Electricidad 2 B1 AGS 07

ndice Bloque I. Tecnologa y su relacin con otras reas de conocimiento

1. Tecnologa y su relacin con otras reas de conocimiento . . . . . . . . 121.1 Latecnologacomoreadeconocimientoylatcnicacomoprcticasocial. . . . . 14

Losproductosdelatcnicaparalasatisfaccindenecesidadeseintereses. . . . . . . . . . . 14 LoscircuitoselctricosysurelacinconlosconocimientosdelaFsica. . . . . . . . . . . . . . 15 Loselectronesylacorrienteelctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Magnitudesyunidadesdemedicin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Latecnologaeneldiseodecircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Magnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 LaLeydeOhm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Tensin,resistenciaelctricaeintensidaddelacorriente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Elclculodemagnitudeselctricasparaeldiseodecircuitoselctricosysuscomponentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 PrincipiodeOersted . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Solenoide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Ncleosmagnticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Transformadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Losinstrumentosdemedicin:elmultmetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.2 Relacindelatecnologaconlascienciasnaturalesysociales:laresignificacinyelusodelosconocimientos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Eldesarrollodeartefactoseinstrumentoselctricosparalainvestigacincientfica. . . . 39 Lalmparaincandescente............................................... 40 Lamedicindelasalinidadporlaconductividadelctricadelsuelooelagua . . . . . . . 41

Loscircuitoselctricosylaelectrnicacomocomponentesfundamentalesdelosaparatoselectrodomsticoseindustriales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Eldesarrollodebulbos,transistoresycircuitosintegrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Loscircuitoselctricosylastelecomunicacionesparaelregistro,procesamientoytransmisindelainformacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.3 Laresignificacinyelusodelosconocimientosparalaresolucindeproblemasyeltrabajoporproyectosenlosprocesosproductivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Losconocimientostcnicosycientficosparamejorarlasinstalacionesyloscomponenteselctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Eltrabajoporproyectosparaeldiseodecircuitoselctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Retroalimentacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Integracindeconceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Bloque II. Cambio tcnico y cambio social

2. Cambio tcnico y cambio social . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522.1 Lainfluenciadelasociedadeneldesarrollotcnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Lasnecesidadeseinteresesdelserhumanoycmosatisfacerlospormediodesistemastcnicosdeldiseodecircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Lasnuevasaplicacionesdeloscircuitoselctricosenlaindustria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Elfactortemperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4 EDICIONES

NDICE

Laincorporacindelosmotoreselctricosenlasmquinasylareorganizacindelaproduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Interruptoreselctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.2 Cambiostcnicos,articulacindetcnicasysuinfluenciaenlosprocesosproductivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Loscambiostcnicoseneldiseoyconstruccindecircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . 63 Laelectricidadyelmagnetismoenlasatisfaccindelasnecesidadesdecomunicacin:eldesarrollodeltelgrafoylatelefona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Losproductoselctricosysusprocesosdecambiotcnicoparalasatisfaccindenecesidadeseintereses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.3 Lasimplicacionesdelatcnicaenlaculturaylasociedad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Elpapeldelatcnicaenlatransformacindelascostumbresytradicionesdelacomunidaddebidoalusodeproductostcnicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Elusodesensoresquecontrolanloscircuitoselctricosparalasatisfaccindenecesidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.4 Loslmitesyposibilidadesdelossistemastcnicosparaeldesarrollosocial . . . . . 70 Lossistemastcnicoseneldesarrollosocial,natural,culturalyeconmico-productivo . 71 Circuitosenserie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Circuitosenserie:Corriente(I). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Ladisponibilidadderecursos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Limitantesyposibilidadestcnicasynaturalesparalageneracindeenergaelctrica . 72

Circuitosenserie:continuidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Circuitosenserie:Voltaje(SegundaLeydeKirchhoff) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

2.5 Lasociedadtecnolgicaactualydelfuturo:visionesdelasociedadtecnolgica. . 77 Circuitosenserie:Resistenciasequivalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Visinretrospectivayprospectivadelasociedadtecnolgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Lascomputadorasylossistemasdetelecomunicacinysuimpactoenlavidacotidiana 78

2.6 Elcambiotcnicoenlaresolucindeproblemasyeltrabajoporproyectosenlosprocesosproductivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Circuitosenserie:divisindevoltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Laresolucindeproblemasylaintegracindecontenidosparaeldesarrollodelproyectodediseodecircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Integracindeconceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Bloque III. La tcnica y sus implicaciones en la Naturaleza

3. La tcnica y sus implicaciones en la Naturaleza . . . . . . . . . . . . . . . . 863.1 Lasimplicacioneslocales,regionalesyglobalesdelaoperacindesistemas

tcnicosenlaNaturaleza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Lossistemastcnicoseneldiseodecircuitoselctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Circuitosenparalelo:introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Lasimplicacionesenlaconstruccinyoperacindelascentraleshidroelctricas . . . . . 90 Laquemadecombustiblesfsiles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Losimpactosporlaslneasdeconduccinelctricaylascentrales . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Elimpactoporlaobtencinoelaboracindelosinsumosquerequierenloscircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Circuitosenparalelo:Tensin(E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

TECNOlOga, DISEO DE CIrCuITOS ElCTrICOS 2

EDICIONES 5

3.2 Lasalteracionesdelosecosistemasdebidoalaoperacindelossistemastcnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 LosimpactosgeneradosenlaNaturaleza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Enlosprocesosdeobtencindeinsumos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Enlosprocesosdetransformacindelosinsumos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Enlosdesechosylosresiduosgenerados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Circuitosparalelos:Corriente(I) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.3 ElpapeldelatcnicaenlaconservacinycuidadodelaNaturaleza . . . . . . . . . . 99 Lageneracindeenergaelctricamedianteelempleodefuentesnocontaminantes . . . 100 Lossistemasdeiluminacineficiente:sistemasnaturalesyartificiales. . . . . . . . . . . . . . . 101 Circuitosenparalelo:Resistenciatotalefectiva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Loscircuitoselctricosinteligentescomoalternativasparadisminuirimpactosambientales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Circuitosenparalelo:Resistenciaconvalordiferente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.4 Latcnica,lasociedaddelriesgoyelprincipioprecautorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Lasociedaddelriesgoyelprincipioprecautorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Circuitosenparalelo:Resistenciatotalefectivacontresomsresistenciasdevalordiferente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Lasnormasdeseguridadenlosprocesosproductivosparaeldiseoyconstruccindecircuitoselctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Losriesgosdelageneracindeenergaelctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

3.5 Elprincipioprecautorioenlaresolucindeproblemasyeltrabajoporproyectosenlosprocesosproductivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Elprincipioprecautoriocomoconjuntodeaccionespreventivasqueminimizanlosriesgosenlossistemastcnicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 LasalternativastcnicasparaladisminucindelriesgoenlaNaturalezadebidoalageneracindelaelectricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Elproyectodeproduccinindustrialdediseodecircuitoselctricos . . . . . . . . . . . . . . . 113 Integracindeconceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Bloque IV. Planeacin y organizacin tcnica

4. Planeacin y organizacin tcnica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1184.1 Lagestinenlossistemastcnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Eldiagnsticodenecesidadesparalainstalacindecircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . 120 Enlaconstruccindecasashabitacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Enlosprocesosdeurbanizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Enlainstalacindelalumbradopblico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Eldesarrollodeproyectosdeelectrificacin:costos,riesgos,impactoambientalydisponibilidaddelosinsumos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Circuitosparalelos:calcularvaloresdesconocidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

4.2 Laplaneacinylaorganizacindelosprocesostcnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Laplaneacinyorganizacindelosprocesostcnicosparaeldiseoeinstalacindecircuitoselctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Lagestinyconsecucindeinsumosparaeldesarrollodelosprocesostcnicos . . . . . . 127 Circuitoscomplejos:introduccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

6 EDICIONES

NDICE

4.3 Lanormatividadylaseguridadehigieneenlosprocesostcnicos. . . . . . . . . . . . . 128 Laelectrificacinconformealosplanesdeurbanizacinyusodelsuelo . . . . . . . . . . . . . 129 Losestudiosdeimpactoambientalenlosproyectosdeelectrificacin . . . . . . . . . . . . . . 130 ElusodeinsumosenloscircuitoselctricossegnlasNormasOficialesMexicanas(nom) 131 Circuitoscomplejos:procedimientoparasimplificarelvalordelasresistencias. . . . . . . . 131

4.4 Laplaneacinylaorganizacinenlaresolucindeproblemastcnicosyeltrabajoporproyectosenlosprocesosproductivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Losprocesosdeplaneacinyorganizacinparalaresolucindeproblemaseneldiseoyconstruccindecircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Circuitoscomplejos:Resistenciapuente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Eltrabajoporproyectoseneldiseodecircuitoselctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Integracindeconceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Bloque V. Proyecto de produccin industrial

5. Proyecto de produccin industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1465.1 Caractersticasdelproyectodeproduccinindustrial...................... 148

5.1.1Procesosproductivosindustriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Loscambiosenlaorganizacintcnicadeltrabajo:delosprocesosartesanalesalosprocesosproductivosindustriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Circuitoscomplejos:Corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5.1.2Diseo,ergonomayestticaeneldesarrollodelosproyectos . . . . . . . . . . . . . . . 150 Eldiseodeinstalacioneselctricas,considerandoeldiseo,lasnecesidadeseintereses,lafuncionalidad,laestticaylaergonoma.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Circuitoscomplejos:comportamientodelacorrientesegnlaPrimeraLeydeKirchhoff. 151

5.1.3Eldiseoyelcambiotcnico:criteriosdediseo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Criteriosdediseo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Necesidadeseintereses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Funcintcnica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Esttica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Ergonoma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Aceptacincultural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Circuitoscomplejos:Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

5.2 ElProyectodeproduccinindustrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

5.2.1Eldiseoenlosprocesosproductivosyelproyectodeproduccinindustrial.... 158 Lasfasesdelproyectodeproduccinindustrialdediseodecircuitoselctricos. . . . . . . 158 Proyectodeproduccin:diorama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Procesodediseo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Clculoderesistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Integracindeconceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

TECNOlOga, DISEO DE CIrCuITOS ElCTrICOS 2

EDICIONES 7

Tecnologa y su relacin con otras reas de conocimiento

IBLOQUE

1 TecnologaysurelacinconoTrasreasdeconocimienTo1.1 Latecnologacomoreadeconocimientoylatcnica

comoprcticasocial.1.2 Relacindelatecnologaconlascienciasnaturales

ysociales:laresignificacinyelusodelosconocimientos.

1.3Laresignificacinyelusodelosconocimientosparalaresolucindeproblemasyeltrabajoporproyectosenlosprocesosproductivos.

12

BLO

QUE

Contenido

12

El alumno: Comparalasfinalidadesdelascienciasydelatecnologaparaestablecersusdiferencias.

Describelaformaenquelosconocimientostcnicosylosconocimientosdelascienciasseresignificaneneldesarrollodelosprocesostcnicos.

