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Lic. Laz Gustavo – Ing. Torrico, HenryLic. Laz Gustavo – Ing. Torrico, HenryArquitectura y Sistemas OperativosArquitectura y Sistemas Operativos

Nociones de ElectricidadNociones de Electricidad

Introducción Introducción

• La electricidad es lo más importante de nuestro ordenador.

• Sin ella nuestros equipos no funcionarían

• Es importante darle importancia y conocer que es y cómo se comporta dentro de nuestros equipos

• Ver cómo podemos medir la cantidad de electricidad dentro de nuestros equipos, ya que es importante hacer notar que el paso en exceso o en defecto puede ser desastroso para los mismos

En la naturaleza hay sustancias que tienen más electrones en la banda de conducción que otras, es más, si en un mismo material las condiciones externas cambian éste se comporta de diferentes maneras.La propiedad que poseen algunas sustancias de tener electrones libres, en la banda de conducción, se llama conductividad. Estos materiales serán capaces, bajo la acción de fuerzas exteriores, de conducir la electricidad. Se pueden clasificar los materiales en tres grupos:

- Conductores: estos materiales poseen un gran número de electrones en la banda de conducción, por lo tanto tienen facilidad para conducir la corriente eléctrica. Buenos conductores son: la plata, el cobre, el aluminio, el estaño.

- Aislantes: son aquellos en los cuales los electrones están fuertemente ligados a sus núcleos, siendo éstos incapaces de desplazarse por el interior material y, en consecuencia conducir. Buenos aislantes son: el aire, la porcelana, lana de vidrio, telgopor, etc.

- Semiconductores: son sustancias que bajo condiciones normales se las podría clasificar como malos conductores, pero si se les comunica energía exterior, los electrones podrían saltar de la banda de valencia a la de conducción, convirtiéndose en un buen conductor. Ejemplos de estos son: el silicio y el germanio, entre otros.

ConductividadConductividad

Existen dos tipos de carga: positiva y negativa . La unidad mínima de carga es la del electrón (igual que la del protón pero positiva)

La menor cantidad de carga eléctrica que puede existir es la del electrón, pero esta unidad es extremadamente pequeña para aplicaciones prácticas y para evitar el tener que hablar de billones de unidades de carga, se ha definido en el Sistema internacional de Unidades el culombio.

1 culombio [C] = 6.23 x 10e18 electrones

Diferencia de potencial, tensión o voltaje

Podemos pensar que la corriente eléctrica es un flujo de electrones que circula por un material conductor de un extremo hacia el otro, debemos aclarar que esta no es la definición correcta, de todos modos sirve para entender el fenómeno eléctrico.

¿ Qué genera este flujo?. Para responder esta pregunta veamos lo siguiente:

- “ Dos cargas iguales se repelen ” - “ Dos cargas opuestas se atraen”- Determinados materiales tienen mayor cantidad de electrones en la banda de conducción (conductores) que otros (aislantes).

Carga EléctricaCarga Eléctrica

Ahora bien, si tenemos un conductor en el cual hay muchos electrones libres:

¿Qué se podría hacer para que ellos se muevan en la misma dirección formando un flujo de electrones?.

Sí ponemos una carga positiva en un extremo del cable, los electrones se verán atraídos y empezarán a moverse hacia el extremo del cable, generando el flujo eléctrico.

En realidad lo que se hace es poner en los extremos del cable una fuente de tensión, o, dicho en forma común, "se aplica un voltaje o diferencia de potencial".

Podríamos decir que la tensión, deferencia de potencial o el voltaje "es la fuerza que pone en movimiento a los electrones".

La tensión en el Sistema Internacional de Unidades se expresa en VOLTIOS [V].

Por ejemplo una pila tiene una tensión de 1.5V (voltios) y una batería de automóvil 12V.

En este símbolo, el terminal o polo negativo (-) indica por donde salen los electrones, mientras que por el positivo (+) es por donde ingresan los electrones. Al polo positivo se lo define como un punto o potencial positivo, ya que es el que ejerce una "fuerza" sobre los electrones, y el negativo como un punto o potencia de referencia en el cual no hay tensión (0 V).Por ejemplo, que una pila tenga una tensión de 1.5 V, significa que el polo positivo tiene una potencial de 1,5 V (1,5 V de "fuerza" para atraer a los electrones) respecto de una referencia, que en este caso es el terminal negativo. De esto surge el nombre diferencia de potencial.

