 x 10-3
Platino 3.9 x 10-3
Hierro 5.1 x 10-3
Níquel 8.8 x 10-3
Carbón -5.0 x 10-4
Coeficiente en otros materiales “Para buenos conductores, un aumento en la Tª resultará en un aumento en el nivel de resistencia -> Coeficiente Térmico de Resistencia Positivo”
Aislantes: “ Un aumento de temperatura resultará en una disminución de la resistencia de un aislante. El resultado es un coeficiente térmico de resistencia negativo”
Semiconductores: un aumento de temperatura resultará en una disminución en el nivel de resistencia -> Coeficiente Térmico de Resistencia Negativo”
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Variación por Tº en PPM/ºC
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También existe la especificación proporcionada en partes por millón por grado Celsius (PPM/ºC), que da una indicación inmediata del nivel de sensibilidad del resistor a la temperatura.
Resistores (5.000PPM/ºC –Alto ; 20PPM/ºC – Bajo). Por Ej.: Característica de 1.000PPM/ºC -> Un cambio en 1 ºC en temperatura ocasionará un cambio en resistencia igual a 1,000PPM, o 1.000/1.000.000 = 1/1.000 de su valor nominal –No es un cambio importante.
)()(10 6
min TPPMR
R alno
Conductores
Eléctricos
Coaxiales
Bobinas – Motores
PIN
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Cables y alambres
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Cables en telecomunicaciones
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Calibres AWG
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Estandarizar el tamaño del alambre producido. Calibres de alambre EEUU:AWG, (American Wire Gauge). Europa usa mm.
Resistores: componente electrónico
http://hagamoselectronica.blogspot.com/2010/05/tipos-de-resistores.html
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SMT:Surface Mount Technology
Resistores fijos y variables
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Código de colores
29 Sin Tol: 20%
Valores estándar de R
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Óhmetro - Megger
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?
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Mide resistencias, circuito abierto y cerrado
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Un óhmetro es un conjunto de elementos: G + Ro + Batería
¿Qué es un puente Wheatstone? 34
Combinaciones para distintas escalas
?
Aisladores
Tienen un comportamiento totalmente opuesto a los conductores… muy alta resistividad. Tienen características dieléctricas.
Se utilizan para prevenir el contacto indeseado entre conductores.
Materiales típicos: vidrio; loza, cerámica; plásticos; etc.
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37 También pueden ser líquidos o gases
Semiconductores
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Principal elemento de la electrónica
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Conclusión
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Preguntas
FIN
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