curso de electricidad 1

Estructura Atómica

Atomos: protones, electrones y neutrones

La corriente eléctrica es el pasode electrones por un conductor.Dichos electrones están en todaslas cosas pero arraigados a la es-tructura de un átomo constituyen-te de un elemento químico.

Para aclarar el tema, digamos quetodos los cuerpos están formadospor elementos químicos (el agua,por ejemplo, está formada por loselementos químicos hidrógeno y oxí-geno), y que un átomo es la partemás pequeña a la que puede ser re-ducido un elemento químico.

Constitución del átomo: protones, electrones y neutrones

Si se pudiera dividir el átomode un elemento, tendríamos pe-queñísimas partículas que son lasque dan a los átomos sus particu-lares características. Debemos sa-ber que un átomo de un elementose diferencia de un átomo de otroelemento en el número de ciertaspartículas subatómicas que tienecada uno de ellos, y éstos son loselectrones. En el centro del átomoestá el núcleo, que tiene dos cla-ses de partículas: los protones ylos neutrones; alrededor del nú-cleo giran los electrones en órbi-

tas electrónicas, así como ocurrecon los planetas que giran en tor-no al sol.

Una característica importantísi-ma de los protones y neutrones esque tienen carga eléctrica, valedecir: tienen una energía intrínse-ca y natural, puesta de manifiestopor las fuerzas que pueden ejercersobre otras partículas del mismotipo y que originan fenómenos deatracción y repulsión entre partí-culas cargadas eléctricamente. Seha constatado que dos electroneso dos protones se repelen entresí; es indudable que las dos partí-culas tienen cargas eléctricas dedistinto signo: se las denominócarga eléctrica positiva (+) al pro-

LECCION 1

1

TEORIA: LECCION Nº 1

¿Qué es la Electricidad yqué la Electrónica?

Con esta lección damos comienzo a este Curso de Electrónica(parte teórica) a distancia, con atención personalizada, que per-sigue formar al estudiante en los conceptos básicos y medios deesta disciplina, con el objeto de que pueda graduarse como Téc-nico Reparador de Equipos Electrónicos. A continuación damosalgunos conceptos fundamentales que es preciso conocer paraencarar el estudio con mayor simplicidad.

Por Horacio D. Vallejo

tón y, al electrón, carga eléc-trica negativa (-). Sin embargo,los neutrones del núcleo sonpartículas que tienen igualcantidad de carga positiva quede negativa; por lo tanto, tie-ne un efecto neutro por laanulación mutua entre losdos, el neutrón no ejerce fuer-za eléctrica sobre un electróno protón y tiene la función deseparar los protones que estánen el núcleo. Un átomo eseléctricamente neutro y esoquiere decir que la cantidadde electrones es igual al nú-mero de protones; ese número deelectrones se denomina "NUMEROATOMICO". Los neutrones tienenintervención en la masa atómica,que está prácticamente en el nú-cleo; el resto es espacio vacíodonde los electrones giran a gran-des velocidades (figura 1).

Iones positivos y negativos

Cuando por cualquier circuns-tancia un átomo gana o pierdeelectrones, se dice que dicho áto-mo se ha ionizado.

Se denomina ION POSITIVOcuando el átomo tiene más proto-nes que electrones e ION NEGA-TIVO cuando tiene más electronesque protones. Como cargas dedistinto signo se atraen, cuandoestán cerca iones negativos y posi-tivos, éstos se unen, pero tambiénpuede ocurrir que solamente sedesprendan los electrones que tie-ne de más el ión negativo y se di-rijan hacia el ión positivo paraneutralizar su carga.

Cuando esto ocurre, se diceque el paso de los electrones "neu-tralizadores de carga" constituyenuna CORRIENTE ELECTRICA.

Conductores, semiconductores y aislantes

Existen materiales que permi-ten el paso de los electrones conmayor facilidad que otros. Se de-nomina conductor de la corrienteeléctrica a todo aquel material queofrece muy poca resistencia al pa-so de los electrones (cobre, plata,oro, platino, etc.) Un aislante dela corriente eléctrica es todo aquelmaterial que ofrece una elevadaresistencia al paso de los electro-nes. Existen otros materiales que,según como se los trate, se com-portan como conductores o comoaislantes. Dicho de otra manera,son materiales sobre los cuales sepuede "regular" el paso de la co-rriente eléctrica; a dichos materia-les se los denomina SEMICON-DUCTORES.