Submúltiplos más usuales del voltio:

El múltiplo más usual es el Kilovoltio. 1 KV = 1 .000 V.El símbolo de símbolo de una fuente de tensión continua es el siguiente:

La corriente eléctrica es el efecto de aplicar una tensión a un circuito eléctrico.

Se define como la cantidad de carga que atraviesa una sección del conductor en un segundo. La corriente eléctrica se mide en AMPERIOS [A].Los submúltiplos más usuales del amperio son: El miliamperio (ma.) que es la milésima parte del amperio, por lo que:

1 A = 1 .000 ma.El microamperio (µA) que es la millonésima parte del amperio, por lo que:

1 A. = 1.000.000 ma.

Corriente EléctricaCorriente Eléctrica

Es la propiedad de un elemento que hace que se oponga al paso de la corriente.Todos los materiales ofrecen resistencia al paso de la corriente. En el caso de un conductor ésta es pequeña, en cambio la que presenta un aislante es "muy grande".Por otra parte se fabrican resistores o resistencias, con el objetivo de proporcionar diferentes valores de resistencia.La unidad de medida es el ohm. El símbolo de una resistencia es:

Hay resistores de varios tipos. Los más usuales son:

Resistencia EléctricaResistencia Eléctrica

Ohm encontró que existe una relación proporcional entre la tensión aplicada a un conductor y la corriente que circula por ese conductor.Dicha relación es: V = I x R

Donde:- V es la tensión aplicada al conductor.- I es la corriente que circula por el conductor.- R es la resistencia al paso de la corriente ofrecida por el conductor.

Observando esta relación notamos que para un material dado con cierto valor de resistencia (R), cuando se triplica la tensión (V) aplicada, por él circula una corriente (I) por él.

Ejemplo : Hallemos ahora la corriente I que circula por este circuito. Según la ley de Ohm:

Ley de OHMLey de OHM

Cuando nos referimos a Tensión continua queremos decir que el valor de tensión no varía a medida que va pasando el tiempo, en otras palabras si en un momento dado medimos el valor que tiene y después de un tiempo volvemos a medirlo obtendremos el mismo valor. Ejemplo de esto son las pilas y baterías.

Ahora bien, cuando nos referimos a una Tensión Alterna queremos expresar que el valor de la tensión cambia de un instante de tiempo a otro.Veamos el siguiente gráfico:

Tensión Continua y AlternaTensión Continua y Alterna

Vemos el caso particular de tensión alterna (senoidal):En un momento dado la tensión tiene un valor cero, luego comienza a crecer hasta llegar a un máximo, en ese momento comienza a decrecer hasta llegar a cero. Cuando llega a cero vemos que la tensión se hace negativa. Pero:

¿Qué significa una tensión negativa?.

Que la tensión sea negativa, implica un cambio de polaridad de la tensión, es decir el polo positivo pasa ser negativo y viceversa.En la figura siguiente podemos observar que el cambio de polaridad, trae como consecuencia un cambio es el sentido de la circulación de la corriente.

El ejemplo más cercano de tensión alterna es la del tomacorriente de nuestros hogares. Hablando de la tensión que proporcionan los tomacorriente, la gran mayoría de las personas han escuchado que ésta es de 220V(voltios). Pero: ¿qué valor es este?. ¿Será el valor máximo?. Los 220V se denomina valor eficaz, éste es el valor máximo dividido raíz de 2. El valor eficaz, aunque a simple vista parezca lo contrario, es mucho más práctico de utilizar que el valor máximo.

Para definir qué es la frecuencia primero definiremos qué es un ciclo, el diccionario nos dice que un ciclo es un "Período después del cual se repiten los mismos fenómenos en el mismo orden". Ahora lo definiremos con la electricidad, diremos que "un ciclo es el período después del cual la señal (de corriente o tensión, por ejemplo) vuelve a tener el mismo valor y sentido“.