Utilizaconocimientostcnicosydelascienciasparaproponeralternativasdesolucinaproblemastcnicos,ascomomejorarprocesosyproductos.

Estudiarslarelacinentretecnologayciencia,yanalizarscmolosconocimientospreviossetransformanyresignificanparaaplicarlosalaresolucindenuevosproblemassociales.Enestecursopondrsenprcticalasaccionesestratgicaseinstrumentalesquederivanenlacreacindebienesyservicios.Estudiarselcomportamientodelostreselementosfundamentalesdelaelectricidad:Resistencia,TensinyCorriente,aplicadosenlostiposbsicosdecircuito:serie,paraleloycomplejo.

Reconocerlasdiferenciasentreelconocimientotecnolgicoyelconocimientocientfico,ascomosusfinesymtodos.

Describirlainteraccindelatecnologaconlasdiferentesciencias,tantonaturalescomosociales.

Distinguirlaformaenquelosconocimientoscientficosseresignificanenlaoperacindelossistemastcnicos.

Propsitos

En este bloque

Aprendizajes esperados

13

Elconocimientohumanosecreaconbaseenlainteligencia:nuestracapacidaddeentendercmofuncionatodoloquenosrodeayresolverproblemas.

La ciencia es la encargadadedesentraar el funcionamientode los fenmenosnaturales, como el comportamiento del calor, los fluidos, los tomos, entremuchos otros, bajo determinadas circunstancias. La tecnologa, por su parte,creaunconjuntode teoras y tcnicasencaminadoadesarrollaraparatosqueaprovechendeformaprcticaelconocimientocientfico;entantoquelatcnicaaplica los conocimientos generados por la tecnologa en procedimientos yrecursosenfocadosarealizarunatareaespecficaparafacilitar laejecucindeciertaactividad.

Elcursoanteriorcomprobastequelosconocimientostericossonindispensablesparaponerenprcticalasaccionesestratgicaseinstrumentalesquederivanenla creacindebienes y servicios socialmentetiles. Las LeyesdeMaxwell, porejemplo,explicanelcomportamientodelacorrienteelctricaenprcticamentecualquier situacin; sin ellas sera casi imposible la generacin, transmisiny control de la energa elctricaquehace funcionar la sociedad tal y como laconocemos.

los productos de la tcnica para la satisfaccin de necesidades e intereses

Cuandosecomprendeelprincipioterico,elsiguientepasoconsisteenaplicarloenelmundorealparasolucionaralgnproblemasocial;eselcasodelacorrientealterna que estudiaste en el curso anterior. Los inventos deNikola Tesla paragenerarytransportarelectricidadutilizandolacorrientealternaprobaronsermuysuperiorestericaytcnicamentealospropuestosporTomsAlvaEdisonconlacorriente directa. Esto se debe a que Tesla era un cientfico y, por lomismo,buscaba la eficacia y eficiencia en sus inventos; mientras que Edison era uncomerciantequeslobuscabalamayorgananciaposible.Porfortuna,enelcasodelageneracinytransportedelaenergaelctricapblicaseimpusoelbienestar

1.1 La tecnologa como rea de conocimiento y la tcnica como prctica social

Activacin de conocimientosAntes de iniciar el estudio de este apartado, en grupo y apoyados por el maestro,

reflexionen y contesten:

A. Expliquen con sus palabras, qu es la ciencia?

B. Cul es la diferencia entre tcnica y tecnologa?

C. Qu estudia la Fsica?

NikolaTesla(1856-1943).Inventor,ingenieromecnicoeingenieroelctricoypadredelaindustriaelctrica.

Foto:W

ikipedia.

Bloque I tecnologa y su relacin con otras reas de conocimiento

14 ediciones

delamayorasobrelosinteresesparticularesy,graciasaello,actualmentegozamosde losbeneficiosde laelectricidadennuestroshogares, laescuelayeltrabajo.

Actividad 1

InvestigaenInternetelepisodiohistricoconocidocomoLa Guerra de las

Corrientes.Escribeunresumenentulibretadetrabajo.

los circuitos elctricos y su relacin con los conocimientos de la Fsica

En este segundo curso estudiars el comportamiento de los treselementos fundamentales de la electricidad resistencia, tensin ycorriente,aplicadosen los tiposbsicosdecircuito:serie,paraleloycomplejo.Paraello,emplearsalgunasherramientaspropiasdelaFsica,comofrmulas,diagramas,principiosyleyescientficas.

LaFsicaeslacienciaqueaplicalamatemticaparaestudiar,explicarypredecirfenmenosnaturales.Loscamposdeestudiomsgeneralesde laFsicasonelespacio-tiempo,elmovimientoylamateria-energa,ascomolasrelacionesqueexistenentreellos.

La ingeniera elctrica es una ramadel campomateria-energaque estudia lageneracin, transporte y comportamiento de la corriente elctrica en circuitos,que pueden ser tan grandes como pases enteros o tan pequeos como elmicroprocesadordeunacomputadora.

ComoenlaFsica,enelectricidadutilizamosmodelosmatemticosparaexplicarypredecirelcomportamientodelacorrienteelctrica;dichosmodelosseexpresangrficamenteenformadediagramasymatemticamenteenecuaciones,comolasqueestudiasteelcursoanterior:E = IR(LeydeOhm).

Porotraparte,laFsicatambinesunacienciaexperimental,locualsignificaqueponeapruebaenelmundoreallosmodelostericosquecrea.Lomismosucedeconlaelectricidad:construimosconmaterialesrealesloscircuitosquediseamosdemaneravirtualyponemosapruebalosclculosrelacionadosconellos.

Elusodemodelosmatemticos(diagramasyecuaciones)esindispensableparaeldiseoylaconstruccindecualquiercircuitoelctrico,yaseadegrandesmagni-tudes,comolaslneasdealimentacinelctricaparaunaciudad;circuitosmedianos,como la instalacin elctrica de una vivienda, omicrocircuitos, como los quecontieneelmicroprocesadordeunacomputadora.

Los electrones y la corriente elctricaEn el curso anterior aprendiste que los electrones libres que circulan por unconductorformanlacorrienteelctricayquestasemideenamperios.Ahora

eficacia es la capacidad de lograr con exactitud y precisin el efecto que se espera. Por ejemplo, para hacer una operacin aritmtica, una calculadora electrnica es ms eficaz que el lpiz y el papel, porque la calculadora no se equivoca y cuando hacemos una operacin a mano siempre existe la posibilidad de error.eficiencia es la capacidad de realizar las mismas o ms acciones en menos tiempo. Siguiendo el mismo ejemplo, una hoja de clculo es ms eficiente que una calculadora electrnica, porque realiza muchas ms operaciones matemticas al mismo tiempo, contrariamente a la calculadora, en la que slo podemos ejecutar una operacin a la vez.

La palabra ecuacin significa igualdad y eso es precisamente lo que hacemos cada vez que las utilizamos: igualamos el trmino de la derecha del signo igual a (=) con el trmino de la izquierda. Por ello, es posible y debemos leerlas o expresarlas en prosa, con la terminologa propia de la materia. Por ejemplo, la Ley de Ohm se lee: La tensin en un circuito es igual a la corriente multiplicada por la resistencia existentes en el mismo (E = IR).

tecnologa, diseo de circuitos elctricos 2

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pondrsenprcticalosconceptosqueyaconoces.Comosabes,laelectricidadcomopartede la Fsicaes terica yprctica, lo cual significaqueprimerocreamosunmodeloquepresenteelproblemaconsurespectivasolucinydes-puscomprobamosenelmundorealquelarespuestaescorrecta.

Durante el curso anterior utilizamos dibujos (segundo grado de abstraccin,Diseo de circuitos elctricos 1, Bloque IV)para representarnuestrosexperimentos.Apartirdeestecurso,utilizaremosslosmbolosconvencionales(tercergradode abstraccin), porque son los que se emplean en el mbito acadmico yprofesional,yconvienequetefamiliaricesconellosdesdeahora.

Adems,utilizaremoselsiguientemtodopararesolverlosproblemasmscomplejos,alquellamaremosMtodo universal para la resolucin de problemas:1. Escribir el objetivo del problemao experimento, el cual debe

responderalapregunta:Quresultadoseesperaobtener?2. Descubrir y redactar la incgnita del problema: Cul es la

incgnita? Qu se est buscando? Qu est solicitando elobjetivodelproblema?

3. Describiragrandespasoselplangeneral:Quvoyahacerparaconseguirelresultadoesperadoydespejarlaincgnita?

4. Siempredibujareldiagramadelcircuito.Enestepunto,esre-comendableutilizarunsoftwaresimuladordecircuitoselctricos;primero,porquees laherramientaqueseutilizaenelmbitoacadmico y laboral; segundo, porque nos ahorra tiempo yesfuerzo que podemos dedicar a comprender los principiostericosdeloqueestamoshaciendo.

5. Finalmente,construimoselcircuitoconherramientas,materialesydispo-sitivosrealeso,bien,hacemosprcticasenlacabina,paracomprobarenelmundoreallaprecisindelateora.

Comencemosconunejemplosobrelacorrienteelctrica:Cmosaber,sinutilizarelmultmetro,culeslacorrienteenuncircuitoquetiene12voltiosdetensinyunaresistenciade6ohmios?1. Qu resultado se espera obtener?Conocerlacorrienteenuncircuitocon

lascaractersticasdescritas.2. Cul es la incgnita? Qu se est buscando? Determinar el factor

corrienteenelcircuitosinusarelmultmetro.3. Pasos a seguir:utilizarlaLeydeOhmparadeterminarlacantidaddeco-

rriente circulante y construir un circuito con una fuente de poder de 12voltiosyunaresistenciade6ohmiosparacomprobarelresultado.

Utiliza elTringuloMgicoparadeterminarquoperacindebesaplicarparacalcularlacantidaddecorrientequecorreporelcircuito.

Elusodemodelosmatemticos(diagramasyecuaciones)esindispensableparaeldiseoylaconstruccindecualquiercircuitoelctrico.


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Lafrmulaes ,queselee:la cantidad de corriente en un circuito es igual a la tensin dividida entre la resistencia. Y formalmente se expresa con el siguiente principio:el flujo de corriente es directamente proporcional a la tensin que se aplica en el circuito e inversamente proporcional a la resistencia que presente en el mismo.

Ahorasimplementesustituimoslasliteralesconlosvaloresdelproblema: .Larespuestaesdosamperios(2A).

4. Dibujar el diagrama del circuito: aunquesencillo,estediagramamuestra la manera correcta de plasmar los componentes delcircuito. Los elementos van numerados y con su respectivovalordebajo:B1significaBatera1ysufuerzaelectromagnticaesde12voltios(12V);observaqueseutilizaelsignodesuma(+) para indicar el punto de partida de la corriente y, por lomismo,sudireccin.Seempleaelpolopositivo,porqueesundiagramageneradoconunsoftwaresimuladoryporelloutilizalaconvencinindustrialenlugardelaacadmica(Diseo de circuitos elctricos 1, Bloque II).Porsuparte,R1serefierealaResistencia1,conunvalorde6ohmios(laresistenciasiempresemideenohmios).Aunqueenesteejemplopuedaparecerinnecesaria,lanumeracinresultadegranutilidadcuandosetieneuncircuitoconmuchoscomponentes.

5. Para construir el circuito de este ejemplo puedes utilizar el circuito universal que fabricaste el curso anterior, as ahorrars valioso tiempo. El dibujomuestraunaposibledistribucindeloscomponentes:pilaenlaparteinferior,seguidaporlaresistenciadeacuerdoconelflujodecorriente;posteriormenteseubicaelmultmetroconfiguradoparamedirmiliam-perios(siannodominaselaparatopideayudaatumaestro)yfinalmenteuncabledecobreamaneradepuenteparacerrarelcircuitoenelltimopardecai-manes. La ubicacin de los componentes puedeserdistinta,siempreycuandorespete laubicacindeloscomponentes,deacuerdoconelflujodeco-rriente,primerolaresistenciaydespuselmultmetro.

B1

12V

6

R1

Multmetro(Amperes)

Fuente

Resistenc

ia

Cab

le pue

nte

para cerrar

el circu

ito

En el mercado existen transformadores de corriente alterna a corriente directa (AC-DC), de precio accesible, con selector de voltaje que va desde 1.5 hasta 12 volts DC. Es recomendable tener uno para realizar los experimentos de corriente directa en lugar de las pilas. Puedes modificarlo para que se adapte a tu circuito universal y a cualquier experimento. Slo corta el extremo del

cable donde se localiza el adaptador y sustityelo por un par de caimanes, une los cables con el amarre ms adecuado. Utiliza un caimn rojo para el cable que transporta la corriente (marcado con una lnea blanca) y un caimn negro para la tierra (el cable completamente negro). De esta manera no tendrs que utilizar varias pilas para obtener diferentes voltajes.


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Actividad 2

Sigueelejemploanteriorparadesarrollarlossiguientesejercicios:

Culeslacorrienteenuncircuitoquetiene:

9voltiosdetensinyunaresistenciade90ohmios?





Consultacontumaestroculesdeestosejerciciospuedesreproducirfsicamente.

Quconcluyesapartirdelosresultadosobtenidos?Tomanotaentucuaderno.

Magnitudes y unidades de medicinComosabes,la unidad de medicin de la corriente (I) es el amperio.Mientraslacorrienteseasuperiora1A,podemosutilizarsinningnproblemalosnme-rosnaturalespararepresentarsumagnitudenuncircuitodado.Perocuandolasmagnitudessonmenoresa1Adebesutilizarunanomenclaturaespecial,quedivi-delaunidadenmilyenunmillndepartes;talesfraccionesrecibenelnombredemiliamperiosymicroamperios,respectivamente.

EnelBloque IIIdeDiseo de circuitos elctricos 1estudiastelatabladeequivalenciasdemedidasuniversales;enellasepresentanlasdivisionesdelaunidado,bien,losvaloresmenoresa1,entrelascualessecuentanladivisinentremilyunmilln:

10n Prefijo Smbolo Escala

corta (EU) Escala larga (Mxico)

Equivalencia decimal

103 mili m Milsimo 0.001 (1/1000)

106 micro Millonsimo 0.000 001 (1/1000,000)

Enestesentido,elflujodecorrienteentre1amperioy1milsimodeamperio(1/1000)semideenmiliamperiosyserepresentaas:mA;lameselsmbolodelprefijo miliylaAdeamperio.

Porsuparte,elflujodecorrienteentreunmilsimo(1/1000)yunmillonsimo(1/1000,000) de amperio semide enmicroamperios y se representa as:A;donderepresentaelprefijomicroyAalamperio.

1 Amperio

1000 miliamperios (mA)

o

1000,000 microamperios (A)


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Eltrabajoconelectricidadimplicalaconversinentrediferentesmagnitudesdecorriente,tensinyresistencia,ascomolarepresentacindecimaldelascanti-dades identificadascon su respectivoprefijo.Parahacerlo,puedesutilizardosmtodos:1. Aplicaroperacionesaritmticasdirectamente.Conelfindeconvertirde la

unidad a sus fraccionesseutilizala divisin.Paraobtenerlosmilissedivideentremilyparalosmicro entreunmilln:

De amperios a miliamperios De amperios a microamperios

Tambinpuedesconvertirmiliamperiosenmicroamperiosdividindolosentre1000:

De miliamperios a microamperios

Paraconvertirde la fraccin a la unidadseutilizalaoperacininversa:lamultiplicacin:

De miliamperios a amperios De microamperios a amperios

35mA x 1000 = 35A

(0.035 x 1000 = 35)

35A x 1000,000 = 35A

(0.000035 x 1000,000 = 35)

De microamperios a miliamperios

35A x 1000,000 = 35mA

(0.000035 x 1000 = 0.035)

2. Comopuedes ver, se tratademltiplosdemil,por lo cual la conversinsepuedesimplificar,desplazandoelpuntodecimaltresposicionesalavez:hacialaderechaparadisminuirlamagnitudyhacialaizquierdaparaincrementarla. Lo importante es ubicar correctamente la posicin del puntodecimal.Cuandoelpuntonoseindicademaneraexplcitaenlacantidad,sedaporhechoqueselocalizaaladerechadelltimodgito;porejemplo,enlacantidad120,elpuntoselocalizaaladerechadelcero(120.);adems,losespaciosenblancoqueresultenalmoverelpuntodecimalsesustituyenconcero.Estudialossiguientesdiagramas.

Mover el punto decimal hacia la derecha para disminuir la magnitud

Unidad Mili (m)

6 posiciones

Micro ()

13 posiciones

1 .0 0 0 .0 0 0.001

3 posiciones0.001 000 001


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Actividad 3

Realizalassiguientesconversiones:

0.4A = ____________ A 200mA =_____________ A 2.15A =____________ A

35000A =__________ A 0.3A =_______________mA 135000A =_________ mA

4900mA =__________A 0.5 =______________mA 0.5 =______________A

Realizalassiguientesconversionesentulibretadetrabajo:

Convertir a Ohmios Convierte a kilo-ohmios Convierte a mega-ohmios

6.2 kilo-ohmios 4.7 mega-ohmios 6.2 mega-ohmios 3.3 kilo-ohmios 9.1 kilo-ohmios 270 mili-ohmios

0.39 mega-ohmios 100,000 ohmios 24,000 ohmios

0.1 mega-ohmios 8.2 mega-ohmios 6,700 ohmios

1,000 kilo -ohmios 120,000 ohmios 92,000 ohmios 68 kilo-ohmios 470,000 ohmios 330 kilo -ohmios

Mover el punto decimal hacia la izquierda para incrementar la magnitud

Unidad Mili (m)

6 posiciones

Micro ()

13 posiciones

10 0 0. 001

3 posiciones0.001 000 001

0 0 0.

Lasiguientetablamuestralasconversionesmsutilizadas.Enlosejemplosapareceexplcitoelpuntodecimalconelfindequecomprendasmejorsudesplazamiento:

Conversin de magnitudes Operacin Resultado

Microamperios a amperiosDesplazar el punto decimal seis posiciones a la izquierda

120.A = 000120A

Microamperios a miliamperiosDesplazar el punto decimal tres posiciones a la izquierda

120.A = .120mA

Miliamperios a microamperiosDesplazar el punto decimal tres posiciones a la derecha

120.mA = 120 000.A

Amperios a MicroamperiosDesplazar el punto decimal seis posiciones a la derecha

120. A = 120 000 000.A

Amperios a miliamperiosDesplazar el punto decimal tres posiciones a la derecha

120. A = 120 000.mA


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la tecnologa en el diseo de circuitos elctricos

En el cursoanterior aprendisteque existendos tipos bsicos de circuitos: enserieyparalelo.Inclusoeldiseodecircuitosmscomplejoestcimentadoenlacombinacindeestosdostiposbsicos.Cuandoloscircuitossencillossecom-binan en circuitosms grandes, al conjuntode resistencias ligadas entre s lollamamosconexin,yseconsideraelementodelcircuitototal.

Tipo Diagrama

Circuito sencillo Consta de una fuente de energa elctrica, una carga y cables conductores.

Cuando el circuito tienen dos o ms resistencias (llamadas tambin cargas), stas se conectan en cierta modalidad que puede ser: serie, paralelo o complejo (combinacin de serie y paralelo).

B1

12V

20R1

Conexin en serieLas resistencias se conectan secuencialmente: la terminal de salida de una se conecta a la entrada de la siguiente, de tal manera que existe slo un camino por el que fluye la corriente. Por ello, cada resistencia depende de la anterior para recibir el suministro de energa elctrica, hasta llegar a la primera, que depende de la fuente.

B1

12V

20R1

15R2

Conexin en paraleloLas terminales de entrada de las resistencias estn conectadas una al lado de la otra, por lo que existe ms de un camino por donde fluye la corriente. Por tal razn, las resistencias son independientes entre s y cada una depende directamente de la fuente para recibir el suministro de energa.

B1

12V20R1

15R2

Circuito complejoEs aquel que combina conexiones en serie y en paralelo dentro del mismo circuito. En los circuitos complejos, ambos tipos de conexiones se comportan exactamente igual que como fueron descritos anteriormente.

B1

12V

20R1

15R2

10R3


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Tensin, Resistencia y Corriente actan siempre en conjunto, porque son partesinseparables de un todo. Si se modifica el valor de un elemento, se modifica elconjuntoentero.

LamagnituddelaTensindependedeladiferenciadepotencialqueexisteentrelosextremosdelcircuito.Enlacorrientealterna,ladiferenciadepotencialestdeterminadaportresfactores:1. Lalongituddelcableinductor,oloqueesigual:lacantidaddeespirales

delabobina(mientrasmsespiralestienelabobina,mayoreslalongituddelcable).

2. Lapotenciadelimn.3. Lavelocidadalaquegiralabobinaalrededordelcampoelectromagntico

delimnoviceversa.

Al incrementar cualquiera de los tres factores, se incrementa la diferencia depotencialyporlotantolafuerzaelectromagntica(FEM).

Lamagnitudde laResistenciadependedelmaterialconqueest fabricadoeldispositivo.Recuerdaque resistencia es todoaquelloque seoponealflujodeelectrones.

LamagnituddelaCorriente dependedelasmagnitudesdelaTensinylaResistenciadentro de un circuito: amayor tensin,mayor corriente; amayor resistencia,menorcorriente.Laexposicincorrectadeesteprincipioeslasiguiente:

Electricidad Laelectricidad,ofenmenoelctrico,estintegradoportresfactoresprimordiales:Corriente(I),Tensin(E)yResistencia(R),queexistenentodocircuito.

Tensin

ResistenciaCorriente

La magnitud de la Corriente es

proporcional a la Tensin que se aplica en

el circuito e inversamente proporcional a

la Resistencia que presenta el mismo.

Laraznporlaqueexistenalrededorde13tiposdiferentesdeenchufesytomasdecorrientedeparedesporquelamayoradelospasesprefieredesarrollarsupropiomodeloenvezdeadoptarelestndaramericano.


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Actividad 4

Construyeloscircuitosquesemuestranacontinuacin.Utilizatucircuitouniversal.

B1

A

9V

25R1

B1

A

9V

25R1

25R2

B1

A

9V

R215 25

R1

10R3

Circuito con una sola resistencia.

Dos resistencias en serie de la misma magnitud o valor.

Tres resistencias, una en serie y dos en paralelo. Las resistencias en paralelo deben sumar la misma magnitud que la primera.

Utilizaelmultmetropararegistrarlacorrienteyanotalasmedicionesentucuaderno.Cuandohayasterminado,

incrementalapotenciadelafuente.Enelejemplo,laprimeraesde9Vypuedesincrementarlaa12V.

Responde las siguientes preguntas:

Qusucedeconlacorrienteencadacaso?

Qusucedecuandoseincrementalaresistenciayseconservalamismatensin?

Pon mucha atencin:Lacorrienteeneltercercircuitoesigualqueenelsegundo?

Enaparienciatienenlamismamagnitudderesistencia:lasegundatienedosresistenciasde25ohmioscadauna,

quesumadasdanuntotalde50;laterceratienetresresistencias:25,15y10ohmios,quesumadasdanuntotal

de50tambin.Perolasmedidassondiferentes.Quesloquevara?

Ladiferenciaeseltipodeconexin,dosresistenciasdeltercercircuitoestnconectadasenparaleloylacorriente

elctricasecomportademaneradiferenteenesetipodeconexiones.

Msadelanteestudiaremoscondetalleestacaractersticafundamentaldeloscircuitos.Porelmomento,debes

tenerpresentequeTensin, Corriente y Resistencia siempre actan en conjunto y el valor de una est relacionado

con los valores de las otras.

Siempredebestenerpresente:

La Corriente (I) se mide en amperios (A)

La Tensin (E) se mide en voltios (V)

La Resistencia (R) se mide en ohmios ()


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MagnetismoSedefinecomolacapacidaddeciertosmaterialesparaejercerfuerzasdeatraccinorepulsinsobreotros.MichaelFaradayfueelprimeroendeducirycomprobarexperimentalmentequeelmagnetismoylaelectricidadsondosaspectosdelmismofenmeno,estoes:elmagnetismoproduceelectricidadylaelectricidadmagnetizaloscuerpos.EsloqueconocemoscomoelPrincipio de los Inversos Equivalentes(elmagnetismoproduceelectricidadylaelectricidadgeneramagnetismo,lomismoaplicaparaelcalor,lapresin,luzyaccinqumica).

La relacin entre electricidad ymagnetismo, elelectromagnetismo, es unodelosefectosmsimportantesdelfenmenoelctrico,entreotrasrazonesporquepermitemodificarlatensinylacorrientedentrodeuncircuitodado,sinimportarlafuerzaelectromotrizinicial.

Antes de explicar sus aplicaciones, debes comprender las bases fsicas de estefenmeno.Existendosprincipiosfundamentalesqueloexplican:

Cuando la corriente corre de izquierda a derecha, las lneas de fuerza del campo electromagntico a su alrededor se mueven en sentido contrario a las manecillas del reloj. Para identificarla se utiliza un crculo con una cruz en su interior.

Cuando la corriente corre de derecha a izquierda, las lneas de fuerza del campo electromagntico a su alrededor se mueven en el mismo sentido que las manecillas del reloj. Para identificarla se utilizan dos crculos concntricos.

Flujo de izquierda a derecha

Desde esta perspectiva, la corriente corre desde el lector hacia el libro.

Flujo de derecha a izquierda

En esta perspectiva, la corriente corre desde el libro hacia el lector.

Conductor

I 1. Cuandolacorrientecirculaporunconductor,siemprecreauncampoelectromagnticoasualrededor.

2. Ladireccindelcampoelectromagnticodependedeladireccindelacorriente.

MichaelFaraday(1791-1867).Fsicoyqumicobritnicoqueestudielelectromagnetismoylaelectroqumica.

Foto:W

ikipedia.


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Dadoqueizquierdayderechasontrminosrelativosquedependendelaposicindelsujeto,existeunareglaparaconocerconexactitudelmovimientodelaslneasdefuerzaelectromagnticasalrededordelconductor.

Laregla de la mano izquierdaestipulaquesistasecolocaalrededordelconductorconeldedopulgarapuntandohacialamismadireccindelaCorriente,elarcoqueformanelrestodelosdedos,delapalmaalapunta, indica ladireccinde las lneasde fuerzaelectromagntica,comosemuestraenlaimagen.

Cuandoelalambreseenrollasobres,formandoespiralesobucles,recibeelnombredebobina,inductorosolenoide,queestudiaremosmsadelante.

Actividad 5

Objetivo: Comprobarlarelacinentremagnetismoycorrienteelctricamedianteunelectroimn.

Materiales:1tornillodehierrodedosotrespulgadas.1metrodealambreocabledecobrecalibre12o14(consultacontumaestro).1fuentedepoderde9voltios(utilizatutransformadorAC-DCdediferentesvoltajes).

Conestosdatos,desarrollaloscincopasosdelMtodo universal para la resolucin de problemasantesdecomenzara

construirelelectroimn.

Para construir el electroimn sigue estos pasos:

1. Consigue un tornillo de hierro con su tuerca. Asegrate de que sea de hierro, porque el electroimn no funcionar con acero.

2. Enrolla el alambre alrededor del cuerpo del tornillo. Puedes hacerlo sin quitar el recubrimiento, pero la fuerza del electroimn ser menor. Lo mejor es pelar el cable por completo y enrollar directamente el cobre en el hierro.

3. Asegrate de que las espiras (vueltas del alambre) estn lo ms unidas y apritalas lo ms posible. Puedes poner dos o tres capas de alambre, todas las que te permita su longitud, slo recuerda que cada nueva capa debe cubrir la misma superficie que las anteriores.

4. Por ltimo, une los extremos del alambre a la fuente de poder y prueba tu electroimn atrayendo objetos metlicos como clips, clavos o tornillos pequeos. Si cuentas con una brjula, acrcale el electroimn y observa los resultados.


ediciones 25

La Ley de OhmComoyatehabrspercatado,laLeydeOhmesindispensableparalacomprensindelfenmenoelctricoypararealizarclculosenaplicacionesprcticas.Esporelloquedebesrepasarlahastacomprenderlaalaperfeccinyaplicarlacorrectamentepararesolvercualquierproblema.RecuerdaquelaLeydeOhmestipula:

La Corriente que fluye en un circuito es

directamente proporcional al Voltaje aplicado

e inversamente proporcional a la Resistencia

existente en el mismo.

El flujo de Corriente en un circuito se

incrementa conforme aumenta el Voltaje

y disminuye conforme aumenta la Resistencia.

LaLeydeOhmseexpresaconsufrmulageneralydosvariantes:

E=IR

La Corriente (I) se obtiene dividiendo la Tensin (E) entre la Resistencia (I) y da como resultado amperios (A)

La Resistencia (R) se calcula dividiendo la Tensin (E) entre la Corriente (I) y da como resultado ohmios ()

La Tensin (E) se obtiene multiplicando la Corriente (I) por la Resistencia (R) y da como resultado voltios (V)

Encasodequesurjandudas,siemprepuedesconsultarelTringuloMgicodelqueconvienequetengasundibujoalamano.

ParaaplicardeformacorrectalaLeydeOhmdebesconsiderarlasmagnitudesyunidadesdemedicindelosvaloresqueseestncalculando.Lasmagnitudesyunidadesyafueronexplicadasenestemismobloque.Veamosunejemplo:debemosencontrarlaTensinenuncircuitoconResistenciade10ohmiosyunaCorrientede300miliamperios(300mA).SialguienutilizaciegamentelaLeydeOhm,sinrazonar el problema, sin seguir elmtodopara resolverlo, lomsprobable esquemultiplique laCorrientepor laResistencia:E= I*R=300*10=3,000V,y larespuestaesincorrectaporunfactorde1000.

Paraevitarestetipodeerrores,sigueestasdosreglas:1. Siemprehacerlosclculosconmagnitudesequivalentes:

Unidades Kilos: Milis: Micros:

Expresadodeotramanera:

Amperios - Voltios - Ohmios kA - kV - k mA - mV - m A - V -


26 ediciones

Actividad 6

ResuelvelossiguientesejerciciosutilizandolaLeydeOhmylasreglasdeconversinde

magnitudes.

1. EnuncircuitoconunasolaResistenciaquerecibe12VytieneunaCorrientede

0.000003A,culeselvalordelaResistencia?

2. CuleselvoltajequeatraviesaunaResistenciade25cuandoporelcircuitofluye

unaCorrientede200mA?

3. SiauncircuitoseaplicaunaTensinde60kVconunasolaResistenciade12M(12

megaohmios),culeselvalordelaCorriente?

Tensin, Resistencia elctrica e intensidad de la Corriente

Circuitos en serie

Recuerdaque loscircuitosenserie sonaquellosen losque la Corriente sigue slo un camino.Paracalcularlamagnituddecadaunodeloselementosdelaelectricidadencualquiercircuito(Tensin,CorrienteyResistencia)seutilizalaLey de Ohm;ahorabien,paraaplicarladeformacorrectaenloscircuitos en seriedebestenerencuentalossiguientesprincipios,alosquellamaremosPrincipios de la Ley de Ohm para circuitos en serie:1. LaCorriente(I)essiemprelamismaencualquierpartedelcircuito(deriva-

cindelaCuartaLeydeMaxwell:LeydeAmpreGeneralizada).Seexpresaconlasiguienteecuacin:It=I1=I2=I3...

2. LaTensin(E)totalaplicadaenelcircuitoesigualalasumadelascadasdevoltajeatravsdetodaslasresistencias(derivacindelaSegundaLeydeKirchhoff).Seexpresaconlaecuacin:Et=E1+E2+E3

3. LaResistencia (R) totaldel circuitoes iguala la sumade las resistenciasindividuales.Seexpresaconlaecuacin:Rt=R1+R2+R3

En ciencia se llama principio a un conocimiento verdadero y comprobado, sobre el cual podemos fundar con toda confianza nuestras investigaciones, experimentos y proyectos. Los principios nos indican el comportamiento preciso de un fenmeno.

Lasmagnitudesdebenseruniformadasaritmticamenteporsuexpresindeci-mal,delacualelprefijoesslosuexpresinverbal,nomatemtica.Paraello,seutilizanlasreglasdeconversinyaestudiadas,queexpresandemaneracorrectalasmagnitudesendecimales.

Siguiendo el ejemplo, para transformarmiliamperios a amperios se recorre elpuntodecimaltresposicionesalaizquierda(sielpuntodecimalnosemuestraexplcitamente,sesobreentiendequeestcolocadodespusdelltimodgitodelacantidad):300mA=.300=0.3A

DeestamanerapodemosaplicardemaneracorrectalaLeydeOhm:E=I*R=0.3*10=3V.Estaeslarespuestacorrecta.

2. Siempre dibujar el circuito antes de hacer los clculos. En el diagramadebemosanotar losvaloresconocidosysealar losquebuscamos.Ver larepresentacingrficadelproblemanosayudaaencontrarlasolucinconmayoreficaciayeficiencia.


ediciones 27

Paraleercorrectamentelasecuacionesslodebesinterpretarelsignificadodelossubndices(lasletrasynmerospequeosqueaparecenaunladodelossmbo-los).AnalicemoslafrmuladelaResistencia:enRtelsubndice(t)significatotalyseleecomolaresistenciatotal;lossubndicesnumricosenR1,R2,R3representancada una de las resistencias existentes en el circuito y se leen Resistencia 1,Resistencia2,Resistencia3;finalmente,lospuntossuspensivossignificanyassucesivamentehastaelltimoelemento.

LamismainterpretacinlaaplicamosparaleerlasecuacionesdelaCorrienteylaTensin.

Veamosahoracmoseaplicanestosprincipiosparaelclculodemagnitudesdeuncircuito,queesunapartefundamentaldesudiseo.

TienesuncircuitoconunaTensinde120voltiosytresresistenciasconectadas en serie:Resistencia1de20ohmios,Resistencia2de10ohmiosyResistencia3de30ohmios.

ConestosdatosdebescalcularlaCorrientetotaldelcircuito(It)yencadaunadelasresistencias;lascadasdevoltaje(queseexplicancondetalleenelsiguientebloque)encadaunadelasresistencias(E1,E2,E3)ylaResistenciatotal(Rt)delcircuito.

Sigueelprocesoqueseanota:

Una manera ms sencilla de estipular la Segunda Ley de Kirchhoff es la siguiente: La suma total de las cadas de voltaje a travs de las resistencias en un circuito cerrado es igual al voltaje total aplicado en el mismo.

B1120V

20R1

30R3

10R2

Corriente Tensin Resistencia

It = ?

I1 = ?

I2 = ?

I3 = ?

Et= 120

E1 = ?

E2 = ?

E3 = ?

Rt= ?

R1 = 20

R2 = 10

R3 = 30

3. Qu debes hacer para conseguir el resultado esperado y despejar las incgnitas?Debesaplicar la Ley de Ohm y los principios que acabas de estudiar. En estesentido,sabesquelaResistenciatotaldelcircuitoesigualalasumadelasResistencias individuales:Rt=R1+R2+R3... Sustituye los smbolospor los

1. Dibujaeldiagramaconlosdatosqueconoces.2. Formulalapreguntabsica:Cul es la incgnita?Quetambinse

puedeexpresarcomo:Qu se est buscando?obien:Qu est solicitando el objetivo del problema?

DebesencontrarlaCorrientetotaldelcircuitoyencadaResistencia,lacadadevoltajeencadaResistenciaylaResistenciatotal.Puedeslistarlasincgnitasparatenermuyclaroloquebuscas:


28 ediciones

El clculo de magnitudes elctricas para el diseo de circuitos elctricos y sus componentes

ConlosdatosquetienespuedesutilizarlaLeydeOhmparaencontrarelvalortotaldelaCorriente,porqueconoceslostotalesdelaTensinylaResistencia.Para encontrar el valor de la Corriente puedes utilizar el Tringulo Mgico:cubre el smbolocorrespondientea laCorriente (I) ynosproporciona la frmula

,sustituyendolosvalorestieneslosiguiente: .LaCorrientetotaldelcircuito(It)esde2amperios(2A).

ComosabesporelPrincipio1delaLeydeOhmparacircuitosenserie,laCorrienteessiemprelamismaencualquierpartedelcircuito(It=I1=I2=I3...),entonceslosvaloresdeI1,I2eI3sontambin2A.Estresueltaotraincgnita,anotalosre-sultadosenlatabla.

DadoqueyaconoceslaCorrientequefluyeatravsdelaResistenciaR1,puedesobtenersucadadevoltajeparticularutilizandotambinlaLeydeOhm:cubreelsmbolocorrespondientealaTensinytieneslafrmulaE=IxR,enestecasoE1= I1 xR1,porquevasaobtener la cadade voltajeenR1.Sustituyendo losvaloressetiene:E1=2Ax20=40V.LacadadevoltajedelaprimeraResistenciaesde40V.

Obtn las cadas deCorriente restantes. La suma total de ellas debe ser120,porquedeacuerdoconlaSegundaLeydeKirchhofflaTensintotalaplicadaenelcircuitoesigualalasumadelascadasdevoltajeatravsdetodaslasresistencias.

Actividad 7

Realizalossiguientesejerciciosconelmtodoanterior.

Calculalacorrientetotalyencadaunadelasresistencias;lascadasdevoltajeen

cadaunadelasresistenciasylaResistenciatotal(Rt)enloscasosquesepresentana

continuacin:

1 Uncircuitoconunatensinde40voltiosycuatroresistenciasconectadasenserie:

R1=100;R2=250;R3=150yR4=300.

2. Uncircuitoconunatensinde120voltiosycuatroresistenciasconectadasenserie:

R1=1000;R2=1800;R3=2000yR4=1200.


R1=1000;R2=1800;R3=2000yR4=1200.


R1=1000;R2=10;R3=2000yR4=800.

valoresdelejercicio:20+10+30=60.LaResistenciatotaldelcircuitoesde60.Yaestresueltaunaincgnita,antalaenlatabla.

El siguiente paso consiste en calcular correctamente lasmagnitudes elctricasinvolucradasenelcircuito.


ediciones 29

Principio de Oersted HansChristianOerstedfueunfsicoyqumicodans.En1813preparabasuclasedeFsicaparalaUniversidaddeCopenhague,dondeeracatedrtico,cuandocolocpormera casualidad una brjula cerca de un cable que conduca electricidady not que las agujas de la brjula se acomodaban perpendicularmente conrespectoalcable.Repitilamismaoperacincondiferentescables,corrientesybrjulashastaestarsegurodesuhallazgo:laexistenciadeuncampomagnticoalrededordetodoconductorporelqueatraviesaunacorrienteelctrica,comoyaloestudiasteenestebloque.

Pocodespus,Andr-MarieAmpre formaliz este importantedescubrimientoentrminosmatemticosycre laLeyque llevasunombre, lamismaque fuecorregidaporJamesClerckMaxwellyqueahoraconocemoscomoCuarta Ley de Maxwell o Ley de Ampre Generalizada(Diseo de circuitos elctricos 1).

Actividad 8

Objetivo:reproducirelexperimentodeOersted.

Creenuncircuitocomoelquesemuestraenlaimagen,elcable

conductordebepasarporencimadelabrjula.Cuandoelcircuitose

cierraylacorrientecomienzaafluir,lasagujasdelabrjulasecolocanen

posicinperpendicularconrespectoalcableconductorquetieneencima.

Elefectoterminacuandosedesconectalacorrienteconelinterruptor,

locualsignificaqueeslacorrienteelctricalaquegeneraestefenmeno

magntico.

Respondanlassiguientespreguntas:Aqusedebeelcomportamiento

delabrjulaenpresenciadecorrienteelctrica?Qurelacintieneel

campomagnticodelaTierraconelexperimento?Sucedelomismo

cuandosecolocaunimnpermanente?Escribanlasconclusionesensulibreta.

SolenoideComo ya mencionamos, cuando el conductor se enrolla sobre sformandoespiralesobucles(llamadasespiras)recibeelnombredebobina oinductor osolenoide,queesdegranimportanciaenlosaparatoselctricosyelectrnicosdebidoalosfenmenosdeautoinduccineinduccinmutua,ambosrelacionadosconlabobinaeimplicanquebajociertascondicionesestedispositivoescapazdealmacenar energa en forma de campo magntico.

Smbolo elctrico del inductor o bobina.

Paracomprenderlaautoinduccinylainduccinmutua,primerosedebeanalizarelcomportamientodelcampomagnticoquecircundaalconductorenpresenciadecorriente,fenmenoqueyacomprobamosexperimentalmente.

Cuandoelcableconductor formaespirasyse leaplicaunacorrienteelctrica,todaslaslneasdefuerzaelectromagnticasasualrededorentranporunladoysalenporelotro,siguiendoladireccindelacorrienteelctrica.


30 ediciones

Esporelloqueelcableactacomounimncuandorecibelacorriente,consuscorrespondientespolosNorteySur,exactamenteigualqueunimnpermanenteyobedecelasmismasleyesdeatraccinyrepulsinque estudiaste en el primer curso. El poloNorte del conductor selocaliza en el lado donde las lneas de fuerza electromagnticaabandonanlaespirayelpoloSurenelextremoopuesto,dondelaslneasdefuerzaingresanalaespira,siempresiguiendoladireccindelacorriente.

Cuandoseincrementalacantidaddeespiras,seincrementantambinlaslneasdefuerzay,porlomismo,lapotenciaelectromagnticadelcable(Tercera Ley de MaxwelloLey de Faraday,Diseo de circuitos elctricos 1).

Estosedebeaqueloscamposindividualesdecadaespirasecombinanentresyformanuncampoelectromagnticomuchomsfuerte,tanto al interior de la espiral como en su exterior.

Sinembargo,supolaridad(laubicacindelospolos)novara;comosemuestraen la ilustracin,elpoloSurse localizaenelextremodondeentra lacorrientey con ella las lneas de fuerza, y el poloNorte en el extremo opuesto, dondecorrienteylneasdefuerzaabandonanlaespiral.

ExistetambinunaLey de la Mano Izquierda para las bobinas.Seutilizaparadeterminarladireccindelcampomagnticoyestipulalosiguiente:

Cuando se coloca la mano izquierda alrededor de la bobina for-mandounarcoconlosdedosenlamismadireccinquelacorrientedelapalmaalapunta,el dedo pulgar apuntar hacia el polo Norte de la bobina,comosemuestraenlaimagen.

Aspues, laautoinduccinesel fenmenoquesepresentacuandolacorrientequecirculaporlabobinageneraotrafuerzaelectromotrizllamada fuerza electromotriz autoinducida o voltaje inducido, en sentidoinversoalflujodelacorrienteinicialoinductora.

Antesdecontinuar,razonaelnombredelfenmeno:autoinduccinesunapalabracompuestapordosraces:autoquesignificaa s mismoeinduccin(dellatninductionis),quesignificaponeralgoenmovimiento,sinnimodeocasionaryproducir.

Enelectricidad,particularmente,lainduccinsedefinecomolaproduccin de una fuerza electromotriz (FEM) en un conductor por influencia de un campo magntico.

ElcursoanteriorestudiasteelfuncionamientoyconstruistelaDnamodeFaraday,donde un disco de cobre accionado por energa mecnica rompe las lneasde fuerzadeun imnpermanente yproduce electricidad.Esa esprecisamenteelectricidadproducidaporinduccinelectromagntica.

Enelcasodelabobina,laenergamecnicanoestpresenteomejordicho,selocalizaunpasoatrs:enelgeneradorquealimentalatomadel laboratorioodecasaa laqueestconectada labobinaydedondeproviene,precisamente, lacorrienteinicialoinductora.

S

N

NS

NS


ediciones 31

Comolabobinaprescindedelaenergame-cnicapara crear unanueva fuerza electro-motriz (en forma de magnetismo), se dicequeseautoinduce;esdecir,quegeneraporsmismalanuevafuerzaelectromotrizquere-cibe el nombre de fuerza electromotriz autoinducida.LaFEMautoinducidaseoponealflujodelacorrienteinductora;esdecir,sudireccinesinversa,loqueocasionaunestadodeequi-librioenelcircuitoy,porlomismo,loselec-tronesacumuladosnosemueven,permanecenenunestadodereposocomofuerzaelectro-

magntica.Cmolosabemos?Porlascaractersticasmagnticasqueadquiereelconductorenestascircunstancias,locualnosllevaalsiguientepunto:Cuntafuerzaelectromotriznuevaseproduce?

Direccin de la FEM autoinducida

Fuerzaelectromotrizautoinducida,en forma demagnetismo

Estado deequilibrio

II

Direccin de la corriente inicial o inductora

A este fenmeno se le conoce tambin como inductancia y se define formalmente como la oposicin de un elemento conductor (bobina) a cambios en la corriente que circula a travs de ella. O, bien, como la relacin que hay entre el flujo magntico (b) y la corriente, y que fluye a travs de una bobina.El valor de la inductancia est determinado por las caractersticas de la bobina y por la permeabilidad magntica () del medio en el que se localiza; su unidad de medida es el henrio y se representa por la letra ele mayscula (L). Matemticamente se define por la frmula:

que se lee: la inductancia de una bobina es igual al flujo del campo magntico dividido entre la corriente que fluye por el circuito. Sin embargo, los clculos de la inductancia son un tema avanzado de electricidad que no abordaremos en este curso.

LamagnituddelaFEMinducidadependedetresfactores:1. La cantidad de espiras: entre ms espiras, ms

lneasde fuerza ymspotencia electromagntica.Dichodemaneraapropiada: la cantidad de espiras es proporcional a la potencia electromagntica.(Tercera Ley de Maxwell, Ley de Faraday).

2. La intensidad de la corriente inicial o inductora:entremayor sea el amperaje inicial,mayor ser lafuerza electromagntica autoinducida. (Cuarta Ley de Maxwell, Ley de Ampre generalizada).

3. El ncleo de la bobina(Primera Ley de Maxwell, Ley de Gauss);consultaelcomplemento.

Ncleos magnticosElncleomagnticodeuninductor(bobina)eslaparteinternadelasespiras,dondeseconcentragranpartedelflujoelectromagnticoinducido.Cuandoesteespacionoesocupadoporuncuerpofsico,sedicequeelncleoesde aire. Para incrementar la densidad o concentracindel flujo electromagntico en la bobina se inserta, porlogeneral,unncleode acero elctricoentrelasespiras.

Aestefenmenoseleconocecomoreluctancia,quesesimbolizaconunaerremayscula(R)ysedefinecomolaresistenciaqueoponenlosmaterialesalpasodeunflujomagntico inducido. El acero elctrico presenta pocareluctanciayesopermitequelaconcentracindelflujomagnticoseasuperiorencomparacinconelncleodeaire(consultaelcomplemento).

Bobinaconncleodeaceroelctrico

Bobinaconncleodeaire


32 ediciones

El acero elctrico es una aleacin de hierro con silicio; se fabrica especialmente para facilitar el flujo de fuerzas electromagnticas.

Nopodemosdecirqueunncleomagnticoesmejorqueotro,simplementetienencaractersticasdiferentesydependiendodelefectoquesebuscaseutilizaunouotro. En los generadores elctricos (Diseo de circuitos elctricos 1), por ejemplo,se requiereun enormeflujomagntico inducidoparaponer enmovimiento elrotor. Por ello, el ncleodeacero sedobla en formadeherradura y sedivideunamismabobinaentre losdosextremosde laherradura.Deestamanera, lafuerzaelectromagnticacorreatravsdetodoelncleoysetransformaenunpoderosoelectroimn,consusrespectivospolosNorteySurenlosextremosdelaherradura,queimprimemovimientoalrotorygeneragrandescantidadesdeelectricidad.

ComprobasteestefenmenoenlaActividad 6deestebloque,conlaconstruccindeunelectroimn.

TransformadoresEsundispositivoelctricoque transforma o modifica el voltaje inicialaotromenoromayor,peroconservandolamismafrecuencia,medidaenHertz(eltemadelafrecuenciaenlacorrientealternaloestudiasteenDiseo de circuitos elctricos 1, Bloque III).

Cuandosecolocandos bobinas enparalelo,unidasporun mismo ncleodematerialferroso(comoelhierrooelaceroelctrico),sepresentaunfenmenofsicoconocidocomo acoplamiento magntico o induccin mutua,queprovocaunadiferencia de potencial(Diseo de circuitos elctricos 1).Veamoscmofunciona.1. Laprimerabobina,llamadabobina primaria,recibelacorrienteinductora,

loqueproducecomoyaestudiasteycomprobasteelefectodeautoinduccinygeneraunafuerza electromotriz autoinducida.

2. Lafuerzaelectromotrizinducida,enformadelneasdefuerzaelectromag-ntica,setransmitealasegundabobina,llamadabobina secundaria.

3. Se creaasunanueva fuerza electromotriz,producidapor elacoplamientodelasdosbobinas,quecombinaneintercambianlneasdefuerzaelectro-magntica;esdecir,seinducen mutuamente.

4. Elresultadoesunatransformacindevoltaje(conservandolamismafre-cuencia),quepuedesersuperioroinferioralvoltajeinicial,dependiendodelaconfiguracindelasbobinasprimariaysecundaria.

Alaplicarcorriente,elncleoseconvierteenunelectroimnquehacefuncionarelgenerador.

Elncleoenformadeherradurayunabobinadivididaentrelosdosextremos.

Este es el smbolo del transfor-mador. Advierte que representa dos bobinas y un ncleo (las lneas verticales) entre ellas, que son todos los componentes de este dispositivo.


ediciones 33

Analicemoslacomposicinyfuncionamientodelostransformadorespasoapaso:

1. El ncleo del transformador est compuesto por varias lminas concntricas hechas de material ferroso y separadas entre s por un material aislante, con el fin de disminuir la reluctancia; es decir, para permitir mayor flujo magntico inducido.

Nucleo de hierro formado por lminas

Aislante entrelas lminas

2. En los extremos laterales del ncleo se localizan las bobinas, aisladas elctricamente (sin tocarse). La bobina Primaria se abrevia con una P y la Secundaria con una S. La cantidad de espiras de la primaria se identifica como Np y la de la secundaria como Ns. De la misma manera, la tensin de la bobina primaria se abrevia como Ep y la de la secundaria como Es.

Ns

Np

P

S

3. Cuando la corriente inicial llega a la bobina primaria, se genera el efecto de autoinduccin.

EsEp

Fuentede poder(AC)

4. La fuerza electromagntica inducida en la bobina primaria induce, a su vez, una nueva fuerza electromagntica en la secundaria y crea, como consecuencia, una diferencia de potencial (voltaje) que puede ser mayor o menor al inicial, y es precisamente el voltaje de salida: Es. Es

EpFuentede poder(AC)


34 ediciones

Existendostiposdetransformadores:deincrementoydereduccin.En los primeros, el voltaje de salida (Es) es superior al voltaje deentrada(Ep);enlossegundosocurreexactamentelocontrario.

Paracomprenderelfuncionamientodeambos,debemosconsiderarqueelvoltajeinducidoenlabobinasecundariaqueeselvoltajedesalidadeltransformadorestdeterminadoporlaproporcinentrelacantidaddeespirasenambasbobinas:NpyNs.

Paraencontrarestaproporcinseutilizalasiguienteecuacin:

Queselee:

La proporcin entre la tensin secundaria (de salida) y la tensin primaria (de entrada) es equivalente a la proporcin entre la cantidad de espiras en la bobina secundaria y la cantidad de espiras de la bobina primaria.

Elconceptoquedamuyclarocuandoutilizamoscantidades.Supon-gamos que tenemos un transformador con una bobina primariade600espirasyunasecundariade300,alqueseaplicaunvoltajeinicialde120V,perodesconocemosel voltajede salida,asque loidentificamosconunax.

Enlafrmulasustituimoslosvaloresconocidosparaencontrarlosdesconocidos:

Encontramosasqueelvoltajedesalida(Es)esde60 voltios.Entonces,tenemosuntransformadordereduccin,dondeelvoltajedesalida(Es)esinferioraldeentrada(Ep).

120V

Ep= 120V Np=600 Es= ? Ns=300

La proporcin es un concepto matemtico (su nombre correcto es razn geomtrica); se utiliza para determinar cuntas veces una cantidad contiene en s otra inferior, o cuntas veces una cantidad inferior est contenida en una superior. La proporcin o razn geomtrica se expresa con las dos cantidades separadas por dos puntos: 18:6 y se lee 18 a 6. Para conocer la proporcin se utiliza la divisin, con la primera cantidad como numerador y la segunda como denominador: 18/6=3. La proporcin de este ejemplo es 3 y para que el resultado tenga sentido se iguala con la unidad (1), de manera que la resultante se lee como 3 a 1. En el ejemplo, la lectura completa sera: 18 es a 6 como 3 es a 1; es decir, 18 contiene 3 veces a 6: 18=6+6+6, o bien 6 est contenido 3 veces en 18: 6*3=18.


ediciones 35

Ahorapodemossintetizarelcomportamientodelostransformadores.LlamaremosKalaproporcindelatransformacin.

Transformadores de incremento Transformadores de reduccin

Es

Ep

Ns

Np

Es

Ep

Ns

Np

1. La cantidad de espiras en la bobina secundaria es superior a la cantidad de espiras en la bobina primaria:

Ns > Np.

2. La tensin de salida es superior a la de entrada; entonces, la proporcin de transformacin es mayor que 1:

Es > Ep K>1

1. La cantidad de espiras en la bobina primaria es superior a la cantidad de espiras en la bobina secundaria:

Np > Ns.

2. La tensin de entrada es superior a la de salida; entonces, la proporcin de transformacin es menor que 1:

Ep > Es K

losinstrumentosdemedicin:elmultmetro

EnDiseo de circuitos elctricos1estudiastelaspartesfun-damentalesdelmultmetro.Ahoraaprenderslamaneracorrectadeconectarloenuncircuito.

Elmultmetro seutilizaparaobtenermediciones sobrelos tres elementos fundamentales de la electricidad:Tensin,Corriente yResistencia. En cada caso debesseleccionar la funcin correspondiente en el aparato,comoyalosabes;ydebesmemorizarla:

La Tensin se mide en voltios (V)La Corriente se mide en amperios (A)La Resistencia se mide en ohmios ()

Sicontamosconunmultmetrodeseleccinmanual,de-bemoscomenzarconlosvaloresmsaltoseirlosdisminu-yendohastaobtener lamedicincorrecta;sicontamosconunoderangoautomtico,elaparatorealizaporssololaseleccin.Slorecuerdalasimbologa:

Display

Interruptor

Ampermetrode continua

Ampermetrode alterna

hmetro

Selector

Voltmetrode continua

Voltmetrode alterna

TerminalVoltios/ohmios

Terminalcomn

Terminal ampermetro

V~ V- - - A~ A- - -

Voltios en corriente alterna

Voltios en corriente directa

Amperios en corriente alterna

Amperios en corriente directa

Ohmios

medicindeTensin

CuandosemidelaTensin,elcircuitodebeestarcerrado;esdecir,conlaCorrientecirculando.Elmultmetroseconectaen paraleloconrespectoaldispositivoquese estmidiendo. Siquieres encontrar laTensin totaldel circuito, conecta elmultmetroenparalelocomounelementomsdelmismo.

CuandomidesCorrientedirecta, elmultmetrodebeacoplarsea lapolaridad:el borne rojo debe ir conectado al polo positivo (donde entra la corriente aldispositivo)yelbornenegroalnegativo(dondesalelacorrientedeldispositivo).

R2

V

Vcc

R1

1

Recuerda que los smbolos de los polos son arbitrarios. En el mbito acadmico se considera que la corriente fluye del polo negativo al positivo, mientras que la norma industrial considera lo contrario: del positivo al negativo. Por esa razn, cuando realices mediciones en aparatos reales, debes seguir la norma industrial.


ediciones 37

medicindecorriente

ParamedirCorriente, conecta elmultmetroen serie con la rama donde quieres realizar la medicin.Esnecesarioabrirelcircuitoeintegrarelmultmetrocomounelementomsenserie.

Muy importante:siconectaselmultmetroenparaleloparamedircorriente(enmodalidaddeamperios),sufusibleinternosedestruiryelaparatodejardefuncionar.

Como en el caso de los voltios, los amperios enCorriente directatambintienenpolaridad,porloqueesindispensableseguirlanormaindustrialyconectarelbornerojoalpolopositivo.

medicinderesistencia

ParamedirlaResistencia,colocalosbornesdelmultmetroenlasterminalesdelaresistenciafuera del circuito.Porloregular,resultaabsurdodesmontarlapieza,tomar lamediciny luegovolveramontarla;unaposiblesolucinestomar lamedicindeunapiezaidntica.

Comopuedes apreciar, lamedicinde laCorriente y laResistencia presentanvarios inconvenientes fsicos: romperel circuito,desmontarpiezasoencontrarpiezasidnticas.Enestoscasosesdondeseaprecialautilidadeimportanciadelasfrmulasqueyaestudiasteyotrasqueestudiarsmsadelante:laLeydeOhm,lasLeyesdeKirchhoff,lasLeyesdeMaxwell;laaplicacindefrmulasyprincipiosfsicos permiten obtener mediciones exactas sin necesidad de interactuar deformadirectaconlosmateriales.

R2

A

Vcc

R1

1

R

Actividad 11

Hoylosmultmetrostienenmuchasms

funcionesademsdelasbsicas;unadeellas,

degranimportanciaparalaelectricidad,esla

continuidad.InvestigaenInternetenquconsiste

lacontinuidadenuncircuitoycmoseprueba

conayudadelmultmetro.

Actividad 12

UtilizaelmultmetropararealizarmedicionesdeTensin,CorrienteyResistenciaenel

laboratorio.Consultacontumaestroparadeterminarlosdispositivosmsconvenientes

parasermedidosenunambienteseguro.


38 ediciones

1.2 Relacin de la tecnologa con las ciencias naturales y sociales: la resignificacin y el uso de los conocimientos



A. Expliquen qu son los siguientes dispositivos:

Bulbo Transistor Microprocesador

Elconocimiento es un sistema integral, loquesignificaquetodoslossaberesestnvinculadosdeunaformauotra,yeldesarrollodeciertareadelconoci-mientocientficoproduceunimpactoenlasdems,dndolesunnuevosignificado(resignificacin).Esdegranimportanciacomprenderquelascreacionestcnicasnoslodesarrollanlaindustriaylaproduccindemercancas,tambinsirvendeapoyoparaelperfeccionamientoyprogresodelacienciaquelesdasoporteterico.Esporelloqueelcontextosocialinfluyedemuchasmanerassobrelatecnologa,yaquecadapocahistricatieneunaseriedenecesidadescaractersticasquesonsatisfechasporlascreacionestecnolgicas.

Porsuparte,lascienciasnaturalesaprovechaneldesarrollodelatecnologapararesolverlosproblemaspropiosdesuespecialidadoparaofrecersolucionesmseficientesyeficacesaproblemasantiguos.

El desarrollo de artefactos e instrumentos elctricos para la investigacin cientfica

Dadoque el finltimode la tecnologa y sus creacionesprcticases incrementarhastael lmitede loposible laspotencialidadesdelserhumanofuerza, capacidaddemovimiento ypercepcinde larealidadatravsdelossentidos,inclusosufacultaddeabstraccinnumrica resulta obvio que la ciencia es la principal fuente decontribucinparasuprogreso.

Enlaactualidad,lapuntadeldesarrollotecnolgicoestenfocadaen la informtica, el perfeccionamiento y la aplicacin de lascomputadorasatodaslasactividadeshumanas.Comosabes,lascomputado-ras contienenunmicroprocesadorqueutiliza la energa elctricapara realizartareascomplejasqueimplicanlainteraccinlgicaconelusuario.Sinembargo,seaunclculoexactooprobabilstico,lautilidaddelascomputadorasresideensufuerzabrutapararealizaroperaciones,perohastalafechanosoncapacesdetomarunadecisinlgicaquevayamsalldeunsounno.


ediciones 39

Actividad 13

Renanseengruposdecuatropersonasyanalicenelsiguientemapamental;despus,expliquenporescritolarelacinqueexiste

entrelosdiferentesinventosquesemuestran.

La lmpara incandescenteElprincipiode la lmpara incandescente (foco comn) consiste enhacerfluircorrienteelctricaatravsdeunsemiconductor;esdecir,unmaterialqueoponepocaresistencia.Elflujolentodeelectronestiendeaincrementarlatemperaturadelsemiconductorycomoconsecuenciaemiteluzycalor.

ElprimeroendesarrollartaldispositivofueelfsicoyqumicoinglsJosephWilsonSwan; sebasen lasLeyesdeMaxwell y, en1860, realizvariosexperimentosaplicandounacorrienteelctricaaunfilamentodepapelcarbonizadodentrodeunabombillaa laque intentsacartodoelaireposible.Sustrabajostuvieron

JosephWilsonSwan(1828-1914).Fsicoyqumicoingls,famosoporlainvencindelalmparaincandescente.

Medios de comunicacinelectrnicos Radio 1920Televisin1937

AntonioMeucci1860

SamuelMorse1838

GuillermoMarconi1901

Telgrafoinalmbrico

Transistor 1947

Circuito integrado 1949 Microchip1971

Computadora personal1977

BulboAlexander LeeDe Forest1903

Telfono

ElectricidadNikola Tesla.Desarroll la teora y puso en prctica la generacin y distribucin de electricidad mediante la corriente alterna, que es la manera como sesigue haciendo hoy.

Desarrollo de los mediosde comunicacin actuales

Telgrafo

INTERNET

Foto:W

ikipedia.


40 ediciones

fallastcnicasdeorigen:faltadeunmedioadecuadoparacrearvacodentrodelabombilla,carenciadeunafuenteelctricaadecuadaydelfilamento correcto; slo consigui construir bombillas de escasaduracinypocacapacidaddeiluminacin.

ThomasAlvaEdisonretomelexperimentodeSwanyloreprodujocon mejores condiciones tcnicas, gracias al dinero de losinversionistasJ.P.MorganylafamiliaVanderbilt,quehastalafechamanejanempresasfinancierasenNuevaYork,EstadosUnidos.Conesos recursos econmicos mont un laboratorio (la Compaade Luz Elctrica Edison) y contrat ingenieros que realizaran lasinvestigaciones necesarias. Para 1880, su equipo de trabajo yahabaencontradolamaneradecrearvacototalenlasbombillasydescubrieronqueelbambcarbonizadoeraunbuensemiconductorparaelpropsitoquebuscaban.

Despus de dos aos de litigios y guerra comercial con las empresas gaserasencargadasde la iluminacinpblica, laempresadeEdisoncoloc laprimerareddesuministroelctricopblicoenManhattan,NuevaYork,enseptiembrede1882.

La medicin de la salinidad por la conductividad elctrica del suelo o el aguaLacomposicindelossuelosincluyedemaneranaturalcloruro de sodio (NaCl), conocido como sal. Cuandoen una regin se presentan sequas (aumento de caloryescasezdeagua),el suelotiendeaacumularNaClenlasuperficie,queresultaperjudicialpara laagricultura,porquelatierradisminuyesucapacidaddecosecha.

Elprocesocompletoparadeterminarlasalinidaddelossuelosescapaalosobjetivosdeestecurso,loimportantees comprenderque la electricidad seutilizaparadeter-minar lasalinidaddelossuelos(lacantidaddesalquecontienen),porunsencillofenmenodeconductividad:lasalporssola(NaCl)noesunconductordeelectricidad;elaguapura(H2O)tampocoloes,peroalcombinarseyformaraguasalada(NaCl+H2O)segeneraunprocesoqumicollamadoionizacinqueproduceiones(partculasneutrasqueporaccinqumicasecarganelctricamente).

Enlaionizacin,unodeloselementoscombinadoscedeelectronesalotro(Diseo de circuitos elctricos 1);enelcasodelaguasalada,elNaClseseparaendosiones:elcatin sodioyelanin cloruro.Elanintienecargaelctricanegativayelcatincargaelctricapositiva.

Aligualqueenunapila,losanionessonatradosporelnodoyloscationesporelctodo,locualpermitecrearuncircuitopordondefluyacorrienteydeterminardeestamaneracuntasalsenecesitaparaqueexistaciertovoltaje.

I I

Filamento

Bombillaal vaco

El funcionamiento del foco es muy sencillo: la corriente llega a travs del conductor a una bombilla de cristal al vaco (sin aire dentro) que contiene un filamento. La corriente circula por el filamento y provoca que ste aumente su temperatura, con lo que se genera luz y calor.

Conlaelectricidadsepuededeterminarlasalinidaddelossuelosporunsencillofenmenodeconductividad.


ediciones 41

Actividad 14

Objetivo:Comprobarelfenmeno

delaionizacinylaconduccindel

aguasalada.

Enequiporealicenlaactividad

yalfinalpresentenunreporte

consusobservaciones.Empleen

sucircuitouniversalparacrearuno

comoeldelaimagen.Utilicenuna

pilade9Vomenoryunfocoque

soporteelvoltajedelapila.Lo

importanteenestecasoeselvaso

conagua(quedebeserdestiladaolo

mspuraposible).Introduzcanlos

cablesenelvaso,comosemuestra

enlaimagen,ysiganesteprocedimiento:

1. Alprincipioelvasodebecontenersloelaguadestilada.Viertanaproximadamente150

mililitros.

2. Aadansalporcucharadas,unaalavezyllevenlacuenta.

3. Cuandoenciendaelfoco,dejendeaadirsal.

Conesteexperimentohancomprobadoqueelaguasaladaesunconductor.

Ahoracoloquenenunpapellamismacantidaddecucharadasdesalqueutilizaron

enelexperimentoymidansupeso.Supongamosarbitrariamentequeutilizaron50

gramosdesalen150mililitrosdeaguaparaencenderunfocode3V.Apartirdetales

datosdeterminamosqueserequieren333gramosdesalporlitrodeaguaparapermitir

elpasodeunacorrientequegenera3V.

Eseeselprincipio de la medicin de la salinidad del suelo por conductividad

elctrica:determinarcuntasalserequiereparapermitirelpasodeciertacorriente

elctrica.Porsupuesto,losaparatosymtodosqueutilizanlosingenierosdesuelosson

mscomplejosquenuestroexperimento,peroelprincipioeselmismo.

Vaso con agua destilada

loscircuitoselctricosylaelectrnicacomocomponentesfundamentalesdelosaparatoselectrodomsticoseindustriales

Elcircuitoelctricoensnogeneraningntrabajo,slotransportalaenergadeunpuntoaotro.Paraobtenerprovechodelaelectricidadesnecesariocontrolarla,regularlaydirigirla.Deestamanera,podemosutilizarmquinasquetransformanlaenergaelctricaenotrotipodeenergapararealizarunatareaprctica.

Comoaprendisteenelprimercurso,losdispositivosqueutilizanelectricidadparasufuncionamientosedividenentresgrupos:


42 ediciones

Elctricos Electromecnicos Digitales

Transforman la electricidad en otro tipo de energa, principalmente lumnica y calorfica.

Utilizan un motor elctrico para realizar cierto trabajo (convierten energa elctrica en mecnica).

Contienen un microprocesador que utiliza la energa elctrica para realizar tareas complejas que implican la interaccin lgica con el usuario.

La sociedad entera funciona gracias a estos dispositivos.

eldesarrollodebulbos,transistoresycircuitosintegrados

Comoyaviste,lacienciaylatecnologasedesarrollanapartirdeconocimientosprevios, que han sido comprobados con la experimentacin. En este sentido,algunoshistoriadoresconsideranque laelectrnicanacicon lavlvula Fleming (inventadapor JohnAmbroseFleming) yotros conel triododeAlexanderLeeDeForest.Ambos inventosdatandeprincipiosdelsigloxxseparadosporunpardeaosytambinestnbasadosenunefectosecundariodelabombillaincandescente,conocidocomoEfecto Edisonoefecto de emisin termoinica;esdecir,ionesformadosporefectodelcalor

Dichoefectosepresentacuandolalmparaincandescente(foco)sepolarizaalagregarleunelectrodoplanoenformadeplaca,quehacelasfuncionesdenodo,yelfilamentoactacomoctodo.

Cuandoelfilamentosecalienta,seproduceunaagitacindelosto-mos que lo forman y los electrones en las rbitas de valencia sonaceleradoshastaalcanzarsuvelocidaddeescape(Diseo de circuitos elctricos 1);seformaasunanubedeelectronesporencimadelfila-mento(llamadanube termoinica)queesatradaporlaplacadebidoaqueestcargadapositivamente.Estogeneraunacorrienteelctricaquecirculaporlavlvula,entreelfilamentoylaplacaobien,elctodoyelnodo.

Alresultadoselellamaoficialmentevlvula termoinicayseconocecomnmentecomobulbo;seutilizaparaamplificar,conmutaromodificar una seal elctricamedianteelcontroldelmovimientodeloselectronesensuinterioralvacoomedianteel usode gases especialmente seleccionados. El bulbo fue la base tecnolgicaparadesarrollar la radiodifusin, la televisin, los sistemasdeaudio, las redestelefnicasyfinalmentelascomputadorasanalgicasydigitales.

Elbulbodioorigentambinaldiodoque,comosabes,esuncomponenteelec-trnico que permite la circulacin de la corriente en un sentido, transformacorrientealternaendirectaydirigeelflujoelctricoaunpuntoespecficodentrodecircuitoscomplejos.

Apartirdelbulboomejordicho,delefectodeemisin termoinicasede-sarrolleltransistor,dispositivoquerealizalamismafuncinqueelbulboyeldiodojuntos:funcionacomoamplificador,oscilador,conmutadoryrectificadordelassealeselctricas(diodo).

Ampollade vidrio

Placa(nodo)

Filamento(ctodo)

La palabra transistor proviene de dos palabras inglesas: transfer (transmisin) y resistor (resistencia): transfiere corriente de un punto a otro y sirve como resistencia por sus cualidades de semiconductor.


ediciones 43

Lautilidaddeltransistorresideensucapacidadparautilizarunapequeasealelctricaaplicadaaunpardesus terminales,paracontrolarunasealmuchomayor en otro par de sus terminales; esta propiedad se llama ganancia, y espor ello que funciona como un amplificador de la seal original. Adems, eltransistor corta o permite el flujo de la corriente; es decir, funciona comouninterruptor,accionadoporlaintensidaddelacorrientequefluyeatravsdel.

Eltransistorreproduceelefectodeemisintermoinica,perosediferenciadelosbulbosporquenoproducetantocaloryespequeo.

Loscircuitos integradosconstandegrandescantidades(millones)detransistoresquecompartentareasdentrodelcircuitoelectrnico.Deacuerdoconlaconfiguracindelcircuito,unmismotransistorfuncionacomoamplificador,oscilador,diodooconmutador,poresosontaneficientesypuedenrealizarunagrancantidaddeoperacionesporsegundo.

los circuitos elctricos y las telecomunicaciones para el registro, procesamiento y transmisin de la informacin

Delbulboalcircuitointegrado,latecnologaelectrnicarealizgrandesavancesenpocotiempo.Elmayorlogrodeestosavancesfue,sinduda,laincorporacindelaramadelamatemticallamadalgebra booleanaalfuncionamientodeloscircuitosintegrados.Estohizoposibleeldesarrollodelosdispositivosdigitalesmquinasinteligentesqueofrecendiferentesrespuestasadiversassolicitudesdelusuario, como la computadora, los telfonos inteligentes, los reproductoresdemsica, los dispositivos de ubicacin geogrfica y dems. Actualmente, lamicroelectrnica permite crear circuitos integradosmuy pequeos y eficientesquerecibenelnombredemicroprocesadores.

LosmicroprocesadoresestnrevolucionandolastelecomunicacionescomoelclarocasodeInternet,ascomoelregistroyelprocesamientodelainformacin,atalgradoqueanuestrapocaseleconocecomolaEra de la informacin,yconjustificadarazn,porquehoyendaprcticamentetodaslasinstitucionespblicasy privadas, administrativas y de investigacin, dependen de las computadorasparapoderfuncionar.

El lgebra booleana es un sistema matemtico inventado por el ingls George Boole a mediados del siglo xix. El sistema permite expresar, manipular y simplificar problemas lgicos y filosficos por procedimientos matemticos, cuyos argumentos admiten dos estados: verdadero o falso. Este sistema es la principal herramienta que se usa hasta la fecha para el diseo de programas de cmputo y microprocesadores.

GeorgeBoole(1815-1864).MatemticoyfilsofobritnicoinventordellgebraBooleana.

Foto:W

ikipedia.


44 ediciones

1.3 La resignificacin y el uso de los conocimientos para la resolucin de problemas y el trabajo por proyectos en los procesos productivos



A. Qu entienden por energas verdes?

B. Qu tienen en comn la bombilla elctrica, el bulbo, el transistor, el circuito

integrado y el microprocesador?

C. Saben qu es un diorama?

Losconocimientospreviosadquierenunnuevosignificado,setransformanyseaplicanpararesolvernuevosproblemassociales,comoseexplicenelapartadoanterior:delabombillaelctricasurgeelbulbo,delbulboeltransistor,deltransistorelcircuitointegradoy,alfin,elmicroprocesador.Todosestosdispositivostienenalgoencomn:transforman la energa elctrica para realizar un trabajo;porello,todosrespondenalasmismasleyesquehasestudiadoyotrasqueestudiarsmsadelante.

Bombillaelctrica

Bulbo TransistorCircuitointegrado

Microprocesador

losconocimientostcnicosycientficosparamejorarlasinstalacionesyloscomponenteselctricos

Enlaactualidad,elretoalquenosenfrentamoseslaconstruccindedispositivoscadavezmseficientesqueconsumanmenosenergaelctricayquelagene-racindestasearespetuosadelmedioambiente.La energa verdecomo se le llama a las fuentes

energticasnocontaminantesylananotecnologason lapuntade lanzapara la creacindenuevosdispositivoselctricos,electrnicosydigitales.Enelfuturocercanoveremoscadavezmsaparatosquedesafanlaimaginacinhumana.


ediciones 45

eltrabajoporproyectosparaeldiseodecircuitoselctricos

El objetivo prctico de este curso consiste en comprender el funcionamientodeloscircuitosenserie,paralelosycomplejos,ascomoaprenderadisearloscorrectamente.Paraello,vasaaplicartusconocimientoselaborandountrabajoa escala, que te permitir tener una visin panormica de la distribucin yaplicacindelaenergaelctricaenlasociedad.

Elproyectofinalsergrupal,porloquedebesformartuequipodetrabajodesdeestebloqueyconservarlohastaelfinaldelcurso.

Elproyectoquedesarrollarnserlaconstruccindeundioramaquerepresentelaalimentacinelctricadeunacalleconsieteedificaciones,dosacerasconseispostesdealumbradopblicoy,comocomplemento,automvilesyautobuses.

Puedes seleccionarel tipodeedificacionesque tendr tucalle,peronodebenexceder de siete; la cantidad de vehculos complementarios es libre, la nicalimitacinesquenocongestioneneldiorama.

EnestaprimeraetapadebesobtenerloselementosdeldioramaenlaestacinwebdeEditorialECA(http://edicioneseca.com).Seleccionalostiposdeedificiosyeltransportequeaparecerentutrabajofinal.Obsrvalos,analzalosycomprendelamaneraenquesearman,peroannolosimprimas;puedesguardarunacopiaelectrnicaenunlugarseguro.

El diorama es una representacin en tres dimensiones (alto, ancho y profundidad) de una figura cualquiera.


46 ediciones

retroalimentacin

Verticales

6. Sedefinecomolacapacidaddeciertosmaterialespa

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Electricidad 2 B1 AGS 07