Flujo de electrones

Se denomina corriente eléctri-ca al paso de los electronespor un conductor de la co-rriente eléctrica (o semicon-ductor). Su unidad es el am-pere (A) y "mide" la cantidadde electrones que atraviesana un elemento en una unidadde tiempo.Para que pueda establecerseuna corriente eléctrica tieneque existir algo que impulsea los electrones a circular deun lado a otro.

Diferencia de potencial, tensión, fuerza electromotriz

Como hemos dicho, para quese establezca una corriente eléctri-ca debe existir algo que impulse alos electrones para que se mue-van. Por ejemplo, colocando ionesnegativos de un lado de un con-ductor e iones negativos del otro,se establecerá una corriente eléc-trica que será más grande cuantomayor sea la "diferencia de car-gas entre los iones".

Se dice que para que exista unflujo de electrones debemos apli-car "energía al conductor".Cuando la energía proviene deuna fuerza del tipo eléctrico, se ladenomina "fuerza electromo-triz" porque permite el desplaza-miento de electrones al despren-derse de los átomos.

Esa fuerza electromotriz puedeoriginarla una batería. Ejemplo: elacumulador de un auto, una pilao un generador para alimentar

QU E E S L A EL E C T R I C I D A D Y Q U E L A EL E C T R O N I C A?

2

11

una ciudad, como los queusan las compañías de electri-cidad. Estas fuentes de ener-gía tienen 2 terminales, o po-los negativo y positivo, y sedice que existe una tensióneléctrica o diferencia de po-tencial, que produce la fuerzaeléctrica ya mencionada.

Consideremos a una ten-sión o diferencia de potencialcomo un "desnivel" que debeexistir entre 2 puntos de unconductor para que se pro-duzca un movimiento de elec-trones y, entonces, una co-rriente eléctrica (figura 2).

Algo parecido es lo que su-cede en un río, para que ocurra undesplazamiento de agua: el terrenotiene que estar en desnivel; de unamisma forma, si hay una diferenciade potencial en electricidad, éstaes comparable a una diferencia depresión entre 2 extremos de unacañería que lleva agua o cualquierfluido, y es producida por unabomba. En la atmósfera, el vientoes similar a una corriente eléctrica,que se produce por una diferenciade presión que existe entre unazona ciclónica y otra anticiclónica.La unidad denominada VOLT, seutiliza para medir la tensión eléctri-ca; se abrevia "V". Una pila de car-bón genera entre bornes una ten-sión de 1,5V, un acumulador deauto genera una tensión de 12V yla que genera la compañía de elec-tricidad es de 220V, en Argentina.Muchas veces, en electrónica usa-remos tensiones más pequeñas queel VOLT, pero en electricidad in-dustrial es común hablar de KI-LOVOLT (kV), que equivale a1000V.

1 volt = 1.000 milivolt1V = 1.000mV

1 volt = 1.000.000 microvolt1V =1.000.000µV

1 volt = 0,001 kilovolt1V = 0,001kV

Corriente eléctrica

Un flujo de electrones en mo-vimiento —como causa de la apli-cación de una fuerza elecromotrizo fuente de tensión a un conduc-tor eléctrico— es lo que llamamoscorriente eléctrica. El flujo estáformado por electrones libres que,antes de aplicarles la tensión, eranelectrones que estaban sujetos porla atracción de los núcleos de losátomos que constituyen el con-ductor.

En sus trayectos, los electroneslibres chocan contra los iones po-sitivos del material y retroceden yvuelven a ser acelerados por lafuerza electromotriz. Los choques

son el motivo por el cual elconductor se calienta cuandolleva corriente eléctrica, yaque cualquier choque entre 2cuerpos ocasiona un despren-dimiento de energía en formade calor.La corriente eléctrica por unconductor se define como "elnúmero de electrones libresque pasa una sección cual-quiera del conductor en unmomento específico". Loselectrones llevan una cargaeléctrica medida en COU-LOMB y podemos decir quela corriente eléctrica es la car-ga eléctrica transportada por

esos electrones durante el interva-lo de tiempo considerado. Si lacarga eléctrica es de 1Cb y eltiempo es de 1s, se obtendrá unacorriente eléctrica de 1A (inicialde AMPERE, por el físico francésAMPERE), siendo la unidad de co-rriente eléctrica. En electrónica,esta unidad de medición resultagrande, por tal motivo se utilizanlos submúltiplos del ampere.