Como vemos en las figuras tenernos los puntos A, B y C los cuales tienen el mismo valor de tensión, pero solo los puntos A y C tienen el mismo sentido, en ambos puntos la tensión está creciendo, mientras que en el punto B la tensión esta disminuyendo. Por lo tanto el ciclo se extiende desde el punto A hasta el C.En estos momentos estamos en condiciones de definir frecuencia como la cantidad de ciclos que realiza la señal en un segundo. La frecuencia se mide en Hertzios [Hz.].La tensión de la red domiciliaria es de 50Hz, es decir realiza 50 ciclos en un segundo.

FrecuenciaFrecuencia

Muchos circuitos eléctricos o electrónicos, contienen fusibles. El fusible es una llave de seguridad. Si la corriente que recorre el circuito aumenta. por ejemplo por un cortocircuito, el fusible se calienta y se funde, interrumpiendo así el paso de la corriente.El fusible tiene como finalidad resguardar la integridad del resto de los componentes.Básicamente está constituido por un hilo de cobre. dependiendo de la sección de éste se pueden fabricar fusibles con valores diferentes de corriente máxima.Si tenemos un fusible de 1 A (amperio), éste soportará una corriente de hasta 1 A . Cuando por cualquier circunstancia la corriente sea mayor a 1 A, él se cortará.

FusibleFusible

El tester es un instrumento de medición. Con él podemos medir tensión corriente y resistencia entre otras.

Existen instrumentos que tienen la capacidad dc realizar otros tipos de mediciones, tales como: temperatura frecuencia. etc.

En el mercado encontramos dos tipos de tester: el analógico y el digital. Nosotros basaremos nuestro estudio en el tester digital ya que es el más fácil de utilizar.

Uso del tester

Algunos tester poseen una perilla que nos permite seleccionar el tipo de medición que querernos realizar ( caso de la figura siguiente).

El Tester o MultimetroEl Tester o Multimetro

Podemos dividir a éste en cinco zonas principales: ACV: tensión alterna. DCV: tensión continua. Q: resistencia. 0FF: apagado. DCA: corriente continua. Esta zona no tiene aplicación en nuestra área.

Sin duda una de las herramientas fundamentales de medición es el multímetro, antes analógico (de aguja) ahora digital.

Multímetro quiere decir múltiples mediciones. Con este dispositivo, se puede obtener medidas, entre otras, de Corrientes, Voltajes y Resistencias, tanto en Corriente Alterna como en Corriente Continua.

Sus partes principales son: Display o Pantalla, Selector, Carátula de funciones y escalas, Entradas y Puntas…

Se les llama Entradas a los orificios en donde se insertan los conectores machos (jacks) de los cables rojo y negro, y se llaman Puntas a las partes que hacen contacto con los elementos a medir.

A la izquierda se muestra las partes que pueden encontrarse en cualquier Multimetro Digital.

Antes de realizar una medición, es necesario tener en claro que variable se va a medir (Tensión, Corriente, Resistencia) y si se tiene una idea de la magnitud del resultado, se puede dejar el selector en la escala aproximada, pero si se desconoce completamente, es recomendable que se elija la escala más alta, ello brindará una mejor protección del aparato.

MEDICIÓN DE VOLTAJE EN CORRIENTE ALTERNA

Las instalaciones eléctricas domiciliares son en corriente Alterna y tienen una magnitud de 220 Volts. La parte que mide Voltaje en C.A. de la carátula del multímetro (para nuestro caso) tiene dos medidas: 200 y 750 Volts. Por lo tanto, para medir la tensión de línea de 220V, será necesario ubicar el selector en la opción 750 Volts, lo que además nos da un margen de seguridad.En la imagen se puede ver la forma de medir voltaje en una tomacorriente:

El procedimiento seria el siguiente:

1.Insertar los jacks machos en las entradas (hembra) del multímetro. El cable NEGRO siempre se inserta en la entrada identificada en la carátula como COM. El cable ROJO va en una de las otras dos entradas, en este caso elige la que tiene: VΩmA.

2. Se mueve el selector a la posición ACV en 750 Volts, porque el valor a medir es superior a 200V, la cual seria una de las opciones que tiene este multimetro en particular.

3. Insertar las puntas en los orificios o ranuras del tomacorriente. En la pantalla aparecerá un voltaje aproximado a 220 Volts. Difícilmente será exactamente esta cantidad, ya que varía dependiendo de las condiciones de tu instalación y de los valores de energía aportadas por la empresa proveedora de electricidad.

MEDICIÓN DE VOLTAJE EN CORRIENTE DIRECTA

Las mediciones en Corriente Directa o Continua habituales son por ejemplo para la medición de baterías (baterías alcalinas, o de níquel cadmio o de otros materiales). Generalmente estos valores son de 1.5, 6, 9 y 12 Volts. Por lo tanto, la parte del multimetro que mide Corriente Directa o Continua, permite medir ,entre otras, voltajes en baterías, pilas o acumuladores, hasta realizar mediciones en electrónica.La escala que mide Voltaje en C.D. de la carátula tiene cinco medidas: 1000V, 200V, 20V, 2000 mV y 200 mV. En la imagen se puede ver la posición del selector y la forma de medir voltaje por ejemplo en una batería común doble A.

El procedimiento seria el siguiente:

1. Insertar los jacks machos en las entradas (hembra) del multímetro. El cable NEGRO siempre se introduce en la entrada identificada en la carátula como: COM. El cable ROJO va en una de las otras dos entradas, en este caso elige la que diga VΩmA.

2. Se debe mover el selector a la posición DCV en 20 Volts.

3. Coloca la punta ROJA en la cabeza de la batería (siempre es el Terminal positivo) y la punta NEGRA en la parte plana de la batería (siempre es el Terminal negativo). En la pantalla aparecerá un voltaje aproximado a 1.5 Volts, difícilmente será esta cantidad ya que varía dependiendo de lo descargada que esté la batería.

MEDICIÓN DE CONTINUIDAD EN DIFERENTES DISPOSITIVOS

Esta es una aplicación muy empleada en los multímetros. Medir continuidad significa detectar fallas en un dispositivo o en una instalación eléctrica de cualquier tipo. Solo se debe tener algunos cuidados al realizar dicha medición.

En primer lugar, NUNCA se debe medir continuidad en ningún dispositivo o en una Instalación Eléctrica que esté energizado(a). NUNCA se debe medir continuidad en una batería, contacto, llave termomagnética, etc. que estén ENERGIZADOS.

Continuidad significa ver si una pequeña corriente que proporciona el multímetro pasa de un lado a otro de dos extremos de un dispositivo o de un conductor, de no pasar, entonces el multimetro muestra un valor elevado en la pantalla, de lo contrario pone un 0 o un valor cercano a él.

La parte de la carátula del multímetro que mide Continuidad presenta un símbolo referente a sonido. Algunos multímetros muy parecidos al mostrado aquí, no tienen medidor audible de continuidad, en este caso utiliza la escala de los Ohms en cualquier rango.

El procedimiento es el siguiente:

1.Insertar los jacks machos en las entradas (hembra) del multímetro. El cable NEGRO siempre se introduce en la entrada identificada en la carátula como COM. El cable ROJO va en una de las otras dos entradas, en este caso es la que dice VΩmA.

2. Se mueve el selector a la posición que muestra el símbolo de sonido.

3. Se coloca la punta ROJA en un tornillo del interruptor, por ejemplo, y en el otro se debe colocar la punta NEGRA.

Si se escucha un sonido intermitente al abrir y cerrar el interruptor quiere decir que está bien, pero si el aparato se mantiene en silencio o en su defecto tiene sonido constante al accionar el interruptor entonces esta dañado, sea que este abierto o esté en corto circuito.

También se puede verificar lo mismo en la pantalla del multímetro ya que si en ella aparece un valor que cambia de un valor alto a cero (o aproximadamente cero) al “prender” y “apagar” el interruptor eso quiere decir que está en buen estado. Pero si se mantiene el valor elevado o el cero a pesar de estarlo accionando, eso quiere decir que el interruptor esta dañado.

Para el caso de un fusible o un cable se sigue el mismo procedimiento.