Antecedentes históricos de la electrónica
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Antecedentes históricos de la electrónica Document Transcript

  • 1. Antecedentes históricos de la ElectrónicaLa introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápidocrecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible lamanipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficosy telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión paragenerar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse lasseñales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido alas ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados parafunciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicaciónradial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durantela guerra y poco después de ella.Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo devacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materialessemiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que eltubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Losprogresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a laintensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio,llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado. Estos dispositivos puedencontener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material,permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de losmicroordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites decomunicaciones. CalorEl calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de unmismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurredesde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura,ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibriotérmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia). Calor cedido calor ganadoEl principio en el que se basa la medición del calor es el de la conservación de la energía.Cuando un cuerpo caliente y uno frío se pone en contacto, el primero cede energía enforma de calor al segundo hasta que se establece el equilibrio térmico. Por tanto, el calorcedido por el cuerpo caliente es igual al calor ganado por el cuerpo frío:Calor cedido por el cuerpo caliente = Calor ganado por el cuerpo frío.
  • 2. Calor específicoEl calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hayque suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico paraelevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calorespecífico depende de dicha temperatura inicial.1 2 Se la representa con la letra(minúscula). Campo eléctricoEl campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo quedescribe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctricapuntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguienteecuación: Campo magnéticoEl campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual devalor q, que se desplaza a una velocidad, sufre los efectos de una fuerza que esperpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha cargapercibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.Donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducciónmagnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudesvectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a vcomo a B). El módulo de la fuerza resultante será Campos magnéticos producidos por medio de una corriente eléctricaEl campo magnético es producido por una corriente eléctrica; cuando la corriente eléctricaestá fluyendo se produce un campo magnético pero cuando ésta deja de fluir desapareceel campo; al dos campos interactuar se produce un movimiento en el objeto ya que estosdespegan fuerzas que producen el mismo.
  • 3. Características de los líquidosLos líquidos se caracterizan porque las fuerzas internas en un líquido no dependen de ladeformación total, aunque usual sí dependen de la velocidad de deformación, esto es loque diferencia a los sólidos deformables de los líquidos. Los fluidos reales se caracterizanpor poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad (que también está presente en lossólidos viscoelásticos). Eso significa que en la práctica para mantener la velocidad en unlíquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento delfluido cesa eventualmente tras un tiempo finito. Carga eléctrica e interacción entre cargasEn física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicasque se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interaccioneselectromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por loscampos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La interacción entrecarga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: lainteracción electromagnética. Desde el punto de vista del modelo estándar la cargaeléctrica es una medida de la capacidad de la partícula para intercambiar fotones. Circuitos eléctricos resistivos en serie paralela y mixtaSe define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene unsolo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En elcaso concreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en todoslos puntos del circuito.Se define un circuito paralelo como aquel circuito en el que la corriente eléctrica sebifurca en cada nodo. Su característica más importante es el hecho de que el potencial encada elemento del circuito tiene la misma diferencia de potencial.Es una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución deestos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran enserie y en paralelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o enparalelo. Densidad y Peso especificoLa densidad, es una de las propiedades más características de cada sustancia.Es a masa de la unidad de volumen.Se obtiene dividiendo una masa conocida de lasustancia entre el volumen que ocupa.Llamando m a la masa, y v al volumen, la densidad,d, vale:d= m/v.El peso específico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.Se obtienedividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.Llamando p alpeso y v al volumen, el peso específico, Pc, vale:Pc= p/v.
  • 4. Diferencia de potencial o voltaje corriente eléctrica resistencia y ley de ohmLa ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de uncircuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos,existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dichaconstante de proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistenciaeléctrica.La ecuación matemática que describe esta relación es:Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia depotencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y R es laresistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación esconstante, independientemente de la corriente.1Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado en1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricossimples que contenían una gran cantidad de cables. Él presentó una ecuación un poco máscompleja que la mencionada anteriormente para explicar sus resultados experimentales.La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley de Ohm.Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no tienen cargasinductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas resistivas), o bien han alcanzado unrégimen permanente (véase también «Circuito RLC» y «Régimen transitorio(electrónica)»). También debe tenerse en cuenta que el valor de la resistencia de unconductor puede ser influido por la temperatura. Dilatación de los cuerpos, un caso específico el aguaEn general los líquidos aumentan de volumen cuando aumenta la temperatura. El agua nose comporta como los materiales. Cuando T° del agua aumenta desde 0°C a 4°C, suvolumen disminuye y su densidad aumenta. Electricidad, Electrostática, ElectrodinámicaLa electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energíase manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidospor distribuciones de cargas estáticas. La electricidad estática es un fenómeno que sedebe a una acumulación de cargas eléctricas en un objeto.La electrodinámica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolución temporalen sistemas donde interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento.Una partícula acelerada pierde energía emitiendo radiación.
  • 5. ElectromagnetismoEl electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenoseléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados porMichael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James ClerkMaxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales querelacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales(corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas comoecuaciones de Maxwell. Escalas TermometríaLa termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Paraeste fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en la propiedad dedilatación de los cuerpos con el calor.Para poder construir el termómetro se utiliza elPrincipio Cero de la Termodinámica que dice: "Si un sistema A que está en equilibriotérmico con un sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C, entonceslos tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí". Gastos y ecuación de continuidadEl gasto es el volumen de un líquido que atraviesa una sección de un conductor en unsegundo. Al gasto, también se le denomina flujo y su símbolo es: Q =Av donde A= área delconductor y v = velocidad con que fluye. También al gasto se le denomina en algunasocasiones rapidez o velocidad de flujo. HidráulicaLa hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de laspropiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que seinterponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma. HidrodinámicaLa hidrodinámica estudia la dinámica de fluidos incompresibles. Etimológicamente, lahidrodinámica es la dinámica del agua, ya que estudia sus movimientos hidráulicos y lasfuerzas con las que se ejerce puesto que el prefijo griego "hidro-" significa "agua". Aun así,también incluye el estudio de la dinámica de otros líquidos. Para ello se consideran entreotras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido.
  • 6. HidrostáticaLa hidrostática tiene como objetivo estudiar los líquidos en reposo. Generalmente variosde sus principios también se aplican a los gases. El término de fluido se aplica a líquidos ygases porque ambos tienen propiedades comunes. No obstante conviene recordar que ungas puede comprimirse con facilidad, mientras un líquido es prácticamenteincomprensible. Amperímetro y VoltímetroEs el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida esel Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos dependen deltipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el amperímetrode bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es elVoltio (V) con sus múltiplos: el Megavoltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos comoel milivoltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltímetros que miden tensiones continuasllamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos. Ley de CoulombLa ley de Coulomb puede expresarse como:La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargaspuntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambascargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el quese encuentran las cargas. MagnetismoEl magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas deatracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que hanpresentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro,cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos losmateriales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campomagnético.El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como unode los dos componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.
  • 7. Materiales conductores y aislantesMateriales aislantes: son los malos para conducir el calor y la electricidad, ejemplos: elalgodón, la madera, el corcho, fibra de vidrio, hule espuma; materiales conductores: sonlos opuestos , pues conducen muy bien el calor y la electricidad, ejemplos: la mayoría delos metales: oro, plata, cobre, estaño, zinc, hierro, entre los más comunes y susaleaciones, el agua químicamente pura es también buen aislante eléctrico, sin embargodebido a que normalmente tiene solutos iónicos, pierde sus propiedades aislantes, y sevuelve buena conductora de la electricidad. Mecanismo de Transferencia de calorAl imponer un campo magnético a un ferro fluido de susceptibilidad variable, tal comopuede presentarse debido a un gradiente de temperatura, se obtiene una fuerzamagnética no uniforme, que permite una forma de transferencia térmica llamadaconvección termomagnética. Esta forma de transferencia es útil cuando el uso deconvección convencional es inadecuado; por ejemplo, en dispositivos a microescala o bajocondiciones de gravedad reducida. Potencia eléctrica y el efecto JouleLa potencia eléctrica, representada por la letra, es la tasa (velocidad) de producción oconsumo de energía, como la potencia de un generador o la potencia disipada en unalámpara. La energía en el SIU se expresa en joules (J) y la potencia se mide en watts (W) ocon frecuencia en kilowatts (kW).La resistencia es la componente que transforma la energía eléctrica en energía calorífica,por ejemplo en un horno eléctrico, una tostadora, un hervidor de agua, una plancha, etc.El efecto Joule puede predecir la cantidad de calor que es capaz de entregar (disipar) unaresistencia. PresiónLa presión es el cociente entre la fuerza normal que incide sobre una superficie o cuerpo yel valor del cuerpo o la superficie. De esta forma obtenemos esta fórmula:Existen varios tipos de presión. Las podemos clasificar de la siguiente manera:1. Presión atmosférica.2. Presión absoluta.3. Presión relativa.
  • 8. Principio de ArquímedesEl principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total oparcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arribaigual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza1 recibe el nombre deempuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en Newton (en el SI). El principio deArquímedes se formula así:Donde E es el empuje,ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado»por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de lagravedad y m la masa, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, delvolumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condicionesnormales2 y descrito de modo simplificado3) actúa verticalmente hacia arriba y estáaplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe elnombre de centro de carena. Principio de PascalEn física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico ymatemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presiónejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredesindeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos lospuntos del fluido.1El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada endiferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presiónsobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con lamisma velocidad y por lo tanto con la misma presión.También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, enlos elevadores hidráulicos y en los frenos hidráulicos. TemperaturaLa temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío quepuede ser medida con un termómetro. Por lo general, un objeto más "caliente" que otropuede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tieneuna temperatura menor.
  • 9. Teorema de Bernoulli y sus aplicacionesEl principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio deBernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea decorriente.ChimeneaLas chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante yelevada a mayores alturas. Cuanto más rápidamente sopla el viento sobre la boca de unachimenea, más baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base y laboca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se extraen mejor.TuberíaLa ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimosel área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa porella, se reducirá la presión.NataciónLa aplicación dentro de este deporte se ve reflejada directamente cuando las manos delnadador cortan el agua generando una menor presión y mayor propulsión.Carburador de automóvilEn un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo delcarburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presión, lagasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.Flujo de fluido desde un tanqueLa tasa de flujo está dada por la ecuación de Bernoulli.Dispositivos de VenturiEn oxigenoterapia, la mayor parte de sistemas de suministro de débito alto utilizandispositivos de tipo Venturi, el cual está basado en el principio de Bernoulli. Tipos De ImanesLos imanes pueden ser: naturales o artificiales, o bien, permanentes o temporales.Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas.Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado lapropiedad del magnetismoUn imán permanente está fabricado en acero imanadoUn imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca elmagnetismo.Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espira) por la cual circula corrienteeléctrica.