1mA= 0,001A1A = 1000mA (miliampere)1µA = 0,000001A1A = 1.000.000µA (microampere)1µA = 0,001mA1mA = 1000µA

Resistencia eléctrica

Definamos la resistencia eléctri-ca de un conductor como unapropiedad del material que repre-senta la oposición del mismo fren-te al paso de la corriente eléctrica.La oposición se origina como con-


3

22

secuencia de los choques en-tre los electrones libres de lacorriente y los iones positivosdel metal. La causa de estoschoques es el calentamientodel conductor, el que, a suvez, lo transmite al medioambiente.

La resistencia se mide enOHM, llamado así por el físi-co alemán que lo descubrió.La resistencia eléctrica delmaterial dependerá detres factores: la longitud,la sección transversal y laresistividad del material.Veamos cómo es la fór-mula matemática:

ρ x lR = ______ (ver fig. 3)

S

La resistividad del ma-terial (ρ) es un número ysu valor nos muestra si esbueno, o no, pequeño ogrande; o sea, cómo es elmaterial como conductorde electricidad, y se mideen Ω x m (fig. 4). Cabe aclararque, normalmente, la resistividadde un metal aumenta con la tem-peratura.

CONDUCTANCIA: sedenomina así a la inver-sa de la resistencia, sesimboliza con la letra Gy se mide en mho (alrevés de ohm) o en SIE-MENS.

1G= ______ =

RLa unidad es:

mho = SIEMENS

CLASIFICACION DE LOS RESISTORES: Veamos una definición de los

resistores. Son componentes elec-trónicos fabricados especialmente

para que tengan ciertos valo-res de resistencia. En varioscasos, los valores en ohm delos resistores son muy altos,utilizando múltiplos del ohm,como, por ej., el kilo-ohm,igual a 1.000 ohm, que tieneuna abreviatura k, y el mega-ohm, igual a 1.000.000 ohm,que tiene una abreviatura M.Entonces:

1kΩ = 1000Ω1MΩ = 1000000Ω = = 1000kΩ

Podemos agrupar a los re-sistores (figura 5) en:

1) Resistores de compo-sición de carbón.2) Resistores de películametálica.3) Resistores de alam-bre.

1) Estos se fabrican mez-clando polvo de carbón yun aglomerante hasta darle

forma de barrita, para fijar los ter-minales. El conjunto se encapsulacon una resina fenólica o baqueli-ta para protegerlo de la humedad

y la temperatura, tieneun rango de valores deresistencia entre 1 y22MΩ. En electrónica sonlos resistores más usadospor su bajo costo (figura6).

2) Estos se fabrican depo-sitando una película me-tálica, que está a alta tem-peratura, sobre un tubitode vidrio, al que se fijan


4

33

44

55

los terminales y se losencapsula como dijimosanteriormente. Tienen unalto costo y se usan sola-mente cuando se necesitauna gran exactitud en elvalor de resistencia; ejem-plo: instrumentos electró-nicos (figura 7).

3) Se fabrican arro-llando un alambre hechode aleaciones de cromo,níquel, etc., sobre un ci-lindro de cerámica. Elconjunto se recubrirá debarniz, así se protege elalambre de la influenciade la humedad y tempe-ratura. Estos son grandesy se utilizan para la con-ducción de altas corrien-tes. El rango de valoresde resistencia está entre1 y 100kΩ (figura 8).

CODIGO DE COLORES PARA RESISTORES

Por el código de co-lores se lee el valor deresistencia, que está im-preso sobre el cuerpodel resistor. Cada colorrepresenta un dígito de-cimal: las 2 primerasbandas de colores, queestán ubicadas más cer-canas de un extremo, re-presentan el valor en Ω;la 3ª banda representa elnúmero por el que hayque multiplicar el valor

anterior para obtener elvalor final de resistencia;la 4ª banda representa latolerancia, cuyo valor seexplicará más adelante(figura 9).La correspondencia entreun color y su valor semuestra en la tabla 1.La tolerancia de un resis-tor es un número expre-sado en porcentaje, querepresenta el margen su-perior o inferior quepuede tomar un valornominal (por el códigode colores) del resistor.Ejemplificando, diremosque para resistores decarbón se tienen toleran-cias del ±5%, ±10% y ±20%. Si el valor nominal es de100 y la tolerancia de±10%, el valor real estarácomprendido entre 100 y90; finalmente, para unatolerancia de ± 20%, elvalor real será entre 120y 80.LA TOLERANCIA NOSMUESTRA HASTACUANTO PUEDE ES-TAR EL VALOR PORENCIMA O POR DEBA-JO DEL COMPONENTE.Es un método prácticodel fabricante para ase-gurar al usuario los lími-tes máximos y mínimosdel valor de un resistor.Como el proceso de fa-bricación no permite es-tablecer valores precisoscon anterioridad, en los


5

66

77

88

99

resistores de composición de car-bón la convención es ésta:

COLOR DE LA TOLERANCIA4ª BANDA

DORADO ±5 %PLATEADO ±10 %SIN COLOR ± 20 %

La potencia de un resistor noviene impresa en el resistor, perose reconoce por su tamaño. Esa

potencia tieneun significadode la máximacantidad de ca-lor que puededar el resistorpor el paso decorriente y, siésta excede, sequemará por laalta temperaturaobtenida. Se mi-de en watt (W).Los resistores decarbón se fabri-can de 1/8W;1/4W; 1/2W; 1Wy 2W, y el tama-

ño aumenta gradualmente con lapotencia. Para mayores potenciasse utilizan resistores de alambre;los de película metálica puedendisipar hasta 1W. Los resistores decomposición de carbón se fabri-can con valores nominales de re-sistencia ya normalizados y el nú-mero dependerá del valor de latolerancia. Para una tolerancia del20%, las cifras significativas de losvalores nominales son: 10, 15, 22,33, 47, 68.

Las cifras significativas parauna tolerancia del 10% son: 10,12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56,68, 82. Para una tolerancia del 5%las cifras significativas de los valo-res nominales son: 10, 11, 12, 13,15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33,36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75,82, 91. En la figura 10 se danejemplos de valores de resistoresde composición de carbón me-diante el código de colores. Veaejemplos de valores de resistoresen la figura 10.

Digamos que a los resistores selos puede clasificar también envariables; éstos están representa-dos por los potenciómetros y lospresets o preajustes (figura 11).

La constitución de los poten-ciómetros se debe a una pista cir-cular de carbón desplazándosepor un contacto móvil (cursor) so-lidario a un eje vertical. Los extre-mos de la pista de carbón y elcursor tienen una conexión a ter-minales, es decir, que la resisten-cia entre uno de los terminales yel cursor depende de la posiciónde éste (figura 12).

En el primer caso, los poten-ciómetros pueden ser lineales ologarítmicos; la variación de resis-tencia es proporcional al ángulogirado por el cursor, y en el 2º ca-so la variación es logarítmica, estohace que, al comienzo, la resisten-cia varíe con rapidez con el ángu-lo de giro; después la variaciónserá más lenta y tendrá un uso co-mún en el control de volumen deradios y TV. Llamamos presets alos resistores variables que seajustan una sola vez, hasta lograruna perfecta posición, y que no


6

Tabla 1

COLOR DIGITO MULTIPLICADOR

NEGRO 0 1MARRON 1 10ROJO 2 100NARANJA 3 1000AMARILLO 4 10000VERDE 5 100000AZUL 6 1000000VIOLETA 7 10000000GRIS 8BLANCO 9DORADO 0,1PLATEADO 0,01

1010

tienen posibilidad de ser va-riados por los usuarios. El ta-maño es reducido y tiene unajuste con un pequeño destor-nillador, que es aplicado auna ranura que tiene el con-tacto móvil.

Pilas y baterías

Los componentes básicoscapaces de suministrar unatensión continua estable aun circuito electrónico sonlas pilas, con la capacidadde generar una tensióneléctrica por medios quími-cos.

La más común está for-mada por un electrolito(sal, ácido o base disueltoen agua) y 2 electrodos.Veamos cómo se comportaun electrolito cualquiera,diluido en agua; ej. el clo-ruro de sodio (fig. 13).

La sal es eléctricamente neutra,pero cuando se disuelve en elagua se disocia en los iones quela componen, es decir, en ionespositivos de sodio y en iones ne-gativos de cloro. Si sumergimos 2electrodos consistentes en 2 meta-les diferentes A y B, una determi-

nada cantidad de iones negativosserá atraída por el electrodo A yotra porción de iones positivos se-rá atraída por el electrodo B; en-tonces, A se carga negativamentey B, positivamente (figura 14).

A la diferencia de carga eléctri-ca que existe entre A y B, se la

denomina diferencia de po-tencial o tensión de la pila. Latensión V dependerá de losmateriales de los electrodos ydel electrolito. Por ejemplo, una pila de cinc-carbón tiene una tensión: V =1,5V.Si conectamos una lamparitaentre los electrodos, ésta ilu-minará ya que se producirá elpasaje de los electrones desde

A hasta B a través de ella, yse cerrará el circuito pormedio de la solución elec-trolítica. Mientras este fenó-meno sucede, uno de loselectrodos (B) se va consu-miendo, mientras que elotro se va engrosando porla deposición de materialsobre su superficie. La reac-ción química continuaráhasta que B se consuma ensu totalidad; en ese momen-to, la lamparita se apagaráporque la corriente se detu-

vo (figura 15).En una pila seca, el electrolito

es una pasta húmeda (pilas comu-nes) mientras que se denominanhúmedas cuando el electrolito esun líquido (acumulador de plomoutilizado en los autos).

La pila seca más común es lade cinc-carbóny la desarrollóLe Clanché(1869), tieneun bajo costoy es de usogeneral. Perotienen desven-tajas, como,por ejemplo,


7

1111

1212

1313 1414

que su capacidad (o ener-gía de pila) depende de lavelocidad de descarga yde la temperatura (debajode la congelación son ine-ficaces), trabaja mejor enun uso intermitente.

Otras formas de generar tensión

GENERACION POR TEMPE-RATURA: Si ponemos en contacto2 metales distintos, puede habertransferencia de electrones de unoal otro, porque algunos materialesliberan electrones con mayor faci-lidad que otros, mientras otros loaceptan. Hay materiales muy acti-vos que liberan electrones aúncon la energía térmica de la tem-peratura ambiente (cobre y elcinc). Si unimos una varilla de co-bre con una de cinc, los electro-nes liberados de los átomos decobre pasarán al cinc; entonces, elcobre queda cargado positivamen-te y el cinc negativamente, laenergía a la temperatura ambientees muy pequeña, se puede au-mentar la tensión generada si secalienta la unión de los metales;es a lo que denominamos TER-MOELECTRICIDAD y el dispositi-vo formado por la unión de los 2metales se denomina TERMOCU-PLA, la tensión que ésta genera esproporcional a la temperatura dela unión de los metales, es decir,a mayor temperatura, mayor ten-sión. Una aplicación práctica di-recta de la termocupla es la demedir temperaturas en lugaresinaccesibles para el hombre; ejem-plo: el interior de un horno.

GENERACION POR PRE-SION: Cuando ejercemos una pre-sión sobre determinados materia-les, la fuerza de la presión setransmite a los átomos del mate-rial, saca los electrones de sus ór-bitas y los empuja en la direcciónde la fuerza. Estos se acumulan enuno de los lados del material ydan origen a cargas eléctricas enlos lados opuestos del mismo. Es-te fenómeno se denomina EFEC-TO PIEZOELECTRICO, y es másnotorio en determinados cristalesde cuarzo, llamados sales de Ro-chelle y en ciertos materiales cerá-micos (titanato de bario). Paracomprender mejor el efecto pie-zoeléctrico mencionemos a lascápsulas fonográficas, micrófonos,encendedores.

GENERACION POR FRIC-CION: Se denomina, en la mayo-ría de los casos, electricidad estáti-ca y se produce cuando se frotan2 materiales diferentes (seda y unavarilla de vidrio); por ejemplocuando la carga eléctrica se acu-mula en nuestros zapatos cuandocaminamos sobre una alfombragruesa de lana, y luego tocamosun objeto metálico (lámpara de

pie): el exceso de electro-nes pasará desde nosotroshacia el objeto con acom-pañamiento de chispas; es-to es un ejemplo de electri-cidad estática.

GENERACION POR LUZ:Hay determinados materia-les, como el selenio, germa-nio, sodio, etc., que puedenllegar a liberar electrones

cuando incide sobre ellos la luz,como una forma de energía: el fe-nómeno lo conocemos comoEFECTO FOTOELECTRICO.

Las pilas fotovoltaicas o pilassolares utilizadas en los satélitesartificiales reciben energía del soly la transforman en tensión eléc-trica, mantienen así el funciona-miento de diversos equipos elec-trónicos que tiene un satélite; enla actualidad se utiliza para la ca-lefacción del hogar, y automóviles,éste en forma experimental.

GENERACION POR MAGNE-TISMO: Cuando un conductoreléctrico se mueve en el campomagnético creado por un imán,aparece una tensión eléctrica en-tre los terminales de un conduc-tor, por la energía de magnetismoque transmite al conductor. Se uti-liza para liberar electrones, de talforma que en un extremo tiene unexceso de carga negativa por laacumulación de electrones, y, enel otro, tiene un exceso de cargapositiva.

La tensión generada dependerádel conductor dentro del campomagnético y de la velocidad conque se moviliza el conductor den-tro del campo magnético. FIN


8

1515

Education

curso de electricidad